1-10 Practicas de Maquinas Termicas

8/19/2019 1-10 Practicas de Maquinas Termicas

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DEMÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORESCUAUTITLÁN

LABORATORIO. MAQUINAS TÉRMICAS

PRACTICA 1. “CALDERA”

ALUMNO: MÁRQUEZ SORIA GABRIEL

PROFESOR: JUAN DE LA CRUZ ERNANDEZ ZAMUDIO


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SEMESTRE !"1#$I

OBJETIVO.

a) Descripción de las partes constituyentes de los generadores de vapor

instalados en el Laboratorio de Maquinas Térmicas (Marca Clayton modeloEO!! y Lu"aut)

b) Operar ambos generadores de vapor#

c) Calculo de la capacidad$ e%iciencia de una caldera y gastos de combustibley de vapor#

INTRODUCCIÓN.En nuestra época moderna el vapor de agua se utili&a %recuentemente para

calentamiento de procesos industriales o para producir traba'o (Turbinas deapor)#

GENERALIDADES.n generador de vapor es una instalación electromec*nica $utili&ada paratrans%ormar l+quidos en vapor# Los componentes principales son,

-# Caldera# .ntercambiador de energ+a$ que transmite el calor producto de lacombustión al %luido$ com/nmente agua$ contenida dentro de un depósito apresión para obtener vapor# La trans%erencia de calor se reali&a a través de unasuper%icie llamada de cale%acción %ormada por paredes y banco de tubos# Lasuper%icie de cale%acción es el *rea de una caldera que por un lado esta encontacto con los gases y re%ractarios calientes y por el otro$ con el agua que sedesea calentar y evaporar0 se mide por la cara de mayor temperatura#

1# 2orno# Lugar donde se reali&a la combustión0 generalmente se encuentra%ormado por paredes de re%ractario y banco de tubos por los que circula agua yvapor

!# 3uemadores# Dispositivos tubulares donde se logra la adecuada me&cla airecombustible cuando éste /ltimo es l+quido o gas0 en el caso de que el combustible

sea carbón se tiene un molino pulveri&ador adicional#

4# C5imenea# Ducto a través del cual se descargan los gases producto de lacombustión#

6# entiladores Tiro %or&ado0 introducen aire al 5orno0 tiro inducido0 e7traen losgases calientes del 5orno después de la combustión#


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8# 9omba de agua de alimentación# .ncrementa la presión del agua paraintroducirlo a la caldera#:# ;obrecalentador# Cambiador de calor$ en el que se da el sobrecalentamiento deseado al vapor#

? agua dealimentación que se> alimenta a la caldera$ me'orando la e%iciencia del generador #

-@# Arecalentador de combustible# Cuando se quema combustóleo o aceitecombustible se disminuye la viscosidad por medio de un calentamiento previo alquemador0 se usa un serpent+n de vapor o una resistencia eléctrica# En la %igura -se muestra el diagrama de %lu'o de aire$ combustible y agua$ as+ como de losgases de la combustión a través s de los elementos antes mencionados$ y ladisposición de unos respecto a otros#

CLASIFICACIÓN DE LAS CALDERAS.

Las> calderas pueden clasi%icarse de la siguiente %orma,

a) Aor la posición de los gases calientes el agua y el vapor,Tubos de 5umo (pirotubulares) Bases dentro de los tubosTubos de agua (acuotubulares) gua dentro de los tubos

b) Aor la posición de los tubos$ puede ser de,Tubos verticalesTubos 5ori&ontalesTubos inclinados

e) Aor la %orma de los tubos$ son de,Tubos rectosTubos curvos

d) Dependiendo del tipo de tiro,Tiro %or&ado Cuando sólo tiene ventilador de tiro %or&ado#Tiro inducido Cuando sólo tiene ventilador de tiro inducido#Tiro balanceado Con ventilador de tiro inducido y %or &ado#Tiro natural ;in ventiladores#


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CALDERA TUBOS DE AGUA %MARCA CLA&TON MODELO$EO$''(.

Caldera tipo paquete de tubos de agua$ serpent+n de calentamiento monotubular

en %orma de espiral de tiro %or&ado# El agua es bombeada directamente alserpent+n de en dirección contraria a la de los gases de la combustión#

l salir de la sección espiral generadora$ el l+quido o vapor %luye a través de untubo termost*tico circular de donde es enviado a la boquilla separadora de vapor#El generador de vapor Clayton suministra vapor de == de calidad de vapor a sucapacidad nominal su respuesta es r*pida$ proporciona vapor a los cinco minutosde el ar ranque en % r +o# El generador tiene dispositivos de seguridad paraprotección contra %alta de agua$ %allas del quemador$ presión e7cesiva ysobrecarga eléctrica# Controles autom*ticos regulan la entrada de agua dealimentación y suspenden e inician la operación del quemador de acuerdo a la

demanda del vapor#

En la %igura 1 se muestra un diagrama esquem*tico del generador de vaporCLTOF#


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).1 SISTEMA DE ALIMENTACI ÓN DE COMBUS TIBLE.

;e dispone de un tanque de gran capacidad donde se recibe aceite diesel$ de estetanque se suministra el combustible a dos tanques de uso diario de 1@@ l itros cadauno$ y de éstos se suministra el combustible a la bomba de el generador # En# la

%igura ! se muestra un esquema del cir cuito de combustible#

;u %uncionamiento es el siguiente, la bomba de alimentación de combustible es deengranes$ la presión m*7ima del combustible est* controlada por un reguladora'ustable de presión situado en la bomba de combustible# Con la v*lvula de controldel quemador abierta (%ig# !) todo el combustible es derivado y retornado 5ac+a eltanque del combustible y la presión del combustible es m+nima# Cerrando lav*lvula de control del quemador la presión del combustible aumentar* y accionar*los controles para encender el quemador# Después del arranque manual laoperación es completamente autom*tica y todos los controles est*n arregladospara proveer un paro por seguridad# La %alla de %lama originar* interrupción

autom*tica del quemador apro7imadamente -1 segundos después de dic5a %alla#


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Aor otra parte en caso de %alta de agua el control del termostato parar* elquemador y pondr* a salvo la unidad de calentamiento (serpent+n)# El tubo deltermostato %orma parte del serpent+n de calentamiento y est* situado en la &ona dealta temperatura# El tubo en %orma de c+rculo completo est* r+gidamenteasegurado a un arillo mec*nico e7terior (%ig# 4) en un punto diametralmenteopuesto al interruptor del termostato#

medida que el tubo se e7pande adquiere una posición e7céntrica en relación alarillo e7terior$ ésto origina una e7pansión considerable en l+nea con el control deltermostato y provee un control directo del quemador# El interruptor del termostatoest* a'ustado para suspender la operación del quemador cuando la e7pansióne7ceda los l+mites normales#


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El aire que entra a la voluta del quemador procedente del ventilador es dirigidocentr+%ugamente a alta velocidad 5acia el m/ltiple del quemador$ a5+ se me&clacon el combustible atomi&ado por las boquillas del quemador# El combustible es

encendido autom*ticamente por una c5ispa eléctrica de alta potencia# #na celda%otoeléctrica est* colocada ba'o el quemador para detectar la presencia de #%lamay mantener la seguridad en la# operación del quemador$ si no 5ay %lama la%otocelda suspende la operación del quemador#

).! SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE AGUA.

En la %igura 6 se muestra el arreglo del sistema de agua$ para el generador devapor CLTOF# El suavi&ador recibe agua de la red (dura)$ y en él se le da untratamiento en base a salmuera para desmineri&arla$ es decir $ quitarle las salesminerales (Mg$ Ca$ etc#)$ de éste se manda al tanque de condensados en el cual

se le inyecta un compuesto qu+mico para que el agua tenga el p5 adecuado#


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Cuando el agua est* completamente tratada (desminerali&ada y con el p5adecuadó) se manda a las bombas de alimentacion por medio de la bómba dere%uer&o$ la bomba de re%uer&o introduce el agua a presión al serpent+n decalentamiento$ donde el agua se trans%orma en vapor y se mandar* a Gservicio#

).' OPERACIÓN.

Cuando la presión de vapor se eleva y alcan&a el punto de a'uste del interruptormodulador de presión$ cerrar* la v*lvula de aceite para %uego alto y el generadoroperar* a medio %uego (%ig# !)#

l mismo tiempo la compuerta de aire variar* autom*ticamente su posición parareducir la cantidad de aire que entra al quemador (la compuerta de aire est*controlada por una v*lvula solenoide de aire a través del interruptor modulador depresión)# La v*lvula de derivación de agua abrir* y derivar* el agua bombeada por una de las cabe&as de la bomba para reducir apro7imadamente a la mitad elvolumen de agua que entrar* al serpent+n# si la demanda de vapor es m+nima o sino 5ay demanda de vapor$ la presión continuar* elev*ndose 5asta alcan&ar elpunto de a'uste del interruptor

*. INSTRUCCIONES PARA PONER EN MARCA.

-# abra la v*lvula de abastecimiento de agua al tanque de condensados#1# br a la v*lvula situada entre la tr ampa de vapor y el tanque de condensados#!# Cierre la v*lvula de descarga de (9)$ la v*lvula de drene del serpent+n (B) y lav*lvula sopladora de 5ollin ()$ cierre los gri%os de la base de la bomba#


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4# bra la v*lvula de control del ser pent+n (H) y la v*lvula de entrada de agua dealimentación (D) y la v*lvula de la trampa de vapor #6# bra totalmente la v*lvula de control del quemador (E) de esta %orma elcombustible ser* derivado y se evitar* la oper ación del quemador dur ante elar r anque inicial#

8# l arrancar inicialmente$ presione el interruptor del termostato (2)#:# Colocar el interruptor manual para % uego ba'o en la posición de ILTO9HO TOMJT.COI$ En las unidades combinadas gasaceite$ coloque el interruptor enposición IaceiteI y el interruptor IoperaciónllenadoI en posición llenado

PRECAUCIONES.

) seg/rese que las l+neas de abastecimiento de combustible estén abiertas yque el combustible esté circulando a través del sistema# si operan sin combustible$la bomba de combustible se rayar* de inmediato#

9) Cebar el cabe&al de la bomba del agua de alimentación (E) para e7pulsar elaire# Cerciorarse de que la bomba esté completamente cebada estrangulando lav*lvula de alimentación del serpent+n (H) después de esta prueba$ si la bomba est*cebada$ contin/e la operación#

+. DATOS TÉCNICOS.

La instalación que se encuentra en el laboratorio es un generador de vapor detubos de agua vertical de tiro %or&ado con capacidad nominal #de !! c#c# el p5adecuado del agua debe ser de -@ y como m*7imo --#6$ para evitar incrustaciónel agua de alimentación nunca debe tener G m*s de un grano por galón o -:#-p#p#m#

apori&ación equivalente 6-< "gK5r suministro de calor 1:

Aresión normal de combustible 1@#4 "gKcm1

Consumo de combustible !:#6 lK5r ;uper%icie de cale%acción :#1 m1

,. CALDERAS TUBOS DE UMO %MARCA LU-AUT(.

DE;C.AC.F BEFEL#

Caracter+sticas, La caldera Lu"aut es una caldera tipo escoses marina 5ori&ontalde tubos de 5umo$ tiro %or&ado donde el agua est* contenida dentro de un tambor$atravesado a7ialmente por tubos$ por los cuales circulan los gases calientes queevaporan el agua$ lo cual se muestra esquem*ticamente en la %igura 8


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-# motor eléctrico1# entilador (soplador de circulación %or&ada)!# 9omba de combustible4# Mirilla y %otocelda6#Trans%ormador de .gnición8#;alida de los gases de los tubos de 5umo

:#3uemador integr al


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--#1) Notocelda# Detecta la radiación ultravioleta emitida por la %lama en la camarade combustión la cual a %alla de %lama$ manda sePal al control programador paradetener la entrada de combustible y parar la caldera#

--#!) Trans%ormador de .gnición# .ncrementa el volta'e 5asta -@$@@@ volts0

necesarios para la ignición#--#4) Electrodo de .gnición# Aroduce la c5ispa para la ignicion#

--#6) Control de nivel de agua Q Mc Donnell R# Es el controlI de la bomba einterruptor de ba'o nivel$ esta provista de un mecanismo de %lotador que respondea las demandas de agua de la caldera$ ;us %unciones %undamentales son,Imandar una sePal para detener la operación de la caldera cuando el nivel de agua seencuentra por aba'o del limite permisible y la >otra %unción es la de arrancar y parar la bomba de alimentación de agua de acuerdo a la demanda de vapor ver %igura :#


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--#8) Control de presión Q Aresuretrol R# ;u ob 'etivo es el de mantener una presióndeterminada$ toma la presión e7istente dentro de la caldera y de acuerdo a éstamanda una sePal parar o arrancar la caldera# %igura


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--#:) *lvulas de ;eguridad# calibradas para abrir a una presión sobrepresión enla caldera# %igura =#


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--#


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FORMU LAS, CÁLCULOS/ DEFINICIONES.

ntiguamente la capacidad de las calderas se deter minaba en c#c# (92A 9oiler2orse AoSer)$ y se de%ine como la cantidad de energ+a necesaria para evapor ar-6#88 "gK5r a -@@C a una presión de -#@!! "gKcm1 en tales condiciones la entalpia de vapori&ación es 5%gU64!#4 VcalK"g$ por lo que un caballo caldera esequivalente a -6#88 "gK5r 7 64!#4 VcalK"g es decir0

c#c# U


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CN =¿ .decalef .

0.93 8510kcal /hr

Capacidad real Como una caldera puede tener su super %icie de cale% acción me'ordispuesta que otra y por consecuencia$ m*s capacidad en condiciones de traba'osimilares$ es decir$ es posible transmitir m*s de


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E%iciencia de la caldera ;e de%ine como la relación del calor 3a que se aprovec5a$ (es decir$ el calor que absorbe el %luido desde que entra como l+quido5asta que sale como vapor)$ entre el calor suministrado 3s por la combustión(o7idación) del combustible en el quemador#

2YU 3aK3s Z -@@ Donde, 3s U BC 7 AC; VcalK5r

BC Basto de combustible "gK5r AC; Aoder calor+%ico superior del combustible VcalK"g

Donde 3a U B (515-) VcalK5r B Basto de vapor "gK5r 21 Entalp+a del vapor a la salida VcalK"g5- Entalp+a del agua de alimentación de la caldera VcalK"g

Aara el generador de vapor Clayton EO!! el gasto de combustible m*7imo es de!:#6 lK5r$ y la densidad del diesel es de


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TABLA DE LECTURAS.

L02345P406789 0; 4 %

kg

cm2 (

T0?=0452345 0; 5@35 05;7?0925789

1 # !"

TABLA DE RESULTADOS.

L0234

5

GV

( kghr )

GC

( kghr )

VE

( kghr )

FV η Qa

( Kcal

hr )

Qs

( Kcal

hr )

1 !1+. 1.' !''.', 1."+ *+.

1!*,!'.#+

1,*)"*.*)

CUESTIONARIO.

-# Mencione las di%icultades que se presentaron en la pr*ctica#

;e encontraron varios detalles relacionados con la calidad del agua a la entradade la caldera debido a que esta no estaba tratada del todo bien es decir estabamuy dura$ esto se comprobó al 5acer la prueba con el 'abón especial $%uera de esotodo estuvo dentro de lo normal#

1# Mencione los accesorios que 5ay en la instalación#

Dentro de la instalación se pueden observar manómetros tanto a la entrada comoa la salida de caldera$ tanques de abastecimiento de agua$ bombas$ un separadorde vapor$ tubos conductores de agua y vapor con su debido aislante$ la calderacon todos sus accesorios como inyectores de combustible as+ como su respectivabomba de engranes y censores de encendido$ adem*s de varios accesorios deseguridad#

!# [Cu*l es la ;ecretaria que contiene el reglamento que 5abla de calderas\

;ecretaria de Traba'o y Arevención ;ocial#


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4# [Cómo se determina el titulo del vapor\

La sequedad o calidad del vapor de agua saturado de determina por medio de

calor+metros especiales #Los tipos de calor+metros m*s corrientes son0 el deseparación y el de estrangulación o recalentamiento la e7presión del t+tulo en%orma de %racción es la siguiente,

x= mds

mds+mm

Donde0

x=titulo del vapor

mds= pesodel vapor secoue pasa por elcalorimetro ! en Kg .

mm= pesode lahumedad separadaenmds Kg de vapor seco !enkg .

6# Mencione los cuidados que se deben de tener al encontrar y operar unacaldera#

Arincipalmente se debe de cuidar la presión de traba'o y la calidad del aguaintroducida a la caldera$ se debe tener e7tremo cuidado al encendido durante la

operación de la misma que no %alle el abastecimiento de agua dentro de la calera$una cosa que se puede recalcar al inicio de la generación de vapor el purgar losductos de vapor ya que si no se tiene el debido cuidado estos se pueden tronar al5aber una gran presión dentro de ellos debidos a los c5oques térmicos#

8# [3ué condiciones anormales se observaron al reali&ar la practica\

;olo al encendido tardo muc5o en encender#

CONCLUSIONES.

En esta pr*ctica vimos como est*n constituidos los dos generadores de vapor$modo de operación$ se opero la caldera$ obtuvimos su e%iciencia$ gastos decombustible y vapor# ;e necesita tener muc5o cuidado al operar este tipo demaquinas# ;u operación es muy importante ya que si no se tiene el conocimientode cómo opera puede ocurrir un accidente#


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BIBLIOGRAFÍA:

-# Energ+a mediante vapor$ aire y gas#], 2, ;everns#Editorial everte$ ;#




PRACTICA !. “GRAFICADOR”



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SEMESTRE !"1#$I

OBJETIVO:

.nvestigar la relación entre la temperatura y presión de vapor de agua#

INTRODUCCIÓN.

El vapor de agua es una substancia de traba'o que se utili&a %recuentemente en la.ngenier+a termodin*mica (generación de potencia$ calentamiento$ etc#)$ por ello esconveniente investigar e7perimentalmente el comportamiento de esta substancia#

Las substancias e7isten en diversas %ases tales como, solida$ liquida$ y gaseosa$una %ase de una substancia pura es materia 5omogénea# na substancia pura esla que tiene la misma estructura %+sica en todos sus estados pero puede tener

varias %ases#

Cuando el agua se le comunica energ+a en %orma de calor$ si este es su%icientecambia de %ase$ su temperatura aumenta$ y el volumen especi%ico generalaumenta#

Dependiendo de la presión al llegar la temperatura a un cierto valor el aguaempie&a a ebullir (evaporarse) para el agua pura$ la temperatura de ebullición es/nicamente %unción de la presión#

El vapor producido puede estar e7ento de part+culas de agua o puede llevarlas en

suspensión$ por esta ra&ón el vapor puede ser saturado o 5/medo$ paradeterminar la relación entre temperatura y presión del vapor saturado esnecesario obtener un n/mero su%iciente de valores correspondientes de las dosvariables y gra%icarlas#

MATERIAL & EQUIPO.


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F.DD AE;.F TEMAET del banco de pruebas de vapor$ el cual est*compuesto de un cilindro conectado a la %uente de vapor# En la parte superior unav*lvula regula la entrada del vapor$ el %lu'o de vapor se regula con una # v*lvula deagu'a colocada en la parte in%erior del cilindro$ de éste sale una cone7ión a unaparato que gr*%ica la presión y temperatura a un mismo tiempo# La unidad consta

también de un termómetro y un manómetro para censar la temperatura y presióndel vapor#

DIBUJO DE LA INSTALACIÓN.

MODO DE OPERACIÓN.

-# Conectar el equipo a la tuber+a del vapor y abrir la v*lvula superior#1# Estrangular a la salida del cilindro a la presión deseada y esperar su%iciente

tiempo para obtener condiciones estables#!# notar temperatura y presión del vapor#4# 'ustar a una nueva presión usando la v*lvula de estrangulamiento y

esperar su%iciente tiempo para obtener condiciones estables#6# note temperatura y presión del vapor#


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8# epita este procedimiento 5asta alcan&ar la m*7ima presión del vapor (:bares)#

:# 2abiendo alcan&ado la m*7ima presión$ tome una super%icie de lecturasreduciendo la presión$ tomando el su%iciente tiempo en cada etapa paraalcan&ar condiciones estables#


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El vapor entonces es descrito como sobrecalentado por el n/mero de los gradosde la temperatura con los cuales se 5a calentado sobre temperatura de lasaturación#

El vapor sobrecalentado no puede e7istir mientras que el vapor todav+a est* en

presencia de agua l+quida$ pues cualquier calor adicional evapora simplementem*s agua#

El vapor sobrecalentado no es conveniente para la esterili&ación# ;i el aire no est*en contacto con el agua durante un periodo su%iciente$ a veces no llega asaturarse# En este caso$ el vapor en dic5a me&cla esta sobrecalentado#

n %luido supercr+tico (N;C) es cualquier sustancia que se encuentre encondiciones de presión y temperatura superiores a su punto cr+tico que secomporta como _un 5+brido entre un l+quido y un gas`$ es decir$ puede di%undircomo un gas (e%usión)$ y disolver sustancias como un l+quido (disolvente)# LosN;C se caracteri&an por el amplio rango de densidades que pueden adoptar# Aorencima de las condiciones cr+ticas$ pequePos cambios en la presión y latemperatura producen grandes cambios en la densidad#

;e dice que el l+quido est* saturado si al agregar energ+a (calor)$ una %racción deél pasa a la %ase vapor# presión ambiente (- bar) esto ocurre a los -@@C detemperatura# La energ+a agregada produce un cambio de %ase y es un aporte decalor latente#

El vapor producido a la temperatura de ebullición correspondiente a su presión(absoluta) se denomina saturado# El vapor saturado puede estar e7entocompletamente de part+culas de agua sin vapori&ar o puede llevarlas ensuspensión# Aor esta ra&ón el vapor saturado puede ser seco o 5/medo#

4# [3ué sucede cuando un l+quido saturado se calienta a presión constante\[3ué sucede cuando se en%r+a a presión constante\Aasa de ser saturado a ser recalentado y viceversa pasa de ser recalentado a sersaturado#

6# [Aor qué el l+quido y el vapor en una me&cla de una misma substancia tienenla misma presión y temperatura\Aorque si est*n en un sistema cerrado siempre se va a mantener la misma presióny temperatura a un volumen constante debido a que no se escapa nada de vapor yno intervienen di%erencias de temperatura#

8# [3ué datos de propiedades termodin*micas se encuentran en los manuales dequ+mica o ingenier+a\De calor$ traba'o$ energ+a interna$ entalpia$ entrop+a$ presión$ temperatura$ etc#

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Punto_cr%C3%ADtico_(termodin%C3%A1mica)http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/Efusi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Disolventehttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Punto_cr%C3%ADtico_(termodin%C3%A1mica)http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/Efusi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Disolventehttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n


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:# [Aor qué es m*s %*cil tabular los estados de saturación que los de vaporsobrecalentado o liquido suben%riado\Aorque en los estados de saturación la presión siempre es directamente

proporcional a la temperatura y en los estados de vapor sobrecalentado y l+quidosuben%riado$ para una temperatura siempre va a ver una di%erente presión ycrecen en %orma e7ponencial#

CONCLUSIONES:

En esta practica vimos la relación que 5ay entre la temperatura y la presión devapor de agua# ;aber la relación que 5ay es muy importante ya que se utili&a%recuentemente en la .ngenier+a termodin*mica (generación de potencia$calentamiento$ etc#)#

BIBLIOGRAFA:

-# Manual del banco de pruebas de vapor#

1# Termodin*mica#igil Moring Naires#T#E#2#

!# .ngenier+a Termodin*mica# eynolds y Aer"ins# Mc# BraS 2ill#

!# Nundamentos de Termodin*mica#Bordon H# an ]ylen y ic5ard E# ;ontangEditorial# LimusaSiley#


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PRACTICA '. “CALIDAD DE VAPOR”



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SEMESTRE !"1#$I

DETERMINACIÓN DE UN TITULO DE VAPOR.

S0=545789 062459@3;5789.

La sequedad o calidad del vapor de agua saturado se determina por medio decalor+metros especiales# Los tipos de calor+metro mas corrientes son, el deseparación y el de estrangulación o recalentamiento# Cuando el titulo de vapor esba'o y cuando el grado de e7actitud de la determinación 5a de ser elevado seutili&an calor+metros en los que se combinan las caracter+sticas de los tiposmencionados# En todas las determinaciones del titulo de un vapor el calor+metrodebe estar aislado térmicamente$ y$ por otra parte$ la muestra de vapor tomadadebe ser representativa del vapor cuyo titulo se trata de determinar#

Los calor+metros de tipo de separación se basan en separar la 5umedad del vapor5/medo que entra en el aparato# En este caso es necesario medir el peso de la5umedad recogida en %orma de agua y el peso del vapor seco que sale delcalor+metro# Los calor+metros del tipo de separación se utili&an para determinar eltitulo de vapores de agua muy 5/medos y de los de ba'a presión# La e7presión deltitulo en %orma de %racción decimal es la siguiente,

x= mds

mds+mm

En donde,

x=titulo del vapor .mds= pesodel vapor secoue pasa por elcalorimetro ! enkg .

m=¿ pesode la humedadseparada demds kgde vaporseco!enkg.m¿


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Los calor+metros del tipo de de estrangulación se %undan en que si el vapor seestrangula y a continuación se e7pansiona sin reali&ar traba'o o sin perdida decalor$ la energ+a total del vapor permanece invariable# Las perdidas por radiacióndeben reducirse a un m+nimo$ y$ para ello$ el calor+metro y el conducto de unión ala tuber+a de vapor 5an de ser completamente aislados térmicamente# El

calor+metro representado en la siguiente %igura es del tipo de estrangulación# Elvapor entra por la tobera de toma de muestras y se e7pansiona al pasar por unori%icio# continuación entra en la c*mara de vapor$ escap*ndose %inalmente porsu parte alta después de 5aber recorrido una trayectoria en %orma de # el e7cesode 5umedad moment*neo se separa y reevapora dentro de la c*mara de vapor$ yel e%ecto viene indicado en proporción directa por e termómetro derecalentamiento situado en la trayectoria del vapor# De esta manera$ con unasimple c*mara queda %ormado un calor+metro de estrangulación$ separación yreevaporacion0 esta c*mara se 5alla rodeada e7teriormente por el vapor que saledel aparato# La camisa de vapor$ a su ve&$ se 5alla protegido contra elen%riamiento por medio de una gruesa capa de material aislante y una envolventeniquelada# Aara saber la presión inicial del vapor es preciso servirse de unmanómetro# El vapor %inalmente$ se escapa libremente a la atmos%era#

En el supuesto de que la energ+a total del vapor permane&ca invariable en lae7pansión y la 5umedad del mismo no sea e7cesiva$ se evapora$ y el vapor en ellado de ba'a presión del calor+metro quedara recalentado a la presión que all+e7ista# En estas condiciones puede establecerse la relación siguiente, la entalpia

total del vapor saturado 5/medo antes de la e7pansión (h f + xhfg ) es igual a la

entalpia total h del vapor recalentado después de la e7pansión# En %orma de

ecuación puede$ por consiguiente$ escribirse, h f + xh fg=h $ y

x=h−hf

hfg

En donde

x=titulo inicial del vapor ! expresadoen formade fracciondecimal .

hf =entalpia delliuido a la presiona"soluta inicial ! enkcal por kg.

hfg=entalpiade vapori#aciondelvapor saturadosecoa la presion"solutainicial en kcal por kg.

h=entalpiatotal del vapor recalentado ala presion a"solutadel calorimetro enkcal por kg

En traba'os de gran e7actitud es preciso aplicar las correcciones propias delecturas de termómetros de mercurio e7puestos al aire# Con la e7pansión delvapor 5ay que conseguir por lo menos 6#6 C de recalentamiento#


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BIBLIOGRAFÍA

-# Energ+a mediante vapor$ aire y gas#], 2, ;everns#Editorial everte$ ;##




PRACTICA #. “EFICIENCIA DEL AISLANTE”


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SEMESTRE !"1#$I

OBJETIVO:

.nvestigar y comparar las pérdidas de energ+a entre un tubo aislado y no aislado$determinar e7perimentalmente la conductividad térmica V del aislante y delmaterial de los tubos y adem*s el coe%iciente de trans%erencia#

INTRODUCCIÓN.

E7isten tres %ormas de trans%erencia de energ+a en %orma de calor estas son,conducción$ radiación y convección#

a) Conducción# este tipo de trans%erencia de calor se debe b*sicamente al

despla&amiento libre de electrones y a la vibración cristalina#b) adiación# es el %lu'o de energ+a en %orma de ondas electromagnéticas$entre dos cuerpos situados a una distancia determinada#

c) Convección# es la trans%erencia de energ+a entre sólidos y %luidos enmovimiento$ aunque propiamente este mecanismo no tras%iere calor si noenerg+a interna#

LEE; DE TF;NEEFC. DE CLO#


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i) COFDCC.OF# la ley que gobierna la trans%erencia de energ+a en %ormade calor por conducción$ recibe el nombre de Ley de Nourier$ en 5onor alcient+%ico$ que la %ormulo en -


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El %lu'o térmico convectivo esta dado por

Q=h % (' $ )

Donde,

5U coe%iciente de convección térmica U *reaTUDi%erencia de temperaturas

Aara reali&ar c*lculos sencillos de ingenier+a que implican convección$ el términoque puede ser m*s di%+cil de determinar es 5$ ya que dic5a cantidad relaciona laspropiedades %+sicas del %luido y la velocidad del mismo sobre la super%icie delsólido#

MTE.L E3.AO#

El equipo consta de dos recipientes de acero dulce$ un aislado con %ibra de vidrio$y el otro sin aislamiento#

Est* equipado con termómetros y manómetros para medir la presión ytemperatura del vapor$ las temperaturas de la pared de los dos recipientes$medidores de condensados de dos recipientes# La presión m*7ima de traba'o es :bar#

Los recipientes tienen las siguientes dimensiones %+sicas#

adio interior r1 U !1 mm$

adio e7terior r2 !< mm#

Espesor del aislamiento !< mm#Longitud 48 cmDIBUJO DE LA INSTALACIÓN.


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NOMENCLATURA

NOMBRE SIMBOLO UNIDADES

Nlu'o de calor 3 ]Conductividad térmica V ]Km V

Jrea m2

Di%erencial detemperaturas

Dt V

Di%erencia de longitud# D7 mTemperatura absoluta T VConstante de ;te%an9olt&mann

]K m2

K 4

Coe%iciente deconvección térmica

2 ]K m2

V

Di%erencia detemperaturas

T V

adio Mesistencia térmica VK]Longitud de la tuber+a L MMasa de condensados M kg Ks

Calidad de vapor ^ Entalpia deevaporación

( fg HK"g


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olume decondensados

c m3

olumen especi%icodel agua#

S m3/kg

Tiempo T s

FORMULAS & CÁLCULOS:

El aislamiento se coloca por tres ra&ones principales#

a) educir la trans%erencia y las pérdidas de energ+ab) Arevenir que el %luido se condense o congelec) Aor 5igiene y seguridad si solamente se consideran el aspecto de 5igiene yseguridad el espesor del aislante es m+nimo# ;i se consideran los aspectos a) y b)5abr* que 5acer un an*lisis económico entre las pérdidas de energ+a y el costo del

aislamiento#Las pérdidas de energ+a en una tuber+a dependen principalmente de,

a) La di%erencia total de temperaturas entre el vapor y el medio circulante#

b) La resistencia del vapor al condensarse y dar su energ+a a la super%icie internadel tubo#

c) La resistencia del tubo met*lico#

d) La resistencia del aislante#e) La resistencia del aire que lo rodea para eliminar el calor de la super%iciee7terna (esto /ltimo se lleva a cabo por radiación y convección)

%) La velocidad del vapor en la tuber+a#

g) Las condiciones del vapor es decir$ si est* saturado o sobrecalentado#

En nuestra pr*ctica consideramos que la trans%erencia de calor de la pared interior a la e7terior es debida /nicamente por conducción y de la pared e7terior al medioambiente (aire) es debido a convección#

pliquemos la ecuación o ley de Nourier a una tuber+a aislada#

Q=− K% d$

dr


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El *rea de transmisión es la normal al %lu'o de calor0 supondremos que el calorsolo %luye en la dirección radial$ por tanto#

U1frL

Q=−2)r*K d$

dr

;upondremos régimen permanente (3,Uconstante)$ y podemos separar variable eintegrar desde rUr-$ TUT- 5asta rUr1 TUT1#

∫r1

r2

Q dr

r =−∫

$ 1

$ 2

2)k*d$

Q=2) k 1 *($ 1−$ 2)ln (

r2

r1

)

menudo es /til relacionar el %lu'o de calor con términos eléctricos seme'antes#


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El %lu'o de calor 3 es seme'ante a la corriente eléctrica y la di%erencia detemperatura$ a la ca+da de volta'e# En consecuencia la tuber+a es seme'ante a unaresistencia y el %actor seme'ante la resistencia eléctrica es la resistencia térmicaAor tanto la ecuación (6) puede e7presarse como

Q=($ 1−$ 2) ,

,=ln (

r2

r1)

2) k 1 *

La ecuación (8) es totalmente similar a la ley de o5m para un resistor# Q.UKREste en%oque eléctrico es muy /til alG considerar estructuras compuestas por

e'emplo0 si el calor %luye en serie$ es decir$ paso primero a través de una placa ydespués por otra$ el circuito técnico es igual al mostrado en la %igura#

Obsérvese que la resistencia térmica total es la suma de las resistencias de loscomponentes#Aor otra parte si el %lu'o de calor se reali&a en paralelo$ la conductancia térmicatotal (-K)$ es la suma de las conductancias térmicas$ igual que en un circuitoeléctrico en paralelo# Los an*lisis de trans%erencia de calor est*n relacionadas concircuitos de conducción en serie y en paralelo$ y una ve& comprendidos éstos$ losc*lculos son muy sencillos#


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De acuerdo a lo anterior la ecuación de trans%erencia de calor para la tuber+aaislada quedar+a#

Q=($ 1−$ 2)( ,

1+ ,

2)

Q= ($ 1−$ 2)

ln (r2

r1

)

2 ) k 1 *+ln (

r3

r2

)

2) k 2 *

Dónde,

T- Temperatura en el interior de la tuber+a#T1 Temperatura en la super%icie e7terior de la tuber+a#T! Temperatura en la super%icie e7terior del aislante#r- adio interior de la tuber+a#r1 adio e7terior de la tuber+a#r! adio e7terior del aislante#V- Conductividad térmica del material del tubo#"1 Conductividad térmica del material del aislante#

L Longitud de la tuber+a#Ta Temperatura ambiente#

Aor otra parte el calor es disipado al medio ambiente#

Q=2 )r 3 *h($ 3−$ a)

CLCLO DE L; AED.D; DE CLO#

Las pérdidas de calor originan una disminución en la temperatura del %luido$

originado condensación$ siendo esta condensación proporcional a las pérdidas decalor#

Aor lo tanto si medimos la cantidad de condensados estaremos condiciones decalcular el calor perdido tendremos pues


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Q=m∗ x∗h fg…(9)

m= V C

V -t … (10)

Donde,m masa del condensado en VgKs7 calidad del vapor

h fg Entalp+a de vaporación0 evapori&ación en Kj/kg

c olumen de condensados m3

S volumen espec+%ico del agua a la presión del vapor de agua enm

3

kg

t tiempo (s) (duración de la prueba)

El porcenta'e de a5orro en energ+a es U (Energ+a perdida en el sistema no aisladoenerg+a perdida sistema aislado)h entre (energ+a perdida en el sistema no aislado#)

El calor perdido por el sistema no aislado se calcula con la ecuación (=) y estetiene que ser igual al calculado con la ecuación (8) de estas dos ecuaciones sepuede calcular la conductividad térmica V-#

Aor otra parte el calor perdido por el sistema aislado se puede calcular con lasecuaciones (=) y (:) calcular V1#

De la misma manera se puede calcular el calor disipado al medio ambiente por las

ecuaciones (=) y (


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CUESTIONARIO:1. [Cu*les son los mecanismos de trans%erencia de calor\

Conducción$ convección y radiación# Tanto la conducción como laconvección necesitan de un medio material para poder trans%erir estaenerg+a$ mientras que la radiación no lo necesita y$ de 5ec5o$ est* m*s%avorecida a la trans%erencia en el vac+o#

2. [Cu*les son las ecuaciones %undamentales de conducción$ convección yradiación\

Ecuación de conducción#

Q U −k % d$

dx

Ecuación de radiación#

Q=& % $ 4

Ecuación de convección#

Q=h %(' $ )

3. [Cómo describir+a a un circuito térmico a un .ng# Electricista\


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U ;e puede describir como nos muestra un circuito eléctrico que entrem*s tengamos una di%erencia de potencial mayor ser* la temperatura y el%lu'o de corriente ser* mayor y el calor que este produ&ca ser* disipado odisminuido por las resistencias# 5ora si lo podemos ver en un circuitotérmico ser* visto que el caudal ser* nuestro di%erencial de potencial y

nuestro vapor el cual %luye ser* intensidad de corriente el cual aumenta latemperatura y las resistencias ser*n sustituidas en este circuito por elaislante del tubo que a mayor sea este mayor ser* su e%iciencia y menorser* la perdida de energ+a#

4. [3ué es el coe%iciente de conductividad térmica V y que unidades tiene\

U VU es la constante de proporcionalidad entre la densidad de %lu'o decalor y el gradiente de temperatura se le denomina conductividad térmicasus unidades son,

-

mC

5. ["$ es constante$ o varia con la temperatura o presión\

V es una constante la cual no var+a de la presión o temperatura esta es unaconstante para cada material es decir 5ay una V para el acero y una V para elmaterial con aislante como la pr*ctica#

6. [3ué es 5 y de que %actores depende su valor\

es el coe%iciente de convección térmica y depende de el %lu'o térmico convectivo el*rea del tubo y la di%erencia de temperaturas

7. El valor de V$ calculado para el aislante y para el acero$ coinciden con lospublicados en la temperatura$ si no es as+ [a que causas crees que sedeba\

Los valores de V de la %ibra de vidrio de los te7tos coinciden con la V de la %ibra devidrio que nos dio en la pr*ctica#

Los valores de de V para el acero al ba'o carbono o acero dulce de los libros noresulta igual a el resultado de V para el acero al ba'o carbono que nos resulto de lapractica ya que como no tiene el mantenimiento adecuado a provocado que se le%orme una capa de o7ido al tubo el cual impide que los datos que nos arro'a noson correctos#


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V DE L.9O; V DE ACT.C

_V` acero dulce# !8-

mC _V` acero dulce# @#-


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PRACTICA ). “E&ECTOR”


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SEMESTRE !"1#$I

OBJETIVO:

3ue el alumno comprenda el comportamiento de un eyector y que compruebe su%uncionamiento como calentador y como bomba#

INTRODUCCIÓN.

El eyector acelera (o desacelera una corriente) El %luido puede ser agua$ vapor deagua$ aire o cualquier otro gas# si se utili&a para producir una compresión se lellama inyector$ si se utili&a para producir una depresión o vac+o se le llama eyectoro e75austor #

Esté vac+o puede utili&arse por e'emplo para elevar otro %luido igual o distinto quese me&cla con el que Gproduce vac+o# Otra aplicación del eyector es el utili&ado enlos condensadores de vapor de las centrales térmicas# Tiene como misión separarel aire del vapor condensado$ lo comprime para e7pulsarlo del condensador 5aciael drena'e#


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DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN.

La unidad en nuestro laboratorio cuenta con dos tanques de acero suave$ %i'ados adi%erentes niveles e interconectados a una tuber+a de traba'o que contiene uneyector ensamblado# El cabe&al de alimentación de vapor incluye un acoplamiento

sellado en la pared de una longitud de tuber+a de vapor %le7ible$ que essuministrada en la cone7ión de admisión entre unidades#

Los instrumentos de medición en la admisión de vapor nos indica la presión ytemperatura del mismo$ as+ como también se tienen indicadores de temperatura yde nivel en los dos tanques# El eyector es de tipo normal y est* dispuesto para unamplio rango de operación#

El *rea reducida en la garganta del eyector provoca una ca +da de presión en estepunto# Esta reducción de presión con respecto a la presión atmos%érica$ originaque esta /ltima act/e sobre el agua para producir una %uer&a de empu'e$ que nosconduce el % luido de un recipiente a otro#

DIBUJO DE LA INSTALACIÓN.


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MODO DE OPERACIÓN.

.# MTE.L E3.AO T.L. DO#tilice el banco de pruebas de vapor en su instalación del eyector#

..# AOCED.M.EFTO DE L; AE9;#-# ;uministre vapor al equipo#1# Obtenga la calidad del vapor#

!# Llene el tanque in%erior 4# 'uste e suministro de vapor a @#6 bar de ca+da de presión6# evisar los niveles de los tanques (succión y descarga)8# Medir y anotar las temperaturas del agua de succión$ al arranque de la pruebay a cada minuto durante el tiempo que dure la prueba#:# Medir y anotar las temperaturas del agua entregada desde el arranque y cadaminuto durante toda la prueba#


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En condensadores se utili&an cuatro tipo de bombas de vac+o#-# bombas de vac+o de embolo#1# bombas de vac+o de despla&amiento rotatorio positivo#!# bombas de vacio 5idrocentrj%ugas#4# bombas de vac+o de c5orro de vapor#

1# [Cu*nto vacio mantienen los eyectores en condensadores\

Los eyectores llegan a producir un vacio :4@ Torr calculado sobre una presiónbarométrica de :6@ torr#

Condensadores de c5orros m/ltiples pueden tener un vacio del orden de :!: mmcon respecto a una presión barométrica de :81 mm#

Condensadores barométricos# pueden mantener un vacio de :-1 mm conrespecto a una presión barométrica de :81 mm#

!# [Dónde se utili&an los eyectores de dos escalonamientos\;e utili&an en las centrales térmicas# 3ue para aumentar el salto térmico traba'ancon un elevado vacio y en los Condensadores barométricos#

4# [En cu*l de las dos instalaciones usadas en el eyector tiene m*s e%iciencia\Teóricamente la e%iciencia del eyector debe ser mayor como calentador pero comoel equipo usado para la pr*ctica no est* adecuadamente calibrado estos losvalores no son los correctos#

6# ;i se utili&a aire en un eyector y pasa por un tubo de di*metro d y agua essuccionada por otro conducto de di*metro D [Cómo var+an sus velocidades en uneyector\

El vacio de un eyector puede utili&arse como por e'emplo$ para elevar otro %luidoigual o distinto$ que se me&cla con el que produce vacio# La %ig representa estecaso


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Aor el tubo de di*metro D circula un %luido$ por e'emplo aire comprimido$ supresión se controla con una v*lvula de estrangulamiento no indicada# Bracias a ladepresión que se crea en d el agua sube por la tuber+a de di*metro D#

8# [3ué se desprecia en un eyector traba'ando como calentador de agua\La altura de succión del agua#

:# [De qué depende la altura de elevación de un l+quido en un eyector\El incremento de la velocidad en la garganta ocasiona una ca+da de presión en lamisma# Esta ca+da de presiones lo su%iciente grande para provocar que el nivel deltanque de succión empu'e el agua a la garganta del eyector#

CONCLUSIONES.

En esta practica vimos el %uncionamiento del eyector como calentador y comobomba# Obtuvimos la calidad del vapor# El eyector puede acelerar o desaceleraruna corriente# El eyector produce una depresión o vacio que puede ser utili&adopara elevar otro %luido#

BIBLIOGRAFA.

Mec*nica de Nluidos y Maquinas 2idr*ulicas#Claudio Matai7#Edit# 2arla#

Energia Mediante apor$ ire y Bas#]## ;everns#E# Degler H#C# MilesEdit# everter ;#h




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PRACTICA *. “TORRE DE ENFRIAMIENTO”



SEMESTRE !"1#$I

TORRES DE ENFRIAMIENTO.Beneralidades de una torre de en%riamiento de tiro inducido tipo contracorrienteEste tipo de torres de en%riamiento son instalaciones %ormadas por estructuras demetal$ madera o concreto0 dic5os dispositivos contienen di%erentes partes talescomo ventiladores$ eliminadores de roc+o$ empaquetaduras$ v*lvulas$ etc#


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El %uncionamiento de este tipo de torres es la siguiente ,La torre de en%riamientorecibe agua a una temperatura elevada y producen la evaporación de una parte dela misma$ devolviendo el resto el agua en%riada al circuito# El principio %+sico en elque se basa se denomina en%riamiento evaporativo$ que se logra al pasar unacorriente de aire por una región donde se pulveri&a agua$ donde debido a la ba'a

5umedad relativa$ parte de la corriente de agua l+quida se evapora# Con el %in deconseguir la evaporación$ se crea una %uerte corriente de aire mediante el empleode ventiladores que est*n instalados en la parte superior de la misma0 estacorriente de aire se dirige en dirección contraria a la del agua# El agua entrasiempre por la parte superior y es distribuida de tal %orma que estable&ca el me'orcontacto posible con el aire atmos%érico que asciende procedente de la partein%erior de la torre# Aara lograr este e%ecto el agua se reparte uni%ormemente$ conayuda generalmente de unos pulveri&adores$ sobre un arreglo de l*minas queaumenta el tiempo y la super%icie de contacto entre ambos %luidos0 este contactoconduce a una pequePa evaporación de parte del agua#

DIAGRAMA DE OPERACIÓN DE LA TORRE DE ENFRIAMIENTO.

na ve& establecido el contacto entre el agua y el aire$ tiene lugar una cesión decalor del agua 5acia el aire# ksta se produce debido a dos mecanismos, latransmisión de calor por convección y la trans%erencia de vapor desde el agua alaire por conducción$ con el consiguiente en%riamiento del agua debido a laevaporación# En la transmisión de calor por convección$ se produce un %lu'o decalor en dirección al aire que rodea el agua a causa de la di%erencia detemperaturas entre ambos %luidos# En la transmisión de calor por conducción$ elagua caliente y el aire se intercambian calor al entrar en contacto y como resultadose evapora una porción del agua debido a la di%erencia de presiones# Con el %in deevitar que se produ&can pérdidas de agua al arrastrarse gran cantidad de gotaspor la corriente de aire$ se emplea un dispositivo denominado separador de gotaso eliminador de roc+o$ situado a la salida de la corriente de aire# En la parte in%erior se sit/a$ como es lógico$ una bande'a o pileta cuya misión es la de recoger todo elagua que cae$ una ve& en%riada# En la bande'a se encuentra instalado un sensorde nivel$ con el que se regula el nivel del agua$ de tal %orma que permite la entrada


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de agua de renovación a medida que se producen pérdidas en el circuito# Comoya se mencionó$ la torre es de tiro inducido y de %lu'o a contracorriente# El %lu'o acontracorriente signi%ica que el aire se mueve verticalmente a través del arreglo del*minas$ de manera que los %lu'os de agua y de aire tienen la misma dirección perosentido opuesto# ;e observa en la %igura$ el aire entra a través de m*s de una

de las paredes de la torre$ con lo que se consigue reducir en gran medida la alturade la entrada de aire# dem*s$ la elevada velocidad con laque entra el aire 5aceque e7ista el riesgo de arrastre de suciedad y cuerpos e7traPos dentro de la torre#La resistencia del aire que asciende contra el agua que cae se traduce en unagran pérdida de presión est*tica y en un aumento dela potencia de ventilación#

V092556 >=04527.

La venta'a que tiene este tipo de torre es que el agua m*s %r+a se pone en contactocon el aire m*s seco$ logr*ndose un m*7imo rendimiento# Estos sistemas tienen

muc5as venta'as en operación$ es decir$ que guarda algunas caracter+sticas muyespeciales que la di%erencian de otras torres de tiro mec*nico# na de ellas es$ elmotor de movimiento del e'e de los ventiladores est* ubicado %uera del sistema ensi$ es decir$ no tiene contacto directo con la corriente de aire 5/medo que circuladentro de la misma$ protegiéndolo as+ de un corto circuito que se podr+a provocarpor el ambiente 5/medo que se mantiene en el sistema#

La empaquetadura que utili&a este tipo de torres est* disePada para que el *reade contacto de aireagua sea m*s amplia$ bene%iciando as+ la trans%erencia decalor# Los eliminadores de roc+o que contienen este tipo de torres$ evita que gotasde agua que son arrastradas por el %lu'o de aire se pierda#

V092556 5?H70925;06.

En muc5as aplicaciones de las técnicas que requieren la e7tracción de calor parael con%ort en recintos determinados o para el desarrollo de procesos industrialesse impone la trans%erencia de esta %orma de energ+a que$ cuando no puedeaprovec5arse como tal$ se 5a de tirar en sumideros que tradicionalmente seconsideran como inocuos e inagotables, normalmente aire atmos%érico o loscaudales o reservas de agua# El progreso y r*pido avance de los conocimientos

medioambientales y del equilibrio térmico de la tierra 5a ido poniendo en evidenciaque la aparente sencille& y econom+a de utili&ar los sistemas de trans%erenciadirecta de calor sensible al aire$ adem*s de las limitaciones que imponga sutemperatura tiene algunos inconvenientes y elevados costos asociados alconsumo energético del proceso$ a las consiguientes emisiones de CO1 a laatmós%era y al posterior e%ecto invernadero$ entre otros# La utili&ación de sistemasde en%riamiento evaporativo reduce signi%icativamente estos e%ectos$ por lo queson altamente recomendables en instalaciones idóneas por la %orma y cantidad de


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calor a disipar# esultan especialmente /tiles en procesos de en%riamiento dondese requieran en las épocas m*s c*lidas temperaturas resultantes entre 46 y 16 C$mayormente en &onas de clima c*lido y seco$ pudiendo alcan&ar en verano nivelesin%eriores a los 16 C en %unción de la temperatura 5/meda disponible y tambiéntraba'ar con %luidos recibidos a mayores temperaturas$ pró7imas a


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!. TEMPERATURA DE BULBO MEDO. Es la segunda propiedad del aire denuestra carta psicométrica# Corresponde a la temperatura medida con untermómetro debulbo 5/medo# Como ya se e7plicó en la sección anterior$ es la temperatura queresulta cuando se evapora el agua de la mec5a$ que cubre el bulbo de untermómetro ordinario#

La escala de temperaturas de bulbo 5/medo$ es la que se encuentra del ladosuperior i&quierdo$ en la parte curva de la carta psicométrica$ como se muestra enla %igura -!#-!# Las l+neas de temperatura de bulbo 5/medo constantes o l+neas debulbo 5/medo$ corren diagonalmente de i&quierda a derec5a y de arriba 5aciaaba'o$ en un *ngulo de apro7imadamente !@o de la 5ori&ontal# También se les diceconstantes$ porque todos los puntos a lo largo de una de estas l+neas$ est*na la misma temperatura de bulbo 5/medo#


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'. TEMPERATURA DE PUNTO DE ROCO. Es otra propiedad de aire incluida enuna carta psicométrica# Esta es la temperatura a la cual se condensar* la5umedad sobre una super%icie# La escala para las temperaturas de punto de roc+oes idéntica que la escala para las temperaturas de bulbo 5/medo0 es decir$ es lamisma escala para ambas propiedades# ;in embargo$ las l+neas de la temperaturade punto de roc+o$ corren 5ori&ontalmente de i&quierda a derec5a$ como se ilustraen la %igura -!#-4$ no en %orma diagonal como las de bulbo 5/medo (ver %igura-!#-!)# Cualquier punto sobre una l+nea de punto de roc+o constante$ correspondea la temperatura de punto de roc+o sobre la escala$ en la l+nea curva de la carta#


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#. UMEDAD RELATIVA. En una carta psicométrica completa$ las l+neas de5umedad relativa constante$ son las l+neas curvas que se e7tienden 5acia arriba y5acia la derec5a# ;e e7presan siempre en porciento$ y este valor se indica sobrecada l+nea# Como ya 5icimos notar previamente$ la temperatura de bulbo 5/medoy la temperatura de punto de roc+o$ comparten la misma escala en la l+nea curva a

la i&quierda de la carta# Auesto que la /nica condición donde la temperatura debulbo 5/medo y el punto de roc+o$ son la misma$ es en condiciones de saturación0esta l+nea curva e7terior$ representa una condición de saturación o del -@@ de5umedad relativa# Aor lo tanto$ la l+nea de -@@ de hr $ es la misma que la escalade temperaturas de bulbo 5/medo y de punto de roc+o# Las l+neas de hr constante$disminuyen en valor al ale'arse de la l+nea de saturación 5acia aba'o y 5acia laderec5a$ como se ilustra en la %igura -!#-6#

). UMEDAD ABSOLUTA. La 5umedad absoluta$ es el peso real de vapor deagua en el aire# También se le conoce como 5umedad espec+%ica# La escala de la5umedad absoluta$ es la escala vertical (ordenada) que se encuentra al ladoderec5o de la carta psicométrica$ como se indica en la %igura -!#-8#

Los valores de esta propiedad se e7presan$ como ya sabemos$ en gramos de5umedad por "ilogramo de aire seco (gK"g)$ en el sistema internacional$ y engranos por libra (grKlb)$ en el sistema inglés# Las l+neas de 5umedad absoluta$corren 5ori&ontalmente de derec5a a i&quierda$ y son paralelas a las l+neas depunto de roc+o y coinciden con éstas# s+ pues$ podemos ver que la cantidad de5umedad en el aire$ depende del punto de roc+o del aire#


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*.

ENTALPA. Las l+neas de entalp+a constantes en una carta psicométrica$ son lasque se muestran en la %igura -!#-


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*ngulo apro7imado de 8@o con la 5ori&ontal$ y van aumentando de valor dei&quierda a derec5a# Aor lo general$ el espacio entre cada l+nea$ representa uncambio de volumen espec+%ico de @#@6 mK"g# Cualquier punto que caiga entre dosde estas l+neas$ naturalmente debe ser un valor estimado# ;i se desea saber ladensidad del aire a cualquier condición$ como ya sabemos$ se debe dividir uno

entre el volumen espec+%ico$ puesto que la densidad es la inversa del volumenespeci%ico y viceversa# Debido a que la mayor+a de los c*lculos en traba'os de aireacondicionado$ se basan en el peso del aire en lugar del volumen de aire$ serecomienda el uso del volumen espec+%ico (mK"g de aire) en ve& de la densidad("gKm de aire)# 5ora$ ec5emos un vista&o a la carta psicométrica de la %igura-!#--# ;u constitución consiste de la sobreimposición de las siete propiedadesdescritas$ ocupando la misma posición relativa sobre la carta# En la descripción decada una de las siete propiedades$ se de%inió la l+nea constante como una l+neaque puede contener un n/mero in%inito de puntos$ cada uno a la misma condición0esto es$ si %uésemos a tra&ar una sola condición del aire$ tal como la temperaturadel bulbo seco sobre la carta psicométrica$ ésta podr+a caer en cualquier puntosobre la l+nea constante$ correspondiente a esa temperatura de bulbo seco#

Aero a5ora$ en la carta psicométrica compuesta$ tenemos un n/mero de l+neasque se cru&an una con otra0 as+ que si tra&amos un punto sobre una l+nea de bulboseco constante$ este punto también corresponder* a di%erentes valores sobre lasl+neas constantes para la temperatura de bulbo 5/medo$ punto de roc+o$ 5umedadrelativa$ volumen espec+%ico$ 5umedad espec+%ica y entalp+a# ;uponiendo que dosde cualquiera de estas l+neas constantes se cru&aran en un punto com/n sobre lacarta$ podremos tra&ar ese punto e7actamente$ si conocemos dos de cualquierade esas propiedades del aire# partir de este punto$ podemos entonces movernosa lo largo de las respectivas l+neas constantes para las otras propiedades del aire$y podemos leer el valor en sus escalas respectivas$ sin tener que recurrir alproblema de calcularlos$ como vimos en la sección de las tablas psicométricas#

unque este método no es tan preciso como el método de las tablas$ es muc5o


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m*s r*pido$ y el grado de precisión es su%icientemente cercano para %inespr*cticos#

PARTES INTERNAS DE LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO & FUNCIÓN DEL

EMPAQUE.;i el agua pasa a través de una boquilla capa& de producir pequePas gotas$ sedispondr* de una gran super%icie para el contacto de aguaaire# Auesto que lainter%ase aguaaire es también la super%icie de trans%erencia de calor$ el uso de laboquilla permite alcan&ar buenos niveles de e%iciencia por pie c/bico de aparatode contacto#

La %unción del empaque es aumentar la super%icie disponible en la torre ya seadistribuyendo el l+quido sobre una gran super%icie o retardando la ca+da de lasgotas a través del aparato#

En la torre de en%riamiento$ debido a los requerimientos de grandes vol/menes deaire y pequePas ca+das de presión permitidas$ es costumbre usar largueros demadera de sección rectangular o triangular$ que de'an la torre sustancialmente sinobstruir# El empaque$ es casi e7clusivamente %abricado en cualquiera de las dos%ormas y su propósito es interrumpir el descenso del l+quido#


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PRACTICA +. “AIRE ACONDICIONADO”



SEMESTRE !"1#$I


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PROCESOS PSICOMÉTRICOS.

Los procesos psicométricos m*s importantes son,

-# Nlu'o de aire sobre una super%icie seca y m*s caliente que elaire (calentamiento)#

1# Nlu'o de aire sobre una super%icie seca y m*s %r+a que el aire(en%riamiento)#

!# 2umidi%icación#

4# Des5umidi%icación#

6# Aroceso de en%riamiento y des5umidi%icación#

8# Aroceso de en%riamiento y 5umidi%icación#

:# Aroceso de calentamiento y des5umidi%ic*ción#


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9alance de masa

ire ma-Uma1Uma gua mS-UmS19alance de energ+a#

ma- 5a- W mS-5S-W-31 U ma1 5a1 W mS15S1

-31U (ma1 5a1 W mS15S1) ( ma- 5a- W mS-5S-)

Dividiendo entre ma

-31KmaU ( 5a1 W S15S1) ( 5a- W S-5S-)

-31U (51 5-) ma ##(-)

Aor otra parte tenemos que -31 tiene que ser igual a el calor disipado por la resistencia eléctrica#

FLUJO DE AIRE SOBRE UNA SUPERFICIE SECA & MAS FRA QUE EL AIRE.

El aire ba'a su temperatura en este proceso# ;e supone que la temperatura de

bulbo seco de la super%icie tiene un valor no menor que la temperatura de roc+o#Aor lo tanto$ la 5umedad especi%ica se mantiene constante# no se llegara a lacondensación#

UMIDIFICACIÓN.

La 5umidi%icación es el proceso mediante el cual se aumentan la 5umedadespeci%ica y la cantidad de calor del aire#

En algunos procesos$ la 5umedad especi%ica se aumenta agregando agua$ que se

absorbe en %orma de vapor#El agua vapori&ada en el aire absorbe calor del propio aire$ lo cual 5ace descender la temperatura# Aor lo tanto$ para conservar o aumentar la temperatura$ esnecesario agregar calor de otra %uente#


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DESUMIDIFICACION.

La des5umidi%icacion es necesaria muy a menudo en procesos de aireacondicionado o en procesos industriales#

La 5umedad puede removerse por absorción en l+quidos o en sólidos o en%riandopor deba'o del punto de roc+o#

El proceso se lleva a cabo en%riando 5asta el punto de roc+o$ después$ 5astacondensar y eliminar el agua necesaria$ para alcan&ar el punto de roc+o del estado%inal# na ve& separada la 5umedad$ se puede recalentar 5asta la condición %inal$sin aPadir o absorber agua#

Carta psicométrica. Deshumidificacion del aire.


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PROCESO DE ENFRIAMIENTO & DESUMIDIFICACION.

;i el aire 5/medo pasa a través de una super%icie cuya temperaturasea menor que la temperatura de roc+o del aire$ 5abr* condensación de 5umedad#La %igura muestra un dispositivo esquem*tico de en%riamiento#

9alance de masa ire ma-Uma1Uma gua mS-UmS1WmS!

mS!UmS- mS1dividiendo entre mamS!U(S- S1) ma##########(1)

balance de energ+a

ma- 5a- W mS-5S- U ma1 5a1 W mS15S1 W mS!5S! W -31

dividiendo entre ma

5- U 51 (S-5S- U 5a1 W S15S1 W mS!Kma W -31Kma

5a- U 51 W (S- S1) U5S! W -31Kma

-31 U ma Q5- 51) (S- S1) 5S!##(!)

Aor otra parte -31 tiene que ser igual al cambio de entalp+a delre%rigerante$ es decir#

-31 U mr (5r- 5r1) ##(4)

Las entalpias adecuado del re%rigerante se puede leer en un diagrama adecuadocon el au7ilio de las presiones y temperaturas del evaporador#

PROCESO DE ENFRIAMIENTO & UMIDIFICACION.


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;iempre el aire no saturado pasa a través de un aspersor de agua$ la 5umedadespeci%ica aumenta y la temperatura de bulbo seco ba'a# Esto constituye elproceso de saturación adiab*tico#

El bulbo 5/medo del aire esta representado por el punto C# el aire saldr* a estatemperatura siempre que e7ista un buen contacto aireagua#

También puede suceder que el agua este a una temperatura menor que la delbulbo 5/medo pero mayor que el punto de roc+o$ en cuyo caso$ el proceso domuestra la l+nea ad$ y se en%r+a y 5umidi%ica simult*neamente# El aspersor de aguatendr* que ser de recirculación continua para que se estable&ca el equilibrio#

PROCESO DE CALENTAMIENTO & DESUMIDIFICACION.

El calentamiento y la des5umidi%icacion simult*neos se pueden reali&ar 5aciendopasar el aire por un absorbente solido a a través de un liquido absorbente# Enambos casos$ el absorbente tendr* una presión de vapor de agua menor que ladel aire#


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PROCESOS DE CALENTAMIENTO & UMIDIFICACION.

Cuando el aire pasa a través de un calentador y un rociador el aire se calienta y5umidi%ica$ la %igura muestra esquem*ticamente un dispositivo para calentamientoy 5umidi%icación#

9alance de masa

ire ma-Uma1Uma gua mS-WmS! W mS1

mS!U(S1 S-) ma ##(6)9alance de energ+a

-31 W ma- 5a- W mS-5S- W mS!5S! U ma1 5a1 W mS15S1

Dividiendo entre ma

-31 K maW 5a- W mS-5S- W (S1 S-)5S! U 5a1 W S15S1


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-31 U Q(51 5-) ( S1 S-)5S! )ma S#(6)

-31 tiene que ser igual a la potencia disipada en la resistencia eléctrica#Aara todos los procesos se mide la temperatura de bulbo 5/medo y seco$ a laentrada y salida para determinar el estado del aire#

El %lu'o volumétrico de aire se mide mediante una placa de ori%icio y se suministragra%ico de calibración#


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PRACTICA ,. “COMPRESOR”



SEMESTRE !"1#$I


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COMPRESOR.

Compresión del aire y de los gases

Traba'o del compresor real

Di%iere considerablemente del ideal$ y el compresor real requiere e%ectuar untraba'o m*s grande que el del teórico# La di%erencia es debida a las perdidas debombeo de aspiración y descarga 0 a los torbellinos que se %orman 0 losro&amientos$ %ugas$ transmisión de calor0 a la resistencia o%recida al caudal de %luidpor el interre%rigerado#

En la %igura siguiente aparece un diagrama combinado de indicador en el cual sesePala las di%erencias entre los traba'aos ideales y real por el medio de &onassombreadas# En la mayor+a de los casos el diagrama de alta presión se transporta$punto por punto$ a las mismas escalas de presión y volumen del diagrama de ba'apresión# Cuando se sacan en el compresor$ ambos diagramas sonapro7imadamente de igual magnitud#

E%ectos de los 5uelgos (espacio per'udicial)

Es el volumen en el que queda el cilindro cuando el embolo se 5ala en puntomuerto e7tremo# La succión entre el espacio per'udicial y el despla&amiento delembolo$ e7presada en porcenta'e$ se denomina porcenta'e de 5uelgo# En loscompresores de embolo el espacio per'udicial permite que el aire comprimido ycontenido en dic5o espacio se ree7pancione durante el periodo de aspiración5asta un cierto punto #


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Aara un compresor con un escalonamiento y sin espacios per'udiciales

plicaciones del aire comprimido

El aire comprimido tiene una gran in%inidad de aplicaciones$ debido a suadaptación y %acilidad de transporte en comparación con el vapor de agua# naimportante aplicación es el accionamiento de taladros$ martillos$ c5orros de arena$controles$ pulveri&adores y bombas# La compresión de aire constituye un %actorcapital en el %uncionamiento de los motores de combustión interna y turbinas degas#

CLASIFICACIÓN DE LOS COMPRESORES.

l clasi%icarse seg/n el indicio constructivo los compresores volumétricos sesubdividen en los de émbolo y de rotor y los de paletas en centr+%ugos y a7iales#Es posible la división de los compresores en grupos de acuerdo con el género degas que se despla&a$ del tipo de transmisión y de la destinación del compresor#

COMPRESOR ALTERNATIVO O DE EMBOLO.

Los compresores alternativos %uncionan con el principio adiab*tico mediante elcual se introduce el gas en el cilindro por las v*lvulas de entrada$ se retiene ycomprime en el cilindro y sale por las v*lvulas de descarga$ en contra de lapresión de descarga# Estos compresores rara ve& se emplean como unidades


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individuales$ salvo que el proceso requiera %uncionamiento intermitente# Aore'emplo$ si 5ay que regenerar un catali&ador cada dos o tres meses o se tiene unsuministro de reserva en otra %uente$ esto dar+a tiempo para reparar o reempla&arlas v*lvulas o anillos de los pistones$ si es necesario# Los compresoresalternativos tienen pie&as en contacto$ como los anillos de los pistones con las

paredes de cilindro$ resortes y placas o discos de v*lvulas que se acoplan consus asientos y entre la empaquetadura y la biela# Todas estas partes est*n su'etasa desgaste por %ricción#

Los compresores alternativos pueden ser del tipo lubricado o sin lubricar# ;i elproceso lo permite$ es pre%erible tener un compresor lubricado$ porque las pie&asdurar*n m*s# 2ay que tener cuidado de no lubricar en e7ceso$ porque lacarboni&ación del aceite en las v*lvulas puede ocasionar ad5erencias ysobrecalentamiento# dem*s$ los tubos de descarga saturados con aceite son unriesgo potencia de incendio$ por lo que se debe colocar corriente aba'o unseparador para eliminar el aceite# Los problemas m*s grandes en los compresorescon cilindros lubricados son la suciedad y la 5umedad$ pues destruyen la pel+culade aceite dentro del cilindro#

La me'or %orma de evitar la mugre es utili&ar coladores temporales en la succiónpara tener un sistema limpio al arranque# La 5umedad y los condensables quellegan a la succión del compresor se pueden evitar con un separador e%ica&colocado lo m*s cerca que sea posible del compresor# ;i se va a comprimir un gas5/medo$ 5abr* que pensar en camisas de vapor o precalentamiento del gas deadmisión$ corriente aba'o del separador#

En los compresores sin lubricación$ la mugre suele ser el problema m*s serio$ y5ay otros problemas que puede ocasionar el gas en s+# Aor e'emplo$ un gasabsolutamente seco puede ocasionar un severo desgaste de los anillos0 en estecaso$ 5ay que consultar con el %abricante$ pues constantemente se obtienennuevos datos de pruebas# En los compresores no lubricados$ los anillos del pistóny de desgaste se suelen 5acer con materiales rellenos con te%lón$ bronce$ vidrio ocarbón$ seg/n sea el gas que se comprime# El pulimento del cilindro a -1 pi (rms#)suele prolongar la duración de los anillos# La empaquetadura es susceptible delmismo desgaste que los anillos del pistón#

Las %ugas por la empaquetadura se deben enviar a un sistema de quemador odevolverlas a la succión# Los compresores lubricados pueden necesitar tubosseparados para lubricar la empaquetadura$ aunque en los cilindros de di*metropequePo qui&* no se requieran# Las empaquetadoras de te%lón sin lubricaciónsuelen necesitar en%riamiento por agua$ porque su conductividad térmica es muyba'a# ;i se mane'an gases a temperaturas in%eriores a .O.N$ el %abricante debecalcular la cantidad de precalentamiento del gas mediante recirculación interna#Esto signi%ica que se necesitar* un cilindro un poco m*s grande para mover elmismo peso de %lu'o#


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Los compresores alternativos deben tener$ de pre%erencia motores de ba'avelocidad$ de acoplamiento directo$ en especial si son de m*s de !@@ 2A0 suelenser de velocidad constante# El control de la velocidad se logra mediante v*lvulasdescargadoras$ y estas deben ser del tipo de abatimiento de la placa de v*lvula odel tipo de descargador con tapón o mac5o# Los descargadores que levantan toda

la v*lvula de su asiento pueden crear problemas de sellamiento# La descargapuede ser autom*tica o manual# Los pasos normales de descarga son @-@@$ @6@-@@$ o 168@:6-@@ y se pueden obtener pasos intermedios con ca'as deespacio muerto o botellas de despe'o0 pero$ no se deben utili&ar estas ca'as sipuede ocurrir polimeri&ación$ salvo que se tomen las precauciones adecuadas#

LOS COMPRESORES ALTERNATIVOS DE EMBOLO SE CLASIFICAN:

;eg/n la %ase de compresión en,

Mono%*sico o de simple e%ecto$ cuando el pistón reali&a una sola %ase decompresión (la acción de compresión la e'ecuta una sola cara del pistón)#

9i%*sico$ de doble e%ecto o reciprocante cuando el pistón reali&a doble compresión(la acción de compresión la reali&an ambas caras del pistón)#

;eg/n las etapas de compresión se clasi%ican en,

Compresores de una etapa cuando el compresor reali&a el proceso de compresiónen una sola etapa#

Compresores de varias etapas cuando el proceso de compresión se reali&a enmas de una etapa por e'emplo una etapa de ba'a presión y una etapa de altapresión#

SEGN LA DISPOSICIÓN DE LOS CILINDROS SE CLASIFICAN EN:

V04275;06 $ >47>925;06

Los compresores alternativos abarcan desde una capacidad muy pequePa 5astaunos !#@@@ ACM;# Aara equipo de procesos$ por lo general$ no se utili&an muc5o

los tamaPos grandes y se pre%ieren los centr+%ugos# ;i 5ay alta presión y un gastom*s bien ba'o$ se necesitan los alternativos# El n/mero de etapas o cilindros sedebe seleccionar con relación a las temperaturas de descarga$ tamaPo disponiblepara los cilindros y carga en el cuerpo o biela del compresor#

Los tamaPos m*s bien pequePos$ 5asta de unos -@@ 2A$ pueden tener cilindrosde acción sencilla$ en%riamiento con aire$ y se puede permitir que los vapores del


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aceite en el depósito (c*rter) se me&clen con el aire o gas comprimidos# Estostipos sólo son deseables en disePos especiales modi%icados#

Los tipos pequePos para procesos$ de un cilindro y 16 o 1@@ 2A$ tienenen%riamiento por agua$ pistón de doble acción$ prensaestopas separado que

permite %ugas controladas y pueden ser de tipo no lubricado$ en el cual ellubricante no toca el aire o gas comprimido# ;e utili&an para aire para instrumentoso en aplicaciones pequePas para gas de proceso# Los compresores m*s grandespara aire o gas son de dos o m*s cilindros# En casi todas las instalaciones$ loscilindros se disponen en %orma 5ori&ontal y en serie$ de modo que presenten dos om*s etapas de compresión# El n/mero de etapas de compresión depende$ en granparte de la elevación de temperatura en una etapa$ que suele estar limitada a unos16@>N0 De la carga en el cuerpo o biela que se puede mane'ar y$ de ve& en cuando$de aumento total en la presión en una etapa$ respecto de disePo de las v*lvulasde compresor$ que suelen ser para menos de -#@@@ psi#

La relación o ra&ón total de compresión se determina para tener una idea inicialapro7imada del n/mero de etapas# ;i la relación es muy alta$ entre !#@ y !#6 parauna sola etapa$ entonces la ra+& cuadrada de la relación total ser* igual a larelación por etapa para las dos etapas$ a la ra+& c/bica para tres etapas$ etc# Laspresiones inter etapas y la relación por etapa reales se modi%icar*n después detener en cuenta las ca+das de presión en inter en%riadores$ tuber+a entre etapas$separadores y amortiguadores de pulsaciones$ si se utili&an#

Los compresores de émbolo comprimen gases y vapores en un cilindro a travésde un émbolo de movimientos rectil+neo y se utili&an para el accionamiento de5erramientas neum*ticas (8 a : "gKcm1)$ instalaciones %rigor+%icas de amon+aco(5asta -1 "gKcm1)$ abastecimiento de gas a distancia (5asta 4@ "gKcm1)$ licuacióndel aire (5asta 1@@ "gKcm1)$ locomotoras de aire comprimido (5asta 116"gKcm1) e5idrogenación y s+ntesis a presión (5asta m*s de -@@@ "gKcm1)#

COMPRESORES ROTATIVOS O CENTRFUGOS.

Los compresores centr+%ugos impulsan y comprimen los gases mediante ruedas depaletas#

Los ventiladores son compresores centr+%ugos de ba'a presión con una rueda depaletas de poca velocidad peri%érica (de -@ a 6@@ mm de columna de agua0 tiposespeciales 5asta -@@@ mm)# Las m*quinas soplantes rotativas son compresorescentr+%ugos de gran velocidad tangencial (-1@ a !@@ mKseg#) y una relación depresiones por escalón p1Kp- U -$- a -$:# Montando en serie 5asta -1 ó -! rotoresen una ca'a puede alcan&arse una presión %inal de -1"gKcm1$ comprimiendo airecon re%rigeración repetida#


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COMPRESORES DE PALETAS DESLIZANTES.

Este tipo de compresores consiste b*sicamente de una cavidad cil+ndrica dentrode la cual esta ubicado en %orma e7céntrica un rotor con ranuras pro%undas$ unaspaletas rectangulares se desli&an libremente dentro de las ranuras de %orma que algirar el rotor la %uer&a centri%uga empu'a las paletas contra la pared del cilindro# Elgas al entrar$ es atrapado en los espacios que %orman las paletas y la pared de lacavidad cil+ndrica es comprimidad al disminuir el volumen de estos espaciosdurante la rotación#

COMPRESORES DE PISTÓN LQUIDO.El compresor rotatorio de pistón de liquido es una maquina con rotor de aletasm/ltiple girando en una ca'a que no es redonda# La ca'a se llena$ en parte de aguay a medida que el rotor da vueltas$ lleva el l+quido con las paletas %ormando unaserie de bolsas# Como el liquido$ alternamente sale y vuelve a las bolsas entre laspaletas (dos veces por cada revolución)# medida que el l+quido sale de la bolsala paleta se llena de aire# Cuando el l+quido vuelve a la bolsa$ el aire se comprime#

COMPRESORES DE LÓBULOS.;e conocen como compresores de doble rotor o de doble impulsor aquellos quetraba'an con dos rotores acoplados$ montados sobre e'es paralelos$ para unamisma etapa de compresión# na m*quina de este tipo muy di%undida es elcompresor de lóbulos mayor conocida como IootsI$ de gran ampliación comosobre alimentador de los motores diesel o sopladores de gases a presiónmoderada# Los rotores$ por lo general$ de dos o tres lóbulos est*n conectadosmediante engrana'es e7teriores# El gas que entra al soplador queda atrapadoentre los lóbulos y la carca&a0 con el movimiento de los rotores de la m*quina$ pordonde sale$ no pudieron regresarse debido al estrec5o 'uego e7istente entre los

lóbulos que se despla&an por el lado interno#

COMPRESORES DE TORNILLO.

La compresión por rotores paralelos puede producirse también en el sentido a7ialcon el uso de lóbulos en espira a la manera de un tornillo sin %in# coplando dos


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rotores de este tipo$ uno conve7o y otro cóncavo$ y 5aciéndolos girar en sentidosopuestos se logra despla&ar el gas$ paralelamente a los dos e'es$ entre los lóbulosy la carca&a# Las revoluciones sucesivas de los lóbulos reducen progresivamenteel volumen de gas atrapado y por consiguiente su presión$ el gas as+ comprimidoes %or&ado a7ialmente por la rotación de los lóbulos 5elicoidales 5asta -

descarga#

CICLO REAL.

Las v*lvulas de admisión y de escape usuales en los compresores actuales abreno cierran obedeciendo /nicamente a di%erencias de presión$ con un resorte en%orma de l*mina# ;iendo N la %uer&a que e'ercen los resortes en su posición dev*lvula cerrada$ ; la sección de pasa'e de gas y pT la presión del suministroabastecido por el compresor (generalmente la presión en un tanque recibidor$ o en

la tuber+a de descarga)$ la v*lvula de escape abre cuando,

p U pT W NK;

Aero cuando comien&a a pasar el gas$ se produce una pérdida de presión p%en los pasa'es$ la ve& que aumenta N# En consecuencia$ para la condición dev*lvula abierta y %lu'o establecido a través de ésta$ se tendr* ,

p U pT W NK; W p%

Entonces$ si pT U p1 (la presión a la que se quiere comprimir)$ la v*lvula de

escape no abre e7actamente en el punto 1 (%ig 1#=) sino en el punto 1> deordenada p U pT W NK;0 y sigue aumentando 5asta un m*7imo para luegodecrecer 5asta la presión de descarga

pT U p! #

Cuando se e7pande el gas que quedó encerrado en el espacio nocivo y se llega alpunto 4 del ciclo$ ocurre algo parecido# ;i la presión e7terior es pe $ la %uer&a de


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los resortes es N y se llama ; a la sección de pasa'e de gas$ la v*lvula deadmisión comien&a a abrir cuando la presión en el cilindro vale ,

p U pe N K ;

Cuando se abre la v*lvula$ el gas pasa su%riendo una pérdida de presión p% $ porlo que la presión desciende a/n m*s ,

p U pe NK; p%

5asta llegar a un m+nimo$ correspondiente a v*lvula plenamente abierta# Luego$ lapresión asciende 5asta el %inal de la aspiración# l llegar el pistón al A#M#.# subsisteen el cilindro una pequePa depresión (punto -> en lugar del punto -$ Nig# 1#-@)$debido a que la v*lvula sigue abierta# ;ólo cuando se 5a recorrido una parte de lacarrera de compresión se cierra la v*lvula y la presión se iguala a la presión p-del e7terior#

La parte 4-> del diagrama del ciclo es %recuente$ también$ que tenga %ormaondulada debido a la vibración de las l*minas de la v*lvula de admisión# En cuanto a los procesos -1 y !4$ si bien se supuso que cada uno era unaevolución politrópica de +ndice n constante$ en la realidad se presentan algunasdi%erencias#


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Cuando el gas$ supuesto %r+o$ entra al cilindro cuyas paredes est*n a mayortemperatura$ se produce un intercambio de calor de las paredes al gas# Entonces$en la primera parte del proceso de compresión$ si el proceso es politrópico lo es

con un +ndice en e%ecto$ como ingresa calor al gas ( 3 @) y alcomprimirse es dT @$ en (-#--) ser* c @$ por lo que n "#

l aumentar la presión$ aumenta la temperatura del gas,

Fo var+a sensiblemente$ en cambio$ la temperatura de las paredes del cilindro$debido a su mayor masa y a la re%rigeración# Cuando la temperatura del gassupere a la de las paredes$ 5ay trans%erencia de calor del gas a las paredes#

En el punto ! el gas comprimido$ por lo tanto caliente$ comien&a entregando calor#Aero al e7pandirse se en%r+a 5asta llegar a invertirse el sentido de trans%erencia decalor# Aor estos motivos$ el ciclo real del compresor ve modi%icado su diagramacon respecto al ciclo teórico$ que dando con la %orma indicada en la Nig# 1#-- (se5an e7agerado los apartamientos del diagrama del ciclo teórico)# El diagrama de laNig# 1#-- se llama Idiagrama indicadoI y el *rea encerrada representa el Itraba'oindicadoI$ ]. $ del cilindro# sando instrumental adecuado se puede 5allar eldiagrama indicado directamente de la operación del compresor#


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PRACTICA . “MOTOR DE COMBUSTION INTERNA”



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SEMESTRE !"1#$I

MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA.

Ciclo Otto

El ciclo Otto est*ndar de aire es un ciclo ideal obedecido en %orma apro7imada por el motor de combustión interna por c5ispa$ como el motor de gasolinaconvencional empleado en ve5+culos automotores# Estas maquinas de ignición por c5ispa operan generalmente seg/n principios conocidos de cuatro y dos tiempos$

los cuales se describen a continuación#

Motor de 4 Tiempos

El motor de cuatro tiempos$ se introduce al cilindro del motor durante el procesode admisión una me&cla de aire y combustible en una proporción determinadacomo se puede ver en el esquema# Durante esta carrera de admisión el pistón sedespla&a desde su punto muerto superior 5asta su punto muerto in%erior$ mientrasla v*lvula de admisión permanece abierta# na ve& terminado este proceso dellenado se comprime la me&cla de aire y combustible como se observa en eldiagrama$ despla&ando el pistón desde su punto muerto in%erior 5asta su punto

muerto superior# En esta carrera de compresión permanecen cerradas las v*lvulasde admisión y de escape# Terminando este proceso se reali&a la combustión de lame&cla airecombustible mediante la acción de una bu'+a$ increment*ndose porende la presión y la temperatura de la me&cla# Mientas el volumen permaneceesencialmente constante en su valor m+nimo# Como consecuencia de estacombustión$ el pistón es al&ado desde su punto muerto superior 5asta y puntomuerto in%erior como se observa en el diagrama# Durante esta carrera dee7pansión las v*lvulas de admisión y escape permanecen cerradas al llegar el


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pistón a su punto muerto in%erior la v*lvula de escape se abre $ inici*ndose asi elproceso de carrera de escape en los productos de combustión son descargadosdel cilindro 5acia la atmos%era# De esta manera el cigePal gira :1@ o dosrevoluciones para completar los cuatro procesos previamente descritos deadmisión compresión e7pansión y escape#

MOTOR DE DOS TIEMPOS.

di%erencia del motor de cuatro tiempos el motor de dos tiempos reali&a la mismasecuencia de procesos en los una vuelta de giro del cigePal$ esto es !8@ derotación# En la %igura se muestra un disePo de procesos de e7pansión# ntes queel pistón alcance su punto muerto in%erior$ las lumbreras o puertos de escape en elcilindro son descubiertos por este$ inici*ndose as+ el proceso de escape como seobserva en la otra %igura# Continuando el pistón en su carrera descendente$ las

lumbreras o puertos de admisión son también descubiertos y se introducen en elcilindro un %lu'o de me&cla airecombustible# Durante este intervalo de tiempo enque ambas lumb

1-10 Practicas de Maquinas Termicas

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