JUNIO 2017 | VOLUME 1 | TERMODINAMICA
TERMODINAMICA
DISPOSITIVOS DE INGENIERIA Y SUS APLICACIONES
En nuestros días se pueden disfrutar de muchos avances tecnológicos, los cuales seguirán aumentando a un gran ritmo en los días venideros. Se puede observar como la humanidad ha logrado muchas cosas que hasta hace poco más de un siglo se consideraban imposibles. En la presente publicación se pretende que todos conozcan un poco más del funcionamiento interno de muchas cosas que se usan rutinariamente. Es tan fácil usar los medios de transporte, es sencillo disfrutar de espectáculos con diversas maquinas, que, aunque no parezca, su funcionamiento conlleva muchos procesos internos que no son conocidos como se debería. Es tan fácil disfrutar de productos alimenticios procesados, es sorprendente ver cómo han mejorado los motores, (y sus prestaciones) desde la máquina de vapor hasta los motores de combustión interna. Por lo que se ofrece un material de lectura en el cual se comienza analizando las eficiencias de compresores y turbinas; eficiencia que va implícita en todos los mecanismos que serán descritos en las páginas posteriores tales como calderas, motores de vapor, toberas, turbinas, motores de propulsión a chorro y motores de combustión interna. De estos últimos, al ser los que más se utilizan los líquidos conocidos como refrigerantes, de los cuales se aprenderá los diversos tipos y aplicaciones que tienen, se podrá observar que tiene más usos que los usos que el mencionado anteriormente. En las páginas siguientes, también se abordara más temas respecto a calderas; abordando tipo, funcionamiento y el control del fenómeno conocido como “tiro”. Se presenta a su vez, una descripción detallada del ya mencionado motor de vapor, su funcionamiento y regulaciones disponibles. Pasando por un fenómeno importante en las toberas de vapor, pasando por turbinas y compresores, lo que respecta a su funcionamiento y finalizando con la reacción de los motores de propulsión a chorro. Sin olvidar la clasificación y aplicaciones de los motores de combustión interna. Se invita al lector a iniciar una lectura llena de mucho conocimiento que sin duda le hará ver las cosas que usa rutinariamente con una óptica muy diferente a la cual se pueda poseer al leer estas líneas.
CONTENIDOS
4
EFICIENCIA DE COMPRESORES Y TURBINAS
CALDERAS: TIPOS Y APLICACIONES
10
CONTROL DEL TIRO EN CALDERAS
CLASIFICACIÓN Y FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES DE VAPOR
16
7
13
REGULACIÓN DE LOS MOTORES DE VAPOR SIMPLE Y COMPUESTOS
CONTENIDOS
20
EFECTO DE FRICCIÓN Y FENÓMENO DE SOBRESATURACIÓN
TURBINAS DE REACCIÓN Y TURBINAS DE IMPULSO
26
COMPRESORES ALTERNATIVOS Y ROTATIVOS
CLASIFICACIONES Y APLICACIONES DE LOS MOTORES DE COMBUSTION INTERNA
37
23
32
REFRIGERANTE: CLASIFICACIÓN Y APLICACIÓN
CONTENIDOS
41
MOTORES PROPULSIÓN A CHORRO
FUENTES
45
EFICIENCIA DE TURBINAS Y COMPRESORES ÁLVAREZ D.; CORCIO R.; PERLA A.; RIVAS A.
La eficiencia de una turbina esta relaciona con la cantidad de energía utilizada para realizar su trabajo, sin
COMPRESORES & TURBINAS
embargo se ve afectada por factores de construcción como forma de álabes, geometría del dispositivo o
Para tener una mejor idea de cómo estos dos
perdidas de flujo que a traviesa el sistema perjudicando
funcionan es necesario verlos como uno siendo
la energía que utiliza que se ve reflejada en la eficiencia.
complemento del otro y no como dos trabajando
Según la clasificación de turbinas que existen también
individualmente.
pueden clasificarse las eficiencias en los sistemas basados en el flujo característico de cada tipo de turbina.
El compresor comprime el aire, lo inyecta a una
The efficiency of a turbine is related to the amount of
constante en un ambiente aislado para no perder
energy used to execute a work however, it´s affected by
demasiada energía y luego pasa a la turbina (haciendo
construction factors such as blades, system geometry or
girar sus alabes o aspas ) y transmitiendo el
wasted energy which reflects on it´s efficiency.
movimiento a un eje donde se extrae la energía
Depending on the classification of the turbines, they can
que puede ser utilizada para cosas tan simples como
also be classified according to the efficiency of the flow
encender un pequeño foco hasta cosas más complejas
characteristic of each type of turbine systems.
como impulsar a un jet a velocidades inimaginables.
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cámara de combustión donde este se quema a presión
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EFICIENCIA DE TURBINAS
2) Aumentar la temperatura en la entrada de la turbina
Lastimosamente las leyes de la física y la manera en la
cámara combustión para que este salga aún más
que nuestro universo está organizado es imposible tener
caliente
hace que esta se desgaste un poco pero podría solucionarse utilizando otro material más resistente para los alabes 3) Recolectar los gases de salida y re-inyectarlos en la
un sistema 100% eficiente refiriéndonos a que toda la energía que ingresa al sistema ( combustible o flujo
4) Evitar que agua entre en la turbina ya que podría
másico) sea utilizado al 100% para generar un trabajo.
dañarla
Y donde se pierde esta energía? Para no entrar en detalles de energía y anergia, las perdidas en un sistema
5) Revisar el TBO (Time between overhaul) de
se deben a perdidas por fricción, vibraciones, perdidas
las turbinas esto se refiere al tiempo antes de su
de calor, fugas, errores de diseño, etc. Variando
próxima revisión
dependiendo si es una turbina de vapor o una hidráulica.
6) Apegarse a las restricciones y medidas de seguridad de cada turbina, estas vienen especificadas en el manual
EFICIENCIA DE TURBINAS DE GAS 7) Enfriamiento de etapas del compresor. En turbinas de Una turbina de gas es la que utilizan maquinas como los
ciclo cerrado, se requieren enfriadores a menos que
aviones, succionan aire por el compresor, lo queman en la
tengan una fuente libre de agua fría disponible. Mejora
cámara de combustión y este pasa por los alabes de la
la eficiencia y potencia, especialmente en climas
turbina y salen por un escape a gran velocidad
cálidos.
impulsando al avión, para visualizarlo mejor imaginemos inflar una vejiga con aire y soltar la boquilla, la vejiga se
8) Inyección de agua en las etapas del compresor se
verá impulsada por el aire que esta expulsando
vaporiza, reduciendo la temperatura y aumentando la
En base en el principio del ciclo Brayton, en donde aire
masa de aire.
comprimido ( en el compresor ) es mezclado con combustible y quemado bajo condiciones de presión constante¨. ¨El gas caliente producido por la combustión se le permite expandirse a través de la turbina y hacerla girar para llevar a cabo trabajo. En una turbina de gas tiene una eficiencia del 33%, aproximadamente, 2/3 del 1/3 está disponible para generar electricidad, impulsar un dispositivo mecánico, etc.” Algunas de las alternativas para mejorar la eficiencia de una turbina de gas son: 1) Aumentar el flujo másico que entra en la turbina ya que así se puede obtener mayor energía del fluido
Figura 1 (Anónimo, turbinasdegas, 2014)
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trabajo producido se usa comprimiendo el aire. El otro
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EFICIENCIA DE TURBINAS HIDRÁULICA Turbina hidráulica es aquella que transforma energía del agua (energía hidráulica) en energía de rotación de un eje para producir energía mecánica o eléctrica. Basan su funcionamiento en el aprovechamiento de la energía cinética ( Su fuerza, velocidad y distancia) que posee el agua al precipitarse desde una cierta altura. Están constituidas por una serie de áspas donde impacta el agua generando movimiento rotativo en el eje de la turbina (Ver figura 2)
Figura 2 (Anónimo, desarrollo americano blog spot)
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA EFICIENCIA DE UNA TURBINA HIDRÁULICA
diseñados para un cierto caudal y presión. Hay tres tipos de Turbinas Hidráulica y su eficiencia mejorara cuando se le dé el uso apropiado a cada una ya que tienen o sirven para diferentes condiciones. (Ver figura 3) 2) Pérdidas por Eddy: Si la turbina no está bien diseñada como la carcasa, puede causar pérdidas y por lo tanto será una turbina ineficiente. Puede llegar a provocar remolinos cuando el flujo del agua se separa de las paredes de la turbina. Los remolinos reducirán el área de flujo y succionarán la energía del flujo principal. La reducción de la forma del remolina mejora la eficiencia.
3) Pérdidas de fuga: La fuga ocurre en dos lugares 1. Fuga mecánica del sello, 2. Fuga entre la alta presión al lado bajo de la presión. La reducción de fugas mejorará la eficiencia. 4) Cavitación: Es la formación de cavidades de vapor en un líquido es decir, pequeñas zonas libres de líquido ("burbujas" o "vacíos") que son la consecuencia de las fuerzas que actúan sobre el líquido. Suele ocurrir cuando un líquido es sometido a rápidos cambios de presión que causan la formación de cavidades donde la presión es relativamente baja. Cuando se someten a una presión más alta, los vacíos implosionan y pueden generar una onda de choque intensa provocando daños en la turbina.
Figura 3 (Imagen por Área Tecnologia.com)
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1) Triángulo de velocidad: Todos los impulsores están
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CALDERAS, TIPOS Y Gutiérrez R., Linares J., Muñoz C., APLICACIONES Pineda k.
Resumen: Caldera es un recipiente metálico, cerrado, destinado a producir vapor o calentar agua u otros fluidos, con el uso del vapor que es expulsado de este dispositivo se puede aplicar en múltiples funciones incluyendo: generación de energía, cocción, saneamiento, calentamiento de agua y calefacción Abstract: A boiler is a closed vessel in which water or other fluid is heated. The fluid does not necessarily boil. The heated or vaporized fluid exits the boiler for use in various processes or heating applications, including water heating, central heating,
La transferencia de calor mediante la implementación de calderas, permite poder realizar múltiples procesos industriales, utilizando el agua o vapor de agua como un portador de calor por sus propiedades favorables (Alta absorción de energía y su fácil transportación). Al igual que otros combustibles.
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boiler-based power generation, cooking, and sanitation.
TIPOS Y CLASIFICACIONES DE CALDERAS
A. Primera clase • Calderas Piro tubulares cuya Pms x VT <15,000 bar x litro. • Calderas Acuotubulares cupo Pms x VT < 50,000 bar x litro. • Acuotubulares de fluidos térmico cuyo Pms x Vi < 15,000 bar x litro. B. Segunda Clase Una vez clasificadas las calderas también estas pueden dividirse en los tipos siguientes:
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Según las instrucciones técnicas complementarias del Ministerio de Industria, las calderas se clasifican en 2 clases con las siguientes especificaciones:
Figura 4. Funcionamiento de caldera acutubular (Bahamondes, Sin Fecha)
Acuotubulares: son aquellas calderas en las que el fluido de trabajo se desplaza por tubos durante su calentamiento (figura 4). Son las más utilizada s en las centrales termoeléctricas, ya que permiten altas presiones a su salida y tienen gran capacidad de generación. Pirotubular: en este tipo, el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente atravesado por tubos, por los cuales circulan gases a
Además de los criterios anteriormente
alta temperatura, producto de un proceso de combustión. El agua se
descritos también pueden clasificarse las
evapora al contacto con los tubos calientes, debido a la circulación
calderas según otros criterios tales como.
de los gases de escape (figura 5)
Figura 5. Caldera Pirotubular (Anónimo, Sin Fecha) 8 | TERMODINAMICA
APLICACIÓN • Industria alimentaria: panaderías industriales, carnicerías, procesos de rendering, fabricación de comida procesada y comida para bebés, bebidas y productos lácteos. • Farmacéuticas: fabricación de medicamentos y componentes, vacunas, vapor estéril. • Cosmética: perfumes, cremas. • Industria papelera / de impresión: túneles de secado, secado de impresión, cartón ondulado. • Industria aceitera: distribución y almacenaje de aceites pesados. • Hospitales / Hoteles: lavandería, cocina.
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CONTROL DEL TIRO EN CALDERAS CARTAGENA, G.; CRUZ, M.; MATAL, H.; SOTELO, K.
Resumen— El control del tiro de caldera es también conocido como control de la presión del hogar de la caldera, posee ventiladores de tiro inducido y ventiladores de tiro forzado con el objetivo de mantener un tiro equilibrado para mantener la presión en el hogar y asegurar una combustión satisfactoria así como una segura operación. Ya que aportan una ayuda significante a la sociedad y muchas regiones dependen de ella en ciertas épocas del año ya que la temperatura en esas regiones es sumamente baja. Son de mucha utilidad debido a la diversidad de aplicaciones como la capacidad que tiene en un hogar para aportar aire de combustión y extraer los gases resultantes para enviarlos a la atmósfera y en la industria hospitalaria es común el uso de estos equipos, su principal función es en la esterilización de instrumentos para volver a ser utilizados. El aire de combustión representa más del 90% de la masa en los productos de combustión y por lo tanto se usa la medición del flujo de gases de combustión para inferir el flujo de aire de combustión utilizando un diferencial de presión a través de los bafles en la corriente de gases. Summary - Boiler shot control is also known as boiler home pressure control, has induced draft fans and forced draft fans with the aim of maintaining a balanced shot to maintain pressure in the home and ensure a Satisfactory combustion as well as a safe operation. Since they contribute a ignificant help to society and many regions depend on it at certain times of the year since the temperature in these regions is extremely low. They are very useful due to the diversity of applications such as the ability of a household to provide combustion air and extract the resulting gases to send to the atmosphere and in the hospital industry is common use of these equipment, its main function is In the sterilization of instruments to be reused. The combustion air represents more than 90% of the mass in the combustion products and therefore the measurement of the flue gas flow is used to infer the combustion air flow using a pressure differential across the flasks in the gas stream. 10 | TERMODINAMICA
Dentro de las calderas existe el riesgo de una combustión ineficiente, por ende la caldera es también ineficiente, ya que la presión necesita de una regulación para mantenerla en un valor óptimo según sea el tipo de caldera. Para evitar este problema se realiza un control de tiro en las calderas, también conocido como Boiler Draught.
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Pero ¿Qué se significa tiro en el control de calderas? Se denomina tiro a la presión que existe dentro del hogar de una caldera con respecto a la atmosférica, este puede ser: 1. Tiro Natural (Presión Negativa): Es la corriente de aire que permite la expulsión de los humos de la combustión hacia el exterior. 2. Tiro Artificial que se divide en Tiro Forzado (Presión Positiva): Suministra la corriente aire necesaria para la combustión a través de un ventilador especial. Tiro Inducido (Presión Negativa): Es la expulsión de humos
Figura 6 (Industriales, Automatizacion de procesos, 2017)
y gases de la combustión mediante la instalación de un ventilador normal, que induce el tiro. Tiro Equilibrado (Presión Equilibrada, Positiva y Negativa):
A partir de la automatización para un mejor control de calderas, se implementan en éstas, ventiladores
Consiste en la implementación de un tiro forzado y un tiro
de tiro inducido y ventiladores de tiro forzado
inducido de manera balanceada o equilibrada, utilizando un
con el objetivo de mantener un tiro equilibrado
ventilador de tiro forzado y un ventilador de tiro inducido.
para que la presión en el hogar de la caldera se mantenga entorno a 0 y asegurar una combustión satisfactoria así como también
Las calderas de tipo Hogar que más utilizan controles de tiro
una operación segura.
son: Calderas atmosféricas: Son calderas abiertas a la atmósfera que toman el aire del local en el que están instaladas para expulsar los gases que puedan averiar la caldera. Calderas con el hogar en depresión: Este tipo de calderas funcionan por la depresión que se crea al instalar un ventilador de tiro inducido que aspira los humos para luego expulsarlos de la chimenea de la caldera. Calderas con el hogar en sobrepresión: Los gases son empujados al interior del hogar por medio de un ventilador de tiro forzado, que los obliga a circular más rápido que en otras calderas.
En una central térmica, o en cualquier central industrial donde se desee conseguir un cierto grado de presión en el hogar de una caldera, resultan importantes estos ventiladores. El tiro refleja pues la capacidad que tiene un hogar de una caldera para aportar aire de combustión y extraer los gases que no necesita la caldera. El control se hace cambiando la velocidad del motor de los ventiladores de tiro inducido y de tiro forzado.
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El control del tiro de caldera aporta mucha utilidad debido a la diversidad de aplicaciones donde se es útil y cuando se le es empleado correctamente. En muchas ramas de la industria se mantiene investigaciones de cómo mejorar siempre su utilidad ya que aportan una ayuda significante a la sociedad y muchas regiones dependen de ella en ciertas épocas del año ya que la temperatura en esas regiones es muy baja. Muchos de estas regiones usan calentadores de agua y también como calefacción dentro sus
Esquema 1. Tiros en calderas (UPV, 2014) El aire es una parte esencial del proceso de combustión y no será un resultado óptimo si el suministro de aire no
hogares.
está regulado en una caldera.
Otros ejemplos de aportes que la caldera hace a la sociedad es
Con un buen sistema de ventilación en la caldera
en las plantas generadoras de energía eléctrica, aquí el control de tiro de caldera muy importante ya que, permite aumentar la producción de energía eléctrica y su eficiencia, permitiendo a la industria poder distribuir dicha energía a menor precio. La industria hospitalaria es otra en la que es común el uso de estos equipos, su principal función es en la esterilización de
siempre en el nivel deseado y con un control que asegure que el nivel se mantiene. (Exodraft, 2015) El Gráfico 1 es el resultado de una caldera que siempre está funcionando en condiciones óptimas, estables y controlables con un tiro equilibrado que con un tiro natural.
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instrumentos para volver utilizarlos.
que regule los niveles de viento hasta mantenerlos
Gráfico 1. Presiones de tiros en 1 año de uso (EXODRAFT, 2015)
CLASIFICACION Y FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES DE VAPOR
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MEJÍA DE LA CRUZ, E; NAVAS, J.; PEREZ, D; SANTOS, W.
RESUMEN--Por definición un motor de vapor es todo aquel motor de combustión externa, que transforma energía térmica del agua hirviendo en energía mecánica. Estas maquinas, en su tiempo fueron un componente clave de un enorme proceso de transformación que ahora conocemos como la Revolución Industrial, posteriormente estas maquinas serian reemplazadas por diferentes tipos, como por ejemplo maquinas que funcionan a petróleo y electricidad, principalmente debido a su baja eficiencia, y aunque en estos tiempos, estas han sido relegadas a un rol secundario dentro de la sociedad, el impacto que alguna vez estas maquinas tuvieron es definitivamente innegable. Existen algunos tipos como el pistón alternativo y los motores de turbina que ahoraen día son esenciales para algunas maquinas que hacen nuestras vidas más simples, solo por mencionar una aplicación tenemos la generación de energía eléctrica, pero no solo son capaces de generar energía eléctrica sino que en realidad son la principal fuente de esta, generando aproximadamente el ochenta por ciento de la energía eléctrica en el mundo entero, y aunque este es el ejemplo más fácil de señalar.
There are types such as the alternative piston and the engine turbines that are now pivotal to some machines that make our lives easier, just to name one application, we have the electrical energy generation, but not only they are able generate electrical energy but they actually are the main electrical energy source, generating about eighty percent of the electrical energy on the whole world, and while this might be the easiest example to point out.
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SUMMARY--By definition a steam engine, is every external combustion engine that transforms thermal energy of boiling water into mechanical energy. This machines, on their time were a key component of a huge transformation process that we now know as the Industrial Revolution, this machines would later be replaced by different types, like for example machines that are powered by oil and electricity, mainly due to their low efficiency, and although in these times, they have been relegated to a secondary role in society, the impact this machines once had, is definitely undeniable.
FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES DE VAPOR En una caldera se hierve determinada cantidad de agua incesantemente. Tras calentarse por un fuego alimentado por diversos combustibles como madera, carbón o petróleo. Cuando hierve en la caldera, el vapor que se genera se concentra generando una alta presión y en ese estado se le dirige a una cámara cerrada conocida como cámara de vapor. El vapor de la caldera entra en la cámara, en donde en el extremo delantero se encuentra un cilindro, que, por la expansión del volumen del agua, empuja un pistón, a través de un mecanismo biela-manivela, el movimiento circular de este pistón se convierte en un movimiento de traslación o de rotación. Cuando acaba con el ciclo, el embolo vuelve al lugar en el que comenzó y todo el vapor se expulsa.
CLASIFICACION POR SU CONFIGURACION
3) Motores de expansión Múltiple Es una extensión lógica del motor compuesto, al dividir la expansión en más etapas para aumentar la eficiencia.
1) Motor simple
El resultado es el motor de expansión múltiple. Estos
En un motor simple o "motor de expansión simple" la
motores utilizan tres o cuatro etapas de expansión y se
carga de vapor pasa por todo el proceso de expansión en
conocen como motores de expansión triple y cuádruple,
un cilindro individual, aunque un motor s imple puede
respectivamente. Estos motores utilizan una serie de
tener uno o más cilindros individuales. Entonces se libera
cilindros de diámetro creciente progresivamente. Estos
directamente en la atmósfera o en un condensador.
cilindros están diseñados para dividir el trabajo en partes iguales para cada etapa de expansión. Al igual que con el
2) Motores compuestos
motor de doble expansión, si el espacio es basto, se
A medida que el vapor se expande al pasar a través de un
pueden utilizar dos cilindros más pequeños para la etapa
motor de alta presión, su temperatura disminuye porque
de baja presión.
no se añade calor al sistema; Esto se conoce como expansión adiabática y resulta en que el vapor entra en
La figura 7 muestra una representación de un motor de
el cilindro a alta temperatura y sale a una temperatura
triple expansión. El vapor viaja a través del motor de
más baja. Esto provoca un ciclo de calentamiento y
izquierda a derecha. El cofre de la válvula para cada uno
enfriamiento del cilindro con cada recorrido o
de los cilindros está a la izquierda del cilindro
desplazamiento, lo cual es una fuente de ineficiencia. A
correspondiente.
medida que se incrementa el recorrido de un motor de un solo cilindro en un esfuerzo para extraer más
Al final de este proceso de expansión, el vapor sigue
trabajo del vapor con cada recorrido, una mayor
teniendo suficiente entalpia para hacer más trabajo y el
cantidad de pared del cilindro queda expuesta y se
vapor pasa a un tercer cilindro donde una vez más realiza
pierde más calor, lo que da como resultado una
trabajo útil empujando hacia atrás un pistón de gran
disminución de la eficiencia de un motor de recorrido
tamaño. De nuevo el tercer cilindro es balanceado
largo.
o contra la expansión de los primeros dos cilindros y la cantidad de trabajo necesitada para balancear buen trabajo, la entalpia permanecerá constante en el vapor después de la tercera expansión, la cual es mínima, y el vapor puede ser expulsado a la atmosfera sin ninguna pérdida de energía significativa.
Figura 7. Motor de triple expansión, autor: Rachel Smoak.
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la potencia de salida. Si los diseñadores han hecho un
TIPOS DE UNIDADES MOTORAS 2. Motor de flujo unidireccional Los motores de vapor de flujo unidireccional intentan remediar las dificultades que surgen del ciclo de contracorriente usual, donde, durante cada recorrido, el puerto y las paredes del cilindro serán enfriados por el vapor de escape, mientras que el vapor de entrada más caliente consumirá parte de su energía para restablecer la temperatura de trabajo. El objetivo de el motor de vapor de fluido unidireccional es solucionar este defecto y Figura 8. Doble efecto motor estacionario, autor: Anónimo
mejorar la eficiencia proporcionando un puerto adicional
1. Pistón alternativo
haciendo que el flujo de vapor sea sólo en una dirección.
descubierto por el pistón al final de cada recorrido De esta manera, el motor de fluido unidireccional de
En la mayoría de los motores de pistón alternativo,
simple expansión proporciona una eficiencia equivalente a
el vapor invierte su dirección de flujo en cada recorrido,
la de los sistemas compuestos clásicos con la ventaja
entrando y liberando desde el cilindro por el mismo
añadida de un rendimiento de carga parcial superior y una
puerto. El ciclo completo del motor ocupa una rotación de
eficiencia comparable a las turbinas para motores más
la manivela y dos recorridos de pistón; El ciclo también
pequeños por debajo de mil caballos de fuerza. Sin
comprende cuatro eventos: admisión, expansión, escape,
embargo, los motores de vapor de fluido unidireccional
compresión. Estos eventos son controlados por las
del gradiente de la extensión térmica que se producen a lo
válvulas que trabajan a menudo dentro de un cofre del
largo de la pared del cilindro dan dificultades prácticas.
vapor adyacente al cilindro; Las válvulas distribuyen el vapor abriendo y cerrando los puertos del vapor que
La Quasiturbine es una máquina de vapor de fluido
comunican con los finales del cilindro y son accionados
unidireccional rotatoria donde las entradas de vapor
por el engranaje de válvula, del que hay muchos tipos, tal
suceden en áreas calientes, mientras que liberan en
es el caso de la figura 8.
áreas frías. 3. Motores de turbinas .Los rotores tienen una disposición en forma de hélice de cuchillas en el borde exterior. El vapor rotatorio. El estator consiste en una serie similar, pero fija, de álabes que sirven para redirigir el flujo de vapor hacia la siguiente etapa del rotor. Una turbina de vapor a menudo se descarga en un condensador de superficie que proporciona un vacío.
Figura 9. Motor de vapor de flujo unidireccional, autor: Rachel Smoak
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actúa sobre estas cuchillas, produciendo movimiento
REGULACION DE LOS MOTORES DE VAPOR SIMPLES Y COMPUESTOS BARRIENTOS E, BENAVIDES M, RECINOS E, RIVERA J.
Resumen— Tanto como los Motores simple y compuesto presentan diferentes tipos de funciones, por ejemplo en las máquinas de vapor se llevan a cabo en un solo cilindro como es el caso de una máquina de vapor simple ,ya que un motor compuesto hay dos o más cilindros de tamaño creciente por lo tanto la eficiencia mecánica es diferente para motor simple y compuesto esto debido a la energía térmica que se convierte en trabajo para cada uno de los motores , suelen surgir dificultades graves y que las maquinas no suelan ser tan eficiente en caso de utilizar vapor de alta presión con amplia gama de expansión en motores de un solo cilindro ( motor simple) cuando un motor tiene más de una etapa de recuperación y pasa a una segunda u otra etapa posterior podrá verse que maquina es más (Wikipedia, Wikipedia, 2017) eficiente(motor compuesto). Tomando en cuenta siempre algunas regulaciones como la fuente de calor, calderas, unidad motora y disipador de frio. Summary— As simple and compound motors have different types of functions, for example in steam engines are carried out Increasing size therefore the mechanical efficiency is different for the simple engine and composed this by the thermal energy that becomes the work for each one of the motors, usually the precipitations of the excavations and that the machines do not usually be so efficient in Case (single motor) when an engine has more than one recovery stage and passes a second one later stage can make the machine more efficient (the compound engine). Taking into account always some regulations like the heat source, boilers, motor unit and cold sink.
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in a single cylinder as is the case of the single steam engine, since a compound engine there are two more Cylinders of
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REGULACION DE MOTORES DE VAPOR SIMPLES Y COMPUESTOS Los motores de vapor son motores de combustión externa (fig.10), donde el fluido de trabajo es separado de los productos de la combustión. El ciclo termodinámico ideal utilizado para analizar este proceso se llama ciclo de Rankine. En el ciclo, el agua se calienta y se transforma en Figura 10. Diagrama de flujo de los cuatro dispositivos principales utilizados en el ciclo de Rankine. 1) Bomba de agua de alimentación. 2) Generador de caldera o de vapor. 3) Motor. 4) Condensador.
vapor dentro de una caldera que funciona a alta presión. Cuando se expande a través de pistones o turbinas, se realiza trabajo mecánico. El vapor a presión reducida se descarga entonces a la atmósfera, o se condensa y se bombea de nuevo a la caldera.
A medida que el vapor se expande, empuja el pistón, que por lo general está conectado a una manivela en un volante de inercia para producir un movimiento rotativo. (Fig.11) En una máquina de vapor simple, la expansión del vapor de agua se lleva a cabo en un solo cilindro; mientras que en el motor compuesto hay dos o más cilindros de tamaño creciente, de una mayor expansión del vapor de agua y una mayor eficiencia; el primero y el más pequeño del pistón es accionado por el vapor a alta presión inicial y el segundo por el vapor de baja presión agotado de la primera. Se compone de un tanque de agua perforada con tuberías. Los
Figura 11.(Schools, 2017)
gases calientes de un carbó o madera fuego corren a través de los tubos para calentar el agua en el tanque, como se muestra. (Fig. 12)
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Figura 12. Caldera Pirotubolar (Humanity, 2017)
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PARA MOTOR DE VAPOR SIMPLE
PARA MOTOR DE VAPOR COMPUESTO
• La carrera de un motor de un solo cilindro se
El motor de vapor compuesto tiene más de una etapa de
incrementa en un esfuerzo para extraer más trabajo del
recuperación de energía a partir del mismo fluido de
vapor de agua con cada golpe (figura 13), una mayor
trabajo, con el escape de la primera etapa pasa a través
cantidad de la pared del cilindro está expuesta y se
de la segunda etapa, y en algunos casos a continuación,
pierde más calor, lo que resulta una menor eficiencia de
a otra etapa posterior. Este tipo de motor fue inventado
un motor de carrera larga.
originalmente como un medio de hacer las máquinas de vapor más eficiente.
• Si se utiliza vapor de alta presión con una amplia gama de expansión en motor de un solo cilindro, surgen
• La expansión completa del vapor ahora se produce a
dificultades graves y la máquina no suele ser tan
través de múltiples cilindros y la pared del cilindro
eficiente. Para superar dificultades y obtener ciertas
está menos expuesta, por unidad de volumen de
ventajas, existen las máquinas de vapor compuestas o
vapor de agua en cada cilindro.
de expansión múltiple. • En cada cilindro se pierde menos calor por el vapor • La amplia gama de presión de vapor (diferencia de
existente en cada uno. Esto reduce la magnitud de la
presión) entre la presión inicial y la presión de escape,
calefacción del cilindro y la refrigeración, provocando
causa un intervalodetemperatura correspondientemente
un aumento de la eficiencia del motor.
grande en el cilindro, esto provoca la condensación del
vapor ya que el vapor calienta a alta presión.
• En una extensión lógica del motor compuesto se divide la expansión en más etapas para aumentar
• Entrará en contacto con el cilindro relativamente frío
la eficiencia. El resultado es el motor de expansión
durante el período de admisión.
múltiple.
• La condensación del vapor es una fuente de pérdida
• Se utiliza una serie de cilindros de doble efecto para
de potencia y también causa problemas mecánicos en el
aumentar progresivamente el diámetro (figura 14) se
cilindro.
muestra un motor de triple expansión. El vapor viaja a través del motor de izquierda a derecha.
• La acumulación de agua en el espacio libre podría causar una presión excesiva para romper la
Figura 13. Motor de vapor simple (Keywordsuggests, 2017)
Figura 14. Motor de expansión multiple (Wikipedia, Wikipedia, 2017)
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culata.
REGULACIONES GENERALES • La fuente de calor: El calor necesario para hervir el agua y suministrar el vapor se puede derivar de varias fuentes, lo más comúnmente de la quema de materiales combustibles con un suministro adecuado de aire en un espacio cerrado. • Calderas: Las calderas son recipientes a presión que contienen agua a hervir, y algún tipo de mecanismo para transferir el calor al agua con el fin de hervir. • Unidad motora: una turbina de vapor o cualquier otro dispositivo similar para hacer el trabajo mecánico se lleva a un suministro de vapor de agua a alta presión y temperatura y da a cabo un suministro de vapor de agua a baja presión y temperatura, utilizando como gran parte de la diferencia en vapor energía como sea posible para hacer un trabajo mecánico. • Disipador de frió: Al igual que con todos los motores térmicos, la mayor parte de la energía primaria debe ser emitida en forma de calor residual a temperatura relativamente baja. El disipador de frío más sencillo es ventilar el vapor para el medio ambiente. Esto se utiliza a menudo en las locomotoras de vapor, ya que el vapor liberado es ventilado por la chimenea a fin de aumentar el sorteo en el fuego, lo que aumenta considerablemente la potencia del motor, pero reduce la eficiencia. A veces, el calor residual es útil en sí, y en esos casos se puede obtener muy alta la eficiencia global. • Bomba de agua: El ciclo de Rankine y motores más prácticos de vapor tienen una bomba de agua para reciclar o recargar el agua de la caldera, de modo que puedan ejecutarse de forma continua. Instalaciones y calderas industriales suelen utilizar múltiples etapas bombas centrífugas; sin embargo, se utilizan otros tipos. • Seguimiento y control: Por razones de seguridad, casi todas las máquinas de vapor están equipadas con mecanismos de seguimiento de la caldera, como un medidor de presión y una mirilla para controlar el nivel del agua. Muchos motores, fijos y móviles, también están equipados con un gobernador para
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regular la velocidad del motor sin la necesidad de intervención humana.
CALIXTO, N.; DIAZ, M.; FRANCO, C.; PINZÓN, J.
fenómenos de sobresaturación en toberas de vapor
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Efecto de la fricción
Resumen— El documento contiene la información de cómo el efecto de la fricción toma lugar en las toberas de vapor, así como esto afecta a la eficiencia de la tobera y además de esto causa un fenómeno que es llamado sobresaturación en las boquillas (toberas) de las tuberías en las turbinas de vapor que tienen los generadores ya sean térmicos, geotérmicos o de biomasa. Resümee— Das Dokument enthält Informationen darüber, wie die Wirkung der Reibung erfolgt in den Dampfdüsen, und dies wirkt sich auf die Effizienz der Düse und außerdem ist es verursacht ein Phänomen, das Übersättigung Düsen (Düsen) der Rohre genannt wird, in Dampfturbine mit Generatoren entweder thermisch, geothermischen oder Biomasse.
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El funcionamiento no ideal de la tobera causa una reducción en la caída de entalpía. Esta ineficiencia en la tobera puede ser contabilizada por la eficiencia de la tobera. La eficiencia de la tobera se define como la proporción de la caída de calor real a la caída de calor ideal. En el caso de que el fluido de trabajo sea vapor, la fricción provoca el calentamiento del vapor que fluye a través de la tobera aumentando así la fracción de sequedad. El volumen de vapor en la salida también aumenta debido a este factor. A pesar de que la superficie interior de la tobera es lisa, las pérdidas de fricción siempre prevalecen debido a la fricción entre el fluido y la superficie de la tobera, el proceso de expansión a través de la tobera se vuelve irreversible, dicho proceso de expansión ocurre gracias a una velocidad muy rápida y el tiempo disponible es menor para que la transferencia de calor tenga lugar de modo que pueda ser aproximado como adiabático. La fricción que prevalece durante el flujo a través de la tobera causa una caída de calor de aproximadamente 1015% y reduce la velocidad de salida. La pérdida de fricción será alta con mayor velocidad de fluido, generalmente friccional. Las pérdidas se encuentran más en la parte posterior después de la garganta en la tobera convergentedivergente debido a simple hecho de que la velocidad en la sección convergente hasta la garganta es más pequeña en comparación con después de la garganta. La expansión hasta la garganta se puede considerar isentrópica debido a pequeñas pérdidas de fricción. Aparte de las consideraciones de velocidad, la pérdida de fricción significativamente alta en la porción divergente de la tobera comparada con la porción convergente puede a la superficie de contacto. La longitud de la sección convergente hasta la garganta es bastante pequeña a la longitud de la porción divergente después de la garganta, ya que tiene una aceleración subsónica que se puede completar en longitud corta. La sección divergente de la tobera está diseñada comparativamente más larga que la sección convergente, Para evitar la separación de flujo debido a la geometría del conducto adverso (tipo divergente). Las pérdidas de turbulencia también significativa en la parte divergente en comparación con la porción convergente. Debido a los diferentes factores discutidos por encima de las pérdidas de fricción se encuentra que son más en la parte divergente en comparación con la parte convergente. Normalmente el ángulo de divergencia en la porción divergente se mantiene entre 10° Y 25° Para evitar el flujo separación. Pero el pequeño ángulo de divergencia causa un aumento en la longitud de la porción divergente, por lo tanto, aumenta pérdidas por fricción. Siendo así se debe ponerse en práctica un compromiso al seleccionar el ángulo de divergencia como muy pequeño ángulo es deseable desde el punto de vista de separación de flujo, pero indeseable debido a longitud larga y mayor punto de vista de pérdidas por fricción.
FENÓMENO DE SOBRESATURACIÓN EN LAS TOBERAS Fenómeno de sobresaturacion también llamado flujo sobresaturado, Este fenómeno se debe a que el flujo de vapor que tenemos trabajando dentro de las tuberías de en una turbina de vapor, es un vapor el cual pasa la temperatura de ebullición, cuando el vapor pasa por una tobera o también llamada boquillala temperatura del vapor empieza a bajar y la presión de digo vapor también ya que la punta de salida de la boquilla es de diámetro más pequeño que la entrada de ella, esto hace que el vapor empiece a cambiar de estado y empiece a condensarse y se esperaría que en este momento apareciera la primera gota de líquido, pero como se está trabajando con vapor y se le cambia la temperatura drásticamente a una velocidad alta, el vapor no tiene tiempo de formar las gotas y ocaciona que el vapor se vuelva húmedo. Esta humedad es aproximadamente del 4% y se dice que el vapor esta en un equilibrio meta estable que se refiere a que aparentemente está en un equilibrio, pero un pequeño cambio repentino de las condiciones haría que el Vapor empezara a perder las condiciones que se tienen, en un momento en donde el vapor se mantiene en dicho estado, empieza a intentar Equilibrar la temperatura y presión para que se pueda condensar el vapor normalmente, y empezar a formar gotas. Esta parte de condensación por lo regular se espera que empiece cuando el vapor ya ha pasado por toda la turbina ya que, si las gotas pasarán por dicha turbina, ocasionaría graves daños en ella, todo este proceso de tener el fenómeno de sobresaturacion se realiza cuando las moléculas del vapor se mantienen en un orden constante o mejor dicho un desorden constante, esto hace que haya una caída de calor dentro de las moléculas del vapor. El flujo de vapor a través de la tobera puede ser tan rápido que no se dispone de tiempo suficiente para que la transferencia de calor tenga lugar y por lo que el cambio de fase se queda atrás de la expansión. Generalmente el tiempo disponible puede ser desde 10 a 2 segundos para que el vapor fluya a través de la tobera junto con su condensación. Lo que hace p osible el inicio de condensación son los núcleos de condensación, estos pueden ser proporcionados po r partículas extrañas, límites sólidos, etc. En ausencia d e núcleos de condensación, el cambio defase de vapor puede retrasarse, lo cual podría ser el factor responsable de la sobresaturación. La sobresaturación o el equilibrio metaestable aún está presente en la tobera hasta una resequedad del 9495%, más allá de porcentaje de resequedad, la condensación de vapor se produce repentinamente a velocidad muy rápida de manera irreversible y el proceso de expansión de vapor alcanza equilibrio estable.
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TURBINAS DE IMPULSO Y REACCIÓN
Alvarado, D.; Crespín, K.; Rodríguez, C.; Romero, S.
Las turbinas, más conocidas como turbo maquinas, son utilizadas en las industrias para generar energía eléctrica debido al movimiento mecánico que producen. Acorde a la disposición de sus álabes y a la entrada del fluido podemos clasificarlas en dos categorías: acción y reacción. Aunque estas sean muy similares, su diferencia está en que las turbinas de acción aprovechan la energía cinética de un fluido. Contrario a esto, las de reacción aprovechan la presión con la que el fluido está en contacto con los álabes. Les turbines, mieux connues sous le nom de turbomachines, sont utilisées dans l'industrie pour la production d'énergie électrique grâce au mouvement mécanique qu'elles fournissent. Selon la disposition des pales et de l'entrée de fluide, nous pouvons les classer en deux catégories: action et réaction. Bien que celles-ci soient très semblables, elles sont aussi différentes puisque les turbines d'action exploitent l'énergie cinétique d'un fluide et, contraire à cela, les turbines de réaction exploitent la pression avec laquelle le fluide est en contact avec les lames.
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TURBINAS
Las son máquinas por las cuales transita un fluido de manera continua que permite la entrega de energía a través de un eje con aspas o álabes. Dichas turbinas están constituidas por un motor rotativo que convierte la energía mecánica ejercida, en energía eléctrica a través de un generador. Turbinas de acción
Turbinas de reacción
La turbina de impulso gira cuando un chorro de agua
La turbina de reacción actúa por el agua que se
proveniente de una tobera (Boquilla) golpea uno de sus
mueve a una velocidad relativamente baja, sin
cangilones a velocidad muy alta. Debido a esta velocidad,
embargo está sometida a unapresión alta. El agua
una gran proporción de la energía del agua se muestra en
llega al cuerpo de la turbina (rodete) a través de un
forma de energía cinética, la cual genera una producción
sistema completamente cerrado denominado de
de trabajo. Dependiendo de su diseño, las turbinas de
distribución. Pero a diferencia de las turbinas de
impulso constan de una o varias etapas y cada una de
impulso, la presión se expande en la totalidad de los
ellas están constituidas por un estator y un rotor.
alabes fijos y los alabes móviles.
FUNCIONAMIENTO Turbinas de acción
Turbinas de reacción
Las turbinas funcionan por etapas. Primero, el fluido
La turbina de reacción está constituida por un juego
brota de la tobera . Las toberas están colocadas de tal
de alabes fijos o toberas y un juego de alabes
forma que entreguen el fluido a los alabes móviles con
móviles. En los alabes fijos el fluido incrementa su
un ángulo definido. Esto permite reducir el área de salida
velocidad relativa mientras que su presión y entalpia
para aumentar la fuerza y por consecuente, aumentar la
disminuyen debido a la disposición de la tobera.
presión. El fluido sale a velocidad alta y presión baja (la presión de salida es igual que la de entrada). Luego el
El flujo de gases o vapor entra en los alabes fijos a
fluido golpea los alabes, generando un movimiento. Esa
través de toda su circunferencia por lo que se dice
energía mecánica impulsa el eje lo que posibilita que se
que es de admisión total. La energía producida por el
active el generador que convierte la energía mecánica en
cambio en el momento de los gases es absorbida
energía eléctrica. Dependiendo del diseño, el estator
por los alabes móviles y transmitida al eje en
puede estar constituido por alabes fijos que cambian la
forma de trabajo de fecha.
dirección del flujo para entregarlo con el ángulo adecuado al siguiente grupo de alabes fijos o móviles.
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de TURBINAS
APLICACIONES
Turbinas Pelton Las turbinas Pelton son de diversos tamaños. Las más grandes, de varias toneladas, están usualmente montadas en vertical sobre cojinetes hidráulicos y son usadas en las centrales hidroeléctricas. Las turbinas Pelton más pequeñas, solo de unos pocos centímetros, se usan en equipamientos domésticos.
Turbinas FRANCIS Se utilizan para la producción de electricidad. Las grandes turbinas Francis son diseñadas de forma individual para la necesidad específica de cada central hidráulica con el propósito de lograr el máximo rendimiento posible. Son muy costosas de diseñar, fabricar e instalar, pero pueden funcionar durante décadas. Pueden utilizarse también para el bombeo y almacenamiento hidroeléctrico.
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COMPRESORES
COMPRESORES ALTERNATIVOS Y ROTATIVOS ALONZO S.; FLORES G.; RIVERA A.; WU P
Resumen— En este artículo se describirán los diferentes
Los compresores son máquinas vitales en muchos
tipos de compresores volumétricos, los cuales son
sectores básicos de una economía industrial. Existen
alternativos y rotativos; con sus características y
dos grandes ramas de compresores, los cuales son:
clasificación. Se explicarán las funciones y los elementos
compresores volumétricos y turbocompresores. Este
que componen a dichos compresores, así como sus
documento se enfocará en los compresores
aplicaciones y usos dentro de la industria. También se
volumétricos y describirá los diferentes tipos
analizará las fallas que puede haber en los mismos
de compresores volumétricos que existen, siendo
debido a diferentes causas y cuales consecuencias
éstos los rotativos y los alternativos.
pueden tener. Asimismo, se presenta información de mantenimiento preventivo para compresores con el
Tomando en cuenta la definición de compresor, se
propósito de evitar que el compresor de dañe y de
mostrará la funcionalidad y de los elementos que
alargar la vida del equipo.
componen; así también las aplicaciones que se da en
摘要—本篇⽂章探討了不同類型的容積式的壓縮機，
ventajas y desventajas que poseen cada uno de ellos,
其往復和旋轉式壓縮機； 分類並說明它們的特點．
y finalmente identificando y evaluando las posibles
說明功能和配件與在⼯業和⽇常的應⽤．分析每種
fallas que los compresores pueden presentar, y de qué
可能故障的原因與後果 ． 此外解說預防性維護信
forma se puede prevenir, con el propósito de evitar
息，現⽤於不同壓縮機以防⽌壓縮機損壞，並延⾧
que el compresor de dañe y alargar la vida del equipo.
設備的壽命。
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diferentes industrias. Se evaluarán las diferentes
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COMPRESORES Un compresor es una máquina diseñada para incrementar la presión de un gas o una mezcla de gases a partir de la presión atmosférica, con el fin de proporcionarle energía y utilizarlo en múltiples aplicaciones. (Martín, 2005) El incremento de la presión del aire puede efectuarse en una única etapa o en varias etapas, que es como se hace cuando el aumento de presión necesario es muy elevado. El tamaño de los compresores puede variar desde grandes aparatos de varios cientos de kilogramos de peso hasta los más pequeños, que pueden transportarse sobre Fig. 15. Clasificación de los compresores (Anonimo, Produccion de aire comprimido, Sin fecha)
un pequeño carro sobre ruedas quepermite su traslado con facilidad y su ubicación en cualquier lugar.
COMPRESORES VOLUMETRICOS Los compresores volumétricos, se basa en el principio de funcionamiento de la ecuación de estado de gas ideal y en el Principio de Pascal, es decir, aumentan la presión del gas gracias a la reducción de su volumen, transmitiéndole íntegramente a todo el fluido situado aguas abajo. Estos compresores disponen de un elemento denominado desplazador, que atrapa el gas mediante la creación de una succión, luego reduce su volumen, y lo desplaza hacia la salida donde existe una presión mayor.
COMPRESORES ALTERNATIVOS Los compresores alternativos son los más utilizados en la industria y los servicios por sus notables ventajas y características, que los convierten en los más económicos tanto en el momento de su adquisición como en el de su uso. Los compresores alternativos se puede subdividirse en: compresor a pistón y compresor a membrana. (fig. 16 )
Fig. 16. Fases del ciclo de un compresor alternativo (Martín, 2005)
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FUNCIONAMIENTO Contiene de un cilindro donde se desplaza alternativamente
En determinados compresores de prestaciones
un émbolo arrastrado desde el exterior por una
reducidas el pistón es sustituido por una membrana,
biela; cuando éste comienza a salir del cilindro se crea una
que desplazada alternativamente, crea la succión y la
succión que permite la entrada del aire desde el exterior a
compresión dentro de una cámara. Recibe el nombre de
través de una válvula, llenándolo.
compresor de membrana.
Cuando el pistón regresa se reduce el volumen y se incrementa la presión del aire hasta alcanzar un valor en el que se abre una válvula que conecta el cilindro con el servicio. (Fig. 17)
Fig. 18. Funcionamiento de compresor con membrana (Martín, 2005)
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
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Fig. 17. Funcionamiento de compresor con pistón. (Martín, 2005)
COMPRESORES ROTATIVOS
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Los compresores rotativos pueden tener varios mecanismos de acción, con paletas, tornillo, scroll y entre otros. La compresión se produce por la disminución del volumen resultante entre la carcasa y el elemento rotativo, cuyo eje no coincide con el eje de la carcasa. En estos compresores rotativos no son obligatorias válvulas de admisión, ya que como el gas entra de forma incesante en el compresor la pulsación de gas es mínima. Fig. 19. Compresor rotativo
TIPOS DE ROTATIVOS Y SUS FUNCIONAMIENTOS 1. De paleta
2. De Scroll o espiral
3. De tornillo
Para éste tipo de compresor el eje
Está formado por dos espiras, una
El refrigerante procedente del
motor es excéntrico respecto al eje del
fija y otra móvil de manera que la
evaporador queda atrapado en los
estator y concéntrico respecto al eje
móvil se va cerrando sobre la fija. La
espacios existentes entre los
del rotor. El rotor gira deslizando sobre
espira móvil va aspirando el gas y lo
canales del tornillo secundario o
el estator, estableciéndose un contacto
va cerrando contra la otra espira y lo
hembra, girando con él y
que en el estator tiene lugar sobre una
va comprimiendo.
comprimiéndose a medida que
única generatriz, mientras que en el
avanza hacia la salida, ya que el
rotor tiene lugar a lo largo de todas
volumen disponible entre las
sus generatrices.
ranuras que dejan los tornillos va disminuyendo gradualmente.
Fig. 20. Compresor rotativo de paleta (Widman & Linares, 2017)
Fig. 21. Compresor espiral (Centro Integrado de Formacion Profesional (MSP), sin fecha)
Fig. 22. Compresor de tornillo (Anonimo, Aire acondicionado y clima, sin fecha)
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS
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FALLAS DE COMPRESORES Fallas por calor excesivo
Fig. 23. Temperatura de falla (Anonimo, Chemous, sin fecha)
o Sobrecalentamiento: éste se produce cuando la temperatura del gas de succión al compresor resulta elevada. o Bajo voltaje: si el compresor trabaja con bajo voltaje se genera un aumento de corriente eléctrica (amperaje), provocando calentamiento en los devanados y daño del aislamiento. o Falta de refrigerante: si al embobinado no le llega vapor de refrigerante suficiente para eliminar el calor que desprende, el compresor se sobre calentará. o Obstrucciones en el evaporador y falta de ventilación: bajo estas condiciones el sistema tendrá baja presión de succión o muy alta presión en la cabeza del compresor, con lo que la temperatura de descarga del compresor resulta excesiva.
Fallas por contaminación o Aire y humedad: al originarse por un vacío inexistente, estos elementos reaccionan con el aceite y el refrigerante es capaz de formar congelación y taponamiento de la válvula de expansión o del tubo capilar. o Ceras y resinas: Obstruyen la válvula de expansión y tubo capilar, ocasionando la pérdida de compresión y que se tapen los orificios con el aceite. o Suciedad y brisas de metal: se instalan en las válvulas de expansión, lo que obstruye la circulación del refrigerante; también dañan el material aislante del embobinado, se depositan en éste y provocan cortocircuito.
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provocando enlodadura y formación de ácidos dentro del sistema, característica que los hace muy dañinos. La humedad
CLASIFICACIÓN Y APLICACIÓN DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Aguilar, J; Arriola, A; Bigueur, K; Romero R.
Resumen— Los motor de combustión interna son aquellos que obtienen la energía mecánica directamente de la energía química, su nombre está relacionado al proceso de combustión que se lleva a cabo en su interior, dichos motores se clasifican en alternativos y rotativos con subclasificaciones en los alternativos: motores de explosión (gasolina) y combustión (Diesel); en los motores rotativos se presenta los wankel, se da una clasificación de los que son más comunes actualmente. En la aplicación que se hace énfasis es en los motores automovilísticos, dado que son estos en los que se presenta el mayor uso, los vehículos tienen motores de gasolina de 4 tiempos, ya que los motores de gasolina de dos tiempos son livianos y no se utilizan en automóviles; los motores diesel presentan una eficiencia en el ahorro de combustible. Los wankel es utilizado mayormente en automóviles deportivos, el ciclo de los rotativos es un ciclo de 4 tiempos que se comporta como uno de 2 tiempos ya que realiza las fases simultáneamente. 32 | TERMODINAMICA
MOTOR TÉRMICO Es un dispositivo encargado de convertir la energía térmica liberada en un proceso químico de oxidación rápida gracias a la presencia de un combustible que favorece la combustión. Entre más energía transforme a trabajo se dice que el motor tiene mayor aprovechamiento del calor generado por la combustión es decir es más eficiente, de modo inverso se dice que el motor es ineficiente, el motor térmico como su nombre lo dice se basa en el cambio de temperatura.
Fig. 24 Motor Otto (Sin Autor)
MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Es una clasificación de un motor térmico que obtiene energía mecánica de la energía química que se libera a través de la explosión de un combustible en una cámara de combustión.
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CLASIFICACION DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA MOTORES ALTERNATIVOS Reciben este nombre por tratarse de un movimiento lineal de un pistón que cambia de sentido, y porque transforman la energía química contenida en los combustibles en energía mecánica, más concretamente en el movimiento de un eje.
MOTORES A GASOLINA Es un tipo de motor de combustión interna que utiliza la explosión de un combustible, provocada mediante una chispa, para expandir un gas empujando así, un pistón que convierte la energía que se produce de las reacciones químicas, que contiene el combustible, en energía cinética.
Fig. 25. Motor de 4 tiempo (Sin Autor)
Fig. 26. Motor de 2 tiempo (Sin Autor)
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MOTORES A DIESEL Es un motor que, por el auto encendido del combustible debido a altas temperaturas derivadas de la compresión del aire en el interior del cilindro, según el principio del ciclo del diésel. Este motor se conocía comúnmente por ser ruidoso, oloroso y de poca potencia, pero se fue mejorando mediante el transcurso del tiempo sus controladores de su sistema de inyección se han vuelto, más delicados y se han presentado mejoras. Los motores diésel tienen una ventaja sobre los motores de gasolina ya que presentan un menor costo de funcionamiento con respecto al de gasolina, al mismo tiempo estos tienen un mayor nivel de eficiencia en el índice de compresión del motor, también una característica de estos es que se encienden por autoignición quiere decir por autoencendido.
Fig. 27 Motor Diesel
MOTOR WANKEL El motor Wankel se implementa como un motor de encendido provocado o motor de encendido por compresión, parecidos a los ciclos de Otto y Diésel. Su funcionamiento es como un ciclo de 4T, pero se comporta como uno de 2T ya que el motor gira constantemente mientras se efectúan las fases.
Fig. 28 Motor Wankel
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LOS REFRIGERANTES Manzano, R.; Pineda, J.; Portillo, A.; Torres, K.
Resumen—Refrigerante es una sustancia que actúa como agente de enfriamiento, con propiedades especiales de punto de evaporación y condensación. Mediante cambios de presión y temperatura absorben calor en un lugar y lo disipa en otro mediante un cambio de líquido a gas y viceversa. Estos pueden encontrarse como orgánicos o inorgánicos Riassunto-refrigerante è una sostanza che agisce come un agente di raffreddamento, con particolari proprietà punto di evaporazione e condensazione. Da variazioni di pressione e temperatura in un luogo assorbono calore e dissipa in
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un'altra cambiando da liquido a gas e viceversa. Questi possono essere presenti come organico o inorganico.
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Atreves de los años se han utilizado diferentes tipos de refrigerantes, algunos tóxicos, inflamables o con propiedades ambientales limitadas. Actualmente no existe un refrigerante que pueda ser llamado ideal, ya que todos conllevan un efecto negativo en su uso. No hace tanto tiempo, necesitábamos tener una posición privilegiada o estar bien conectados para conseguir una bebida fría con unos cubitos de hielo flotando. Grandes fortunas se hicieron gracias al comercio de bloques de hielo cargados en barcos, en bodegas aisladas de carga
No todo es negativo debido a que gracias a los
para ser vendidos al rededor del mundo. Hoy en día, no
refrigerantes podemos aclimatarnos por comodidad o
tenemos tal inconveniente.
salud. Es de gran ayuda en las oficinas genera un ambiente agradable y en los hogares mucha comodidad
Desde que se comenzaron a diseñar los sistemas de
incluso en el automóvil podemos disfrutar de viajes
refrigeración, se comenzaron a usar refrigerantes
largos sin importarnos tanto el clima exterior eso nos
fluorados, como el R-12, el cual es un refrigerante CFC
hace pensar que no todo está perdido siempre y cuando
llamados así porque contienen (flúor, carbono, cloro) este
se hagan muchos más estudios para crear o descubrir
es perteneciente a la primera generación de refrigerantes
refrigerantes eco agradables.
,este era utilizado hasta que se comenzó a tomar conciencia del daño que este causaba a la capa de ozono.
Todos estos cambios se da gracias a la intervención de
Esto se debe a que su fórmula contiene átomos de cloro;
muchas entidades internacionales para la protección de
el cloro puede estar hasta 1000 años en la estratosfera,
vida así la industria tiene mucho más restricción en el
este elemento al tener contacto con una molécula de
uso de cualquier sistema que altere el medio ambiente
ozono (O3) procede a romper los enlaces de esta misma
y daña la capa de ozono. Cada año se realizan más
causando así graves daños, así que se realizó el protocolo
estudios para poder crear un refrigerante cada vez más
de Montreal en el año 1989, el cual es un protocolo de la
amigable c on el medio ambiente lastimosamente en
Convención de Viena para la Protección de la Capa de
muchos países tercer mundistas las leyes
Ozono, diseñado para proteger la capa de ozono
internacionales no se aplican en su totalidad creando
reduciendo la producción y el consumo de numerosas
así un grave problema para las entidades protectoras de
sustancias que se ha estudiado que reaccionan con ella y
la vida.
se cree que son responsables del agotamiento de la misma; así nacieron los nuevos refrigerantes HCFC
Ahora esperamos que la próxima vez que abras el
llamados así porque estos contienen (Hidrógeno flúor,
refrigerador o estés conduciendo utilizando el aire
carbono, cloro) llamados también de segunda generación,
acondicionado de tu automóvil recuerda que tras su
pero aunque estos causaban un impacto menor en la capa
funcionamiento está un componente que lo hace
de ozono, se encontraron una clase de refrigerante aun
posible, “El refrigerante”. Además queremos pedirte que
menos dañina que esta, llamados Hidrofluorcarbonos
no abuses de su uso, ya que como efecto de estos la
(HFC) estos son la solución actual, ya que no contienen
capa de ozono permite el aumento del paso de rayos
cloro evitando así el daño que este causaba, pero aunque
UV, el cual nos daña a todos por igual lastimándonos la
se vea como una respuesta perfecta; ellos aún contienen
piel, ojos, disminuyendo la capacidad inmunológica,
Flúor el cual contribuye al efecto invernadero.
daña plantas, animales, entre otros efectos colaterales por lo tanto cuidémonos unos a otros; cuidemos nuestro planeta.
Características de refrigerantes
La formulación de términos en la nomenclatura de los refrigerantes se basa en su composición química y se representa por una combinación de cifras y letras. Atendiendo a la naturaleza química de los refrigerante. Las moléculas de refrigerantes orgánicos están compuestas generalmente por átomos de carbono, hidrógeno, cloro y flúor. Su denominación es un número de tres cifras: la primera de la derecha indica el número de átomos de flúor; la segunda, el número de átomos de hidrógeno más uno; y la cifra de la izquierda es el número de átomos de carbono menos uno (si el resultado es cero, se omite). La cantidad de átomos de cloro no se indica, pero se deduce por el número de enlaces de carbono que no están ocupados por hidrógeno y flúor.
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PROPULSORESÂ A CHORRO
PROPULSORES A CHORRO: FUNCIONAMIENTO Y APLICACIÓN EN MOTORREACTORES Avelar, M.; Irizarry, K.; Russell E.; Rodríguez, L. Resumen— Los propulsores a chorro son dispositivos que han permitido dar un impulso drástico en el avance tecnológico de los medios de transporte y actualmente estos son los responsables de movilizar a los vehículos más veloces creados por el ser humano. Se abarcarán los principios que encierra el funcionamiento más básico de un motorreactor a base de propulsión a chorro, los tipos de motorreactores que existen y la peculiaridad dentro de su funcionamiento que los caracteriza, y los factores a tomar en cuenta para el mejoramiento y avance de los motorreactores en diferentes campos de la aeronáutica. Summary— Jet propellers are devices that have allowed a drastic boost in the technological advancement of means of transport and i are currently responsible for mobilizing the fastest vehicles created by humans. The principles underlying is the most basic operation of a jet propulsion-based engine, the types of motor-reactors that exist and the peculiarities of the operation that characterize them, and the factors to be taken into account for the improvement and advancement of motor reactors in different fields of aeronautics.
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PROPULSOR A CHORRO Un motor a propulsión a chorro, también conocido como motorreactor, es un dispositivo que su funcionamiento viene dado por la expulsión a gran velocidad de un fluido debido a un cambio de presión. Este funcionamiento se basa en principios tales como las Leyes de Newton. Hay distintos tipos de motorreactores, pero el que tiene el mismo principio es la turbina. Ya que el chorro a alta velocidad que despide viene dado por cambios de presiones. Esto se consigue en el motor mediante fuerzas que permiten al gas fluir hacia atrás formando un chorro. El funcionamiento de este también se fundamenta en la tercera ley de Newton ya que la fuerza de acción que produce el flujo del aire es igual a la fuerza de reacción o empuje producido por el chorro de alta velocidad en la cola del motorreactor. Cuanto mayor sea la velocidad del chorro, mayor será la fuerza de empuje. Este empuje es el que hace que un vehículo avance. Esto sólo puede conseguirse aumentando las presiones internas del motor e incrementando la temperatura del gas por medio de la combustión. Fig. 29 Propulsor de agua Al analizar el funcionamiento de un motorreactor, nos damos cuenta que los gases podrían ser descargados a la atmósfera, produciendo su expansión y ejerciendo una fuerza sobre la atmósfera que se vería traducida en un empuje. Sin embargo, el compresor requiere un aporte energético que se encarga de trasladárselo la turbina. Al contrario con lo que sucede en el compresor, los gases se expanden al recorrer por la turbina transformando su energía de presión en energía cinética la cual se traslada en forma de energía mecánica al turbocompresor mediante un eje. Los gases mantendrán una presión suficientemente elevada como para que al hacerlos pasar por la tobera generen una fuerza que sea devuelta por la atmósfera en forma de empuje que propulse la aeronave.
Fig. 2. Estructura interna básica de un motorreactor. (Google imágenes) 42 | TERMODINAMICA
TIPOS DE PROPULSORES A CHORRO 1. Turborreactor La idea principal de turborreactor es el mismo que el motor de propulsión. Funciona con el ingreso de aire al compresor por la parte frontal, y ese aire sea mezclado con un combustible y se caliente hasta que los gases de la cámara de combustión. Los gases pasan por turbinas y el resultado de este aumento de temperatura es un aumento de alrededor del 40 por ciento en el empuje al despegue debido a que los gases se convierten en presión. 2. Turbohélice El turbohélice es un turborreactor que está conectado en una hélice. Cuando en la cámara de combustión, se empieza a calentar la mezcla de aire y combustible, los gases accionan las turbinas y estas encienden una asta, donde se encuentran conectadas las hélices. En comparación con un motor turborreactor, el turbohélice tiene una mejor eficiencia de propulsión a velocidades de vuelo menores de 500 millas por hora. 3. Turboventilador Un turboventilador es un motor que posee un ventilador de gran tamaño en la parte frontal. Debido a este, la mayoría del aire recorre afuera del motor, provocando que sea más silencioso y más eficiente en vuelos a velocidades bajas. A diferencia de los motores mencionados, solo una parte del aire del compresor entra en la cámara de combustión y el resto pasa por el ventilador, y lo sobrante sale directamente como una corriente de aire que se combina con la presión del gas del escape. 4. Hidrojet Un hidrojet o chorro de agua, es un sistema propulsión náutica mediante un chorro de agua. La disposición mecánica puede ser una hélice en el interior de un conducto con una tobera a la salida del mismo, o una bomba centrífuga y la tobera. 5. Estatorreactor Tecnológicamente, es un tipo de motor de reacción que carece de compresores y turbinas, pues la compresión se efectúa debido a la alta velocidad a la que ha de funcionar. Éste está abierto por ambos extremos y sólo tiene toberas de combustible en la parte central.
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