CLASIFICACIÓN GENERAL DE LAS MÁQUINAS TÉRMICAS E HIDRÁULICAS

APUNTES DE TERMOFLUIDOS

M EN I. ARMANDO MALDONADO SUSANO

CLASIFICACIÓN GENERAL DE LAS MÁQUINAS TÉRMICAS E HIDRÁULICAS

Máquina.- Es un transformador de energía

Máquina de fluido.- Son aquellas en las que el fluido, o bien proporciona la energía que absorbe la máquina (Ejemplo una turbina hidráulica) o bien es aquella en la que el fluido es el receptor de la energía (Ej. Una bomba). En toda máquina de fluido hay un intercambio entre energía de fluido (ΔP cambio de presión ,  ΔEk de energía cinética o ΔEp potencial)   y energía mecánica.

Máquina hidráulica.- Es aquella en la que el fluido que intercambia su energía, no varía sensiblemente su densidad y por lo tanto su volumen especifico en su paso a través de la máquina es constante

Máquina térmica.- Es en la que el fluido a su paso a través de la máquina cambia su densidad y por lo tanto su volumen especifico

Turbomáquina.- Su principio de funcionamiento se basa en la ecuación de Euler, la transmisión de energía se lleva a cabo por cambios de energía cinética

Máquina de desplazamiento positivo. Consiste su funcionamiento en el movimiento del fluido causado por la disminución del volumen de una cámara.

[pic 1]

[pic 2]

Máquina motriz.- Es aquella en la que la máquina absorbe energía del fluido y la convierte en potencia útil en una flecha Ej. Turbina de vapor, turbina de gas, turbinas hidráulicas, motores de vapor, motores de combustión interna, etc.

[pic 3]

Máquina generatriz.- El fluido absorbe energía mecánica a su paso por la máquina, la cual la convierte en energía del fluido Ej. bombas, compresores, ventiladores, etc.

CICLO RANKINE

El ciclo Rankine es un ciclo productor de potencia usando como fluido de trabajo el vapor de agua y como máquina transformadora de energía a una turbina de vapor. Este ciclo constituye la base de operación de las centrales termoeléctricas y nucleoeléctricas

El ciclo Rankine básico está constituido por 4 elementos que se indican en la figura:

GV       Generador de vapor

TV       Turbina de vapor

COND Condensador de vapor

B          Bomba de agua de alimentación

[pic 4]

Qs Calor suministrado

Qr calor rechazado

Wf Trabajo de flecha

Componentes de un ciclo Rankine

[pic 5]

Diagrama T S de un ciclo Rankine

Explicación del Ciclo Rankine

Proceso 1-2 El GV se encuentra generalmente con agua que se desea evaporar a una presión mayor que la presión atmósferica, en este elemento se suministra calor debido a la combustión de un “combustible” este proceso se considera a presión constante (isobárico) se toma agua en estado líquido y se realiza el cambio de fase a vapor (es importante recordar que los cambios de fase son a presión y temperatura constante) de tal manera que en el punto se tiene vapor a alta presión y alta temperatura

Proceso 2-3 El vapor a alta presión y alta temperatura entra a una turbina de vapor donde se expande provocando el movimiento de la misma y generando trabajo mecánico (de flecha) al hacer esto el vapor baja su temperatura y su presión este proceso se considera sin perdidas por lo cual es isoentrópico

Proceso 3-4 Este vapor de baja presión y baja temperatura entra a un condensador  el cual contiene un líquido, esto permite el intercambio de calor y se realiza el cambio de fase de vapor a líquido a presión y temperatura constante. Este proceso es isobárico

Proceso 4-1 El líquido es tomado por la bomba de agua de alimentación la cual le incrementa su presión para llevarlo al GV, en este proceso no se consideran pérdidas por lo cual el proceso es isoentrópico

Elementos de un ciclo Rankine

Generador de vapor

Es el elemento del ciclo Rankine en el que se produce vapor de agua mediante la combustión de un “combustible”, se clasifica básicamente atendiendo a la posición relativa de los gases calientes (productos de la combustión) con respecto al agua que se ha de evaporar en:

Tubos de agua (Acuotubulares).- En estos, el agua pasa por el interior de los tubos y los gases calientes se hallan en el exterior de los tubos y los gases calientes se hallan en contacto con la superficie externa de los tubos, son los más utilizados debido a que se obtienen elevadas presiones y rendimientos

Tubos de humo (pirotubulares).- En estos, los gases calientes pasan por el interior de los tubos, los cuales están rodeados de agua, su presión está limitada debido a los esfuerzos de compresión a que se ven sometidos

los tubos.

Elementos que constituyen a un generador de vapor

CALDERA

Es un intercambiador de energía, que trasmite el calor producto de la combustión al fluido de trabajo (generalmente agua)

La transferencia de calor se realiza a través de una superficie llamada de calefacción, formada por paredes y bancos de tubos.

La superficie de calefacción es el área de una caldera que por un lado está en contacto con los gases y refractarios calientes, y por el otro, con el agua que se desea calentar y evaporar; se mide por la cara de mayor temperatura.

HORNO

Lugar donde se realiza la combustión; generalmente se encuentra formado por paredes de refractario y bancos de tubos por los que circula el agua y el vapor.

QUEMADORES

Dispositivos tubulares donde se logra la adecuada mezcla aire-combustible cuando este último es líquido o gas. En el caso de que el combustible sea carbón, se tiene un molino o pulverizador adicional.

CHIMENEA

Ducto a través del cual se descargan los gases producto de la combustión.

VENTILADORES

Tiro forzado: introducen aire al horno; tiro inducido: extraen los gases calientes del horno después de la combustión.

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