UNIVERSIDAD NACIONAL NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN
LABORATORIO. LABORATORIO. MAQUINAS TÉRMICAS T ÉRMICAS
PRACTICA 1. “CALDERA”
ALUMNO: MÁRQUEZ SORIA GABRIEL
PROFESOR: JUAN DE LA CRUZ ERNANDEZ ZAMUDIO
SEMESTRE !"1#$I OBJETIVO. a) Descripción Descripción de las partes partes constituyent constituyentes es de los generado generadores res de vapor vapor instalados en el Laboratorio de Maquinas Térmicas (Marca Clayton modelo EO!! y Lu"aut) b) Operar Operar ambo amboss generad generadore oress de vapor vapor## c) Calculo Calculo de la capacidad capacidad$$ e%iciencia e%iciencia de una caldera caldera y gastos gastos de combustibl combustible e y de vapor#
INTRODUCCIÓN. En nuestra época moderna el vapor de agua se utili&a %recuentemente para calentamiento de procesos industriales o para producir traba'o (Turbinas de apor)# GENERALIDADES. n generador de vapor es una instalación electromec*nica $utili&ada para trans%ormar l+quidos en vapor# Los componentes principales son, -# Caldera# .ntercambiador de energ+a$ que transmite el calor producto de la combustión al %luido$ com/nmente agua$ contenida dentro de un depósito a presión para obtener vapor# La trans%erencia de calor se reali&a a través de una super%icie llamada de cale%acción %ormada por paredes y banco de tubos# La super%icie de cale%acción es el *rea de una caldera que por un lado esta en contacto con los gases y re%ractarios calientes y por el otro$ con el agua que se desea calentar y evaporar0 se mide por la cara de mayor temperatura# 1# 2orno# Lugar donde se reali&a la combustión0 generalmente se encuentra %ormado por paredes de re%ractario y banco de tubos por los que circula agua y vapor !# 3uemadores# Dispositivos tubulares donde se logra la adecuada me&cla aire combustible cuando éste /ltimo es l+quido o gas0 en el caso de que el combustible sea carbón se tiene un un molino molino pu pulveri&ador adicional# 4# C5imenea# Ducto a través del cual se descargan los gases producto de la combustión# 6# entiladores Tiro Tiro %or&ado0 introducen aire al 5orno0 tiro inducido0 e7traen los gases calientes del 5orno después de la combustión#
SEMESTRE !"1#$I OBJETIVO. a) Descripción Descripción de las partes partes constituyent constituyentes es de los generado generadores res de vapor vapor instalados en el Laboratorio de Maquinas Térmicas (Marca Clayton modelo EO!! y Lu"aut) b) Operar Operar ambo amboss generad generadore oress de vapor vapor## c) Calculo Calculo de la capacidad capacidad$$ e%iciencia e%iciencia de una caldera caldera y gastos gastos de combustibl combustible e y 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 de apor)# GENERALIDADES. n generador de vapor es una instalación electromec*nica $utili&ada para trans%ormar l+quidos en vapor# Los componentes principales son, -# Caldera# .ntercambiador de energ+a$ que transmite el calor producto de la combustión al %luido$ com/nmente agua$ contenida dentro de un depósito a presión para obtener vapor# La trans%erencia de calor se reali&a a través de una super%icie llamada de cale%acción %ormada por paredes y banco de tubos# La super%icie de cale%acción es el *rea de una caldera que por un lado esta en contacto con los gases y re%ractarios calientes y por el otro$ con el agua que se desea 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 y vapor !# 3uemadores# Dispositivos tubulares donde se logra la adecuada me&cla aire combustible cuando éste /ltimo es l+quido o gas0 en el caso de que el combustible sea carbón se tiene un un molino molino pu pulveri&ador adicional# 4# C5imenea# Ducto a través del cual se descargan los gases producto de la combustión# 6# entiladores Tiro Tiro %or&ado0 introducen aire al 5orno0 tiro inducido0 e7traen los gases calientes del 5orno después de la combustión#
8# 9omba de agua de alimentación# .ncrementa la presión del agua para introducirlo a la caldera# :# ;obrecalentador# Cambiador de calor$ en el que se da el sobrecalentamiento sobrecalentamient o deseado al vapor# <# Calentador de aire# Cambiador de calor donde los gases producto de la combustión$ después de 5aber cedido parte de la energ+a a la caldera calientan el aire para 5acer m*s e%iciente la combustión # =# Economi&ador# Cambiador de calor donde los gases de la combustión transmiten otra parte de su energ+a aumentando la temperatura de >? agua de alimentación que se> se > alimenta a la caldera$ me'orando la e%iciencia del generador # generador # -@# Arecalentador de combustible# Cuando se quema combustóleo o aceite combusti combustible se disminuye la viscosidad por medio de un calentamiento previo al quemador0 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 los gases de la com la combustión bustión a través s de los elementos antes mencionados$ y la disposición de unos respecto a otros#
CLASIFICACIÓN CLASIF ICACIÓN DE LAS CALDERAS. Las> 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 tubos Tubos de agua (acuotubulares) gua dentro de los tubos b) Aor la posición de los tubos$ puede ser de, Tubos verticales Tubos 5ori&ontales Tubos inclinados e) Aor la %orma de los tubos$ son de, Tubos rectos Tubos curvos d) Dependiendo del tipo de tiro, Tiro %or&ado Cuando sólo tiene ventilador de tiro %or&ado# Tiro inducido inducido Cuando sólo tiene ventilador de ti t iro indu inducido# cido# Tiro balanceado Con ventilador de tiro inducido y %or %or &ado# Tiro natural ;in ventiladores#
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 al serpent+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 un tubo 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 su capacidad nominal su respuesta es r*pida$ proporciona vapor a los cinco minutos de el ar ranque en % r +o# El generador tiene dispositivos de seguridad para protección contra %alta de agua$ %allas del quemador$ presión e7cesiva y sobrecarga eléctrica# Controles autom*ticos regulan la entrada de agua de alimentación 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 vapor CLTOF#
).1 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE COMBUS TIBLE. ;e dispone de un tanque de gran capacidad donde se recibe aceite diesel$ de este tanque se suministra el combustible a dos tanques de uso diario de 1@@ l itros cada uno$ 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 de engranes$ la presión m*7ima del combustible est* controlada por un regulador a'ustable de presión situado en la bomba de combustible# Con la v*lvula de control del quemador abierta (%ig# !) todo el combustible es derivado y retornado 5ac+a el tanque del combustible y la presión del combustible es m+nima# Cerrando la v*lvula de control del quemador la presión del combustible aumentar* y accionar* los controles para encender el quemador# Después del arranque manual la operación es completamente autom*tica y todos los controles est*n arreglados para proveer un paro por seguridad# La %alla de %lama originar* interrupción autom*tica del quemador apro7imadamente -1 segundos después de dic5a %alla#
Aor otra parte en caso de %alta de agua el control del termostato parar* el quemador y pondr* a salvo la unidad de calentamiento (serpent+n)# El tubo del termostato %orma parte del serpent+n de calentamiento y est* situado en la &ona de alta temperatura# El tubo en %orma de c+rculo completo est* r+gidamente asegurado a un arillo mec*nico e7terior (%ig# 4) en un punto diametralmente opuesto al interruptor del termostato# medida que el tubo se e7pande adquiere una posición e7céntrica en relación al arillo e7terior$ ésto origina una e7pansión considerable en l+nea con el control del termostato y provee un control directo del quemador# El interruptor del termostato est* a'ustado para suspender la operación del quemador cuando la e7pansión e7ceda los l+mites normales#
El aire que entra a la voluta del quemador procedente del ventilador es dirigido centr+%ugamente a alta velocidad 5acia el m/ltiple del quemador$ a5+ se me&cla con 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 #%lama y 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 de vapor CLTOF# El suavi&ador recibe agua de la red (dura)$ y en él se le da un tratamiento en base a salmuera para desmineri&arla$ es decir $ quitarle las sales minerales (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#
Cuando el agua est* completamente tratada (desminerali&ada y con el p5 adecuadó) se manda a las bombas de alimentacion por medio de la bómba de re%uer&o$ la bomba de re%uer&o introduce el agua a presión al serpent+n de calentamiento$ 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 interruptor modulador de presión$ cerrar* la v*lvula de aceite para %uego alto y el generador operar* a medio %uego (%ig# !)# l mismo tiempo la compuerta de aire variar* autom*ticamente su posición para reducir 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 de presión)# 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 el volumen de agua que entrar* al serpent+n# si la demanda de vapor es m+nima o si no 5ay demanda de vapor$ la presión continuar* elev*ndose 5asta alcan&ar el punto 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 la v*lvula sopladora de 5ollin ()$ cierre los gri%os de la base de la bomba #
4# bra la v*lvula de control del ser pent+n (H) y la v*lvula de entrada de agua de alimentación (D) y la v*lvula de la trampa de vapor # 6# bra totalmente la v*lvula de control del quemador (E) de esta %orma el combustible ser* derivado y se evitar* la oper ación del quemador dur ante el ar 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 en posición IaceiteI y el interruptor IoperaciónllenadoI en posición llenado
PRECAUCIONES. ) seg/rese que las l+neas de abastecimiento de combustible estén abiertas y que 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 ali mentación (E) para e7pulsar el aire# Cerciorarse de que la bomba esté completamente cebada estrangulando la v*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 de tubos de agua vertical de tiro %or&ado con capacidad nominal #de !! c#c# el p5 adecuado del agua debe ser de -@ y como m*7imo --#6$ para evitar incrustación el 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:
,. 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&ontal de 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 que evaporan el agua$ lo cual se muestra esquem*ticamente en la %igura 8
-# motor eléctrico 1# entilador (soplador de circulación %or&ada) !# 9omba de combustible 4# Mirilla y %otocelda 6#Trans%ormador de .gnición 8#;alida de los gases de los tubos de 5umo :#3uemador integr al <#Entr ada de los gases a los tubos de 5umo =#C5imenea -@#*lvula de seguridad --#*lvula de vapor -1# ore'as de levante -!# ;oporte -4#Tubos de 5umo -6#Mirilla posterior -8#Di%usor de descarga de gases
<#-) Dos pasos# Esto consiste en que el arreglo entre espe'os y tuber+a %lu7 es de tal %orma que los gases de la combustión recorren dos veces la longitud de la caldera antes de ser descargados a la atmós%era# <#1) Nogón corrugado# El corrugado es con el ob'eto de darle una mayor resistencia mec*nica y una caracter+stica de amortiguamiento de las contracciones o elongaciones causadas por las distintas temperaturas a las cuales est* e7puesto el %ogón#
. CONSTRUCCIÓN. 2ori&ontal$ tubos de %uego Dos pasos C*mara de combustión corrugada ;oldadura -@@ radiogra%iada islamiento %ibra de vidrio de 6- m de espesor
1". DATOS TÉCNICOS. Caballos %uer&a vapor 1@ ;up# de cale%acción =#= m1 Aresión de traba'o -@#6 "gKcm 1 11. CONTROLES & COMPONENTES$ --#-) Control programador# Establece la secuencia y coordinación de tiempo de cada una de las etapas de operación del quemador y caldera en general#
--#1) Notocelda# Detecta la radiación ultravioleta emitida por la %lama en la camara de combustión la cual a %alla de %lama$ manda sePal al control programador para detener la entrada de combustible y parar la caldera# --#!) Trans%ormador de .gnición# .ncrementa el volta'e 5asta -@$@@@ volts0 necesarios para la ignición# --#4) Electrodo de .gnición# Aroduce la c5ispa para la ignicion# --#6) Control de nivel de agua Q Mc Donnell R# Es e l controlI de la bomba e interruptor de ba'o nivel$ esta provista de un mecanismo de %lotador que responde a 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 se encuentra 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 :#
--#8) Control de presión Q Aresuretrol R# ;u ob 'etivo es el de mantener una presión determinada$ toma la presión e7istente dentro de la caldera y de acuerdo a ésta manda una sePal parar o arrancar la caldera# %igura <#
--#:) *lvulas de ;eguridad# calibradas para abrir a una presión sobrepresión en la caldera# %igura =#
--#<) Tapón %usible de seguridad Q tortuga l# Opera en caso de %alla de las v*lvulas de seguridad$ son tapas unidas a la evolvente e7terior de la caldera que ceden cuando la presión en el interior es muy elevada$ esta tapas una so ldadas y la soldadura se calcula para resistir determinada presión# n capara&ón met*lico unida %uertemente a la tapa y evita que la tapa salga disparada en caso de operación de la v*lvula# %igura -@#
FORMU LAS CÁLCULOS/ DEFINICIONES. ,
ntiguamente la capacidad de las calderas se deter minaba en c#c# (92A 9oiler 2orse 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 es equivalente a -6#88 "gK5r 7 64!#4 VcalK"g es decir0 c#c# U <6-@ VcalK5r# Aara calderas pequePas el c#c# se asoció con la super%icie de cale%acción c#c# U @#=! m1 De las de%iniciones anteriores se puede decir que un c#c# equivale a transmitir <6-@ VcalK5r por cada @#=! m 1 de super%icie de cale%acción# Capacidad normal de carqa# ;e utili&a para especi%icar la potencia en calderas pequePas# 2
CN =
superficie de calefaccion (m ) 2
0.93 m
=
cc
como un c#c U <6-@ "calK"g CN =
¿ .decalef .
8510 kcal / h r
0.93
c.c.
.c.c.
¿ . decalef . 0.93
c#c
CN =
¿ .decalef . 0.93
8510 kcal / h r
Capacidad real Como una caldera puede tener su super %icie de cale% acción me'or dispuesta que otra y por consecuencia$ m*s capacidad en condiciones de traba'o similares$ es decir$ es posible transmitir m*s de <6-@ VcalK5r por cada @#=! m 1 de super%icie de cale%acción$ el e7ceso queda de%inido por el %acto r de sobrecarga N;# La capacidad real est* dada por, C U CF 7 N; Basto de vapor El gasto de vapor pr opor cionado por la caldera no se puede medir directamente$ pero se puede calcular con la siguiente ecuación, B U C / ( 51 5-) Donde 51 Entalp+a del vapor en la descarga de la calder a# 5- Entalp+a del l+quido a la entrada de la calder a$ como el vapor a la salida del generador es vapor 5/medo la entalp+a 5 1 se calcula con la siguiente ecuación, 51 U 5% W 75%g
VcalK"g
Donde 5% 5X se obtienen en tablas de vapor con la presión de salida del vapor# apori&ación equivalente Es la relación entre la energ+a total absorbida por el agua de alimentación de la caldera y la energ+a necesaria para evaporar un "g de agua a -@@ C y pU -#@!! "gKcm$ es decir, VE=
GV ( h2−h 1) 543.4
……….kg / hr
Donde 64!#4 VcalKVg es % a entalpia de vapori&ación a p U -#@@! VgKcm1 Nactor de vapori&ación Es la relación entre la energ+a absorbida por un "g de agua de alimentación en las condiciones reinantes en la caldera$ y la energ+a necesaria para evaporar un "g de agua a -@@C y A U -#@!! "gKcm 1 es decir, FV =
h2−h1 543.4
E%iciencia de la caldera ;e de%ine como la relació n del calor 3a que se aprovec5a$ (es decir$ el calor que absorbe el %luido desde que entra como l+quido 5asta 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 Vcal K"g Donde 3a U B (515-) VcalK5r B Basto de vapor "gK5r 21 Entalp+a del vapor a la salida VcalK"g 5- 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 <
TABLA DE LECTURAS. L02345
P406789 0; <5=>4 % cm (
T0?=0452345 0; 5@35 0 5;7?0925789
#
!"
kg
2
1 TABLA DE RESULTADOS. L0234 5
GV kg ( )
GC kg ( )
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FV
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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 entrada de la caldera debido a que esta no estaba tratada del todo bien es decir estaba muy dura$ esto se comprobó al 5acer la prueba con el 'abón especial $%uera de eso todo estuvo dentro de lo normal# 1# Mencione los accesorios que 5ay en la instalación# Dentro de la instalación se pueden observar manómetros tanto a la entrada como a la salida de caldera$ tanques de abastecimiento de agua$ bombas$ un separador de vapor$ tubos conductores de agua y vapor con su debido aislante$ la caldera con todos sus accesorios como inyectores de combustible as+ como su respectiva bomba de engranes y censores de encendido$ adem*s de varios accesorios de seguridad# !# [Cu*l es la ;ecretaria que contiene el reglamento que 5abla de calderas\ ;ecretaria de Traba'o y Arevención ;ocial#
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 de separación y el de estrangulación o recalentamiento la e7presión del t+tulo en %orma de %racción es la siguiente, x =
mds mds + m m
Donde0 x = titulo del vapor
mds= pesodel vapor secoue pasa por elcalorimetro ! en Kg . mm= pesode lahumedad separadaenm ds Kg de vapor seco ! enkg .
6# Mencione los cuidados que se deben de tener al encontrar y operar una caldera# Arincipalmente se debe de cuidar la presión de traba'o y la calidad del agua introducida 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 los ductos de vapor ya que si no se tiene el debido cuidado estos se pueden tronar al 5aber 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 de combustible y vapor# ;e necesita tener muc5o cuidado al operar este tipo de maquinas# ;u operación es muy importante ya que si no se tiene el conocimiento de cómo opera puede ocurrir un accidente#
BIBLIOGRAFÍA: -# Energ+a mediante vapor$ aire y gas# ], 2, ;everns# Editorial everte$ ;#
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN
LABORATORIO. MAQUINAS TÉRMICAS
PRACTICA !. “GRAFICADOR”
ALUMNO: MÁRQUEZ SORIA GABRIEL
PROFESOR: JUAN DE LA CRUZ ERNANDEZ ZAMUDIO
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 es conveniente 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 es la 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%iciente cambia de %ase$ su temperatura aumenta$ y el volumen especi%ico general aumenta# Dependiendo de la presión al llegar la temperatura a un cierto valor el agua empie&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$ para determinar la relación entre temperatura y presión del vapor saturado es necesario obtener un n/mero su%iciente de valores correspondientes de las dos variables y gra%icarlas#
MATERIAL & EQUIPO.
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 una v*lvula regula la entrada del vapor$ el %lu'o de vapor se regula con una # v*lvula de agu'a colocada en la parte in%erior del cilindro$ de éste sale una cone7ión a un aparato 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 presión del 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#
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 lecturas reduciendo la presión$ tomando el su%iciente tiempo en cada etapa para alcan&ar condiciones estables# <# Bra%ique la temperatura () contra presión absoluta (^) para los siguientes casos, a) .ncrementando la presión# b) Disminuyendo la presión# c) Tablas de vapor para el rango de presión usado#
CUESTIONARIO. -# [3ué es un estado\ [3ué es una propiedad\ El estado de un medio queda de%inido %i'ando dos cualesquiera de sus propiedades# Fos re%erimos a la condición descrita por dic5as propiedades como Estado# una propiedad de un medio es una caracter+stica %i'a cuando la substancia de que se trate se 5alle en un estado determinado# 1# [3ué es una %ase\ [3ué es el domo de vapor\ na cierta Nase de un sistema es la colección de todas las partes del sistema que tienen el mismo estado intensivo y los mismos valores por unidad de masa de las propiedades e7tensivas# Aor e'emplo$ el punto triple del agua donde coe7isten tres estados de agregación molecular$ liquido sólido y gas (agua$ 5ielo y vapor) presenta la misma %ase$ porque sus propiedades por unidad de masa son las mismas para los tres estados de agregación molecular# En el caso de un sistema bi%*sico$ tri%*sico$ o multi%*sico es posible asociar a cada estado de agregación molecular las propiedades intensivas que lo describen# Como e'emplo la me&cla vapor$ vaporagua$ y agua de un generador de vapor es un sistema multi%*sico donde a cada estado de agregación molecular le corresponde una %ase# En la parte central superior de las calderas se instala una c/pula cil+ndrica llamada domo$ donde se encuentra el vapor m*s seco de la caldera$ que se conduce por caPer+as a las m*quinas# !# [3ué es un vapor sobrecalentado\ [3ue es un estado supercr+tico\ [3ué es un l+quido saturado\ [3ué es un vapor saturado\ apor sobrecalentado es vapor en una temperatura m*s arriba que su temperatura de la saturación# ;i el vapor saturado se calienta en la presión constante$ su temperatura se levantar*$ produciendo el vapor sobrecalentado# Esto puede ocurrir en una calderaKuna autoclave si el vapor saturado se e7pone a una super%icie con una temperatura m*s alta tal como una pared de la caldera#
El vapor entonces es descrito como sobrecalentado por el n/mero de los grados de la temperatura con los cuales se 5a calentado sobre temperatura de la saturación# El vapor sobrecalentado no puede e7istir mientras que el vapor todav+a est* en presencia de agua l+quida$ pues cualquier calor adicional evapora simplemente m*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 a saturarse# En este caso$ el vapor en dic5a me&cla esta sobrecalentado# n %luido supercr+tico (N;C) es cualquier sustancia que se encuentre en condiciones de presión y temperatura superiores a su punto cr+tico que se comporta como _un 5+brido entre un l+quido y un gas`$ es decir$ puede di%undir como un gas (e%usión)$ y disolver sustancias como un l+quido (disolvente)# Los N;C se caracteri&an por el amplio rango de densidades que pueden adoptar# Aor encima de las condiciones cr+ticas$ pequePos cambios en la presión y la temperatura producen grandes cambios en la densidad# ;e dice que el l+quido est* saturado si al agregar energ+a (calor)$ una %racción de él pasa a la %ase vapor# presión ambiente (- bar) esto ocurre a los -@@C de temperatura# La energ+a agregada produce un cambio de %ase y es un aporte de calor latente# El vapor producido a la temperatura de ebullición correspondiente a su presión (absoluta) se denomina saturado# El vapor saturado puede estar e7ento completamente de part+culas de agua sin vapori&ar o puede llevarlas en suspensión# 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 ser saturado# 6# [Aor qué el l+quido y el vapor en una me&cla de una misma substancia tienen la misma presión y temperatura\ Aorque si est*n en un sistema cerrado siempre se va a mantener la misma presión y temperatura a un volumen constante debido a que no se escapa nada de vapor y no intervienen di%erencias de temperatura# 8# [3ué datos de propiedades termodin*micas se encuentran en los manuales de qu+mica o ingenier+a\ De calor$ traba'o$ energ+a interna$ entalpia$ entrop+a$ presión$ temperatura$ etc#
:# [Aor qué es m*s %*cil tabular los estados de saturación que los de vapor sobrecalentado 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+quido suben%riado$ para una temperatura siempre va a ver una di%erente presión y crecen en %orma e7ponencial#
CONCLUSIONES: En esta practica vimos la relación que 5ay entre la temperatura y la presión de vapor 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# ;ontang Editorial# LimusaSiley#
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN
LABORATORIO. MAQUINAS TÉRMICAS
PRACTICA '. “CALIDAD DE VAPOR”
ALUMNO: MÁRQUEZ SORIA GABRIEL
PROFESOR: JUAN DE LA CRUZ ERNANDEZ ZAMUDIO
SEMESTRE !"1#$I DETERMINACIÓN DE UN TITULO DE VAPOR. S0=545789 062459@3;5789. La sequedad o calidad del vapor de agua saturado se determina por medio de calor+metros especiales# Los tipos de calor+metro mas corrientes son, el de separación y el de estrangulación o recalentamiento# Cuando el titulo de vapor es ba'o y cuando el grado de e7actitud de la determinación 5a de ser elevado se utili&an calor+metros en los que se combinan las caracter+sticas de los tipos mencionados# En todas las determinaciones del titulo de un vapor el calor+metro debe estar aislado térmicamente$ y$ por otra parte$ la muestra de vapor tomada debe ser representativa del vapor cuyo titulo se trata de determinar# Los calor+metros de tipo de separación se basan en separar la 5umedad del vapor 5/medo que entra en el aparato# En este caso es necesario medir el peso de la 5umedad recogida en %orma de agua y el peso del vapor seco que sale del calor+metro# Los calor+metros del tipo de separación se utili&an para determinar el titulo de vapores de agua muy 5/medos y de los de ba'a presión# La e7presión del titulo en %orma de %racción decimal es la siguiente, x =
mds mds + m m
En donde, x =titulo del vapor . mds= pesodel vapor secoue pasa por elcalorimetro ! en kg . m=¿ pesode la humedadseparada dem ds kgde vapor seco! en kg. m¿
Los calor+metros del tipo de de estrangulación se %undan en que si el vapor se estrangula y a continuación se e7pansiona sin reali&ar traba'o o sin perdida de calor$ la energ+a total del vapor permanece invariable# Las perdidas por radiación deben reducirse a un m+nimo$ y$ para ello$ el calor+metro y el conducto de unión a la tuber+a de vapor 5an de ser completamente aislados térmicamente# El calor+metro representado en la siguiente %igura es del tipo de estrangulación# El vapor entra por la tobera de toma de muestras y se e7pansiona al pasar por un ori%icio# continuación entra en la c*mara de vapor$ escap*ndose %inalmente por su parte alta después de 5aber recorrido una trayectoria en %orma de # el e7ceso de 5umedad moment*neo se separa y reevapora dentro de la c*mara de vapor$ y el e%ecto viene indicado en proporción directa por e termómetro de recalentamiento situado en la trayectoria del vapor# De esta manera$ con una simple c*mara queda %ormado un calor+metro de estrangulación$ separación y reevaporacion0 esta c*mara se 5alla rodeada e7teriormente por el vapor que sale del aparato# La camisa de vapor$ a su ve&$ se 5alla protegido contra el en%riamiento por medio de una gruesa capa de material aislante y una envolvente niquelada# Aara saber la presión inicial del vapor es preciso servirse de un manómetro# 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 la e7pansión y la 5umedad del mismo no sea e7cesiva$ se evapora$ y el vapor en el lado 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 + x h fg ) es igual a la entalpia total h del vapor recalentado después de la e7pansión# En %orma de ecuación puede$ por consiguiente$ escribirse, h f + x h fg=h $ y x =
h− hf hfg
En donde x =titul o inicial del vapor ! expresadoen formade fracciondecimal . h f =entalpia delliuido a la presiona"soluta inicial ! enkcal por kg. h fg =entalpiade vapori#aciondel vapor saturado secoa la presion "solutainicial en kcal por kg. h =entalpiatotal del vapor recalentado ala presion a"solutadel calorimetro en kcal por kg
En traba'os de gran e7actitud es preciso aplicar las correcciones propias de lecturas de termómetros de mercurio e7puestos al aire# Con la e7pansión del vapor 5ay que conseguir por lo menos 6#6 C de recalentamiento#
BIBLIOGRAFÍA
-# Energ+a mediante vapor$ aire y gas# ], 2, ;everns# Editorial everte$ ;##
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN
LABORATORIO. MAQUINAS TÉRMICAS
PRACTICA #. “EFICIENCIA DEL AISLANTE”
ALUMNO: MÁRQUEZ SORIA GABRIEL
PROFESOR: JUAN DE LA CRUZ ERNANDEZ ZAMUDIO
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 del material 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 en movimiento$ aunque propiamente este mecanismo no tras%iere calor si no energ+a interna# LEE; DE TF;NEEFC. DE CLO#
i) COFDCC.OF# la ley que gobierna la trans%erencia de energ+a en %orma de calor por conducción$ recibe el nombre de Ley de Nourier$ en 5onor al cient+%ico$ que la %ormulo en -<11# En ella se establece que el %lu'o de calor (3) es directamente proporcional al *rea () normal al %lu'o de calor$ y al gradiente de temperatura Q= %
d$ dx $ a través del *rea#
d$ … ( 1 ) dx
La conductividad térmica V convierte la proporción en ecuación$ la conductividad térmica es una propiedad del material$ constituye una medida de la e%icacia con la que se puede conducir energ+a térmica# La ecuación - queda
d$ Q=− K% … (2 ) dx
El signo negativo de la ecuación (1) indica que un gradiente negativo de temperatura produce trans%erencia de calor en la dirección positiva de 7# ii) D.C.OF# La ley que corresponde a la re%erencia de calor por radiación %ue descubierta por H# ;te%an$ quien la determino en %orma e7perimental y L# 9olt&man$ quien la dedu'o teóricamente$ y esta es 4
Q= &% $ (!)
Donde, U constante de ;te%an 9olt&mann U *rea TU temperatura absoluta# iii) COFECC.F# cuando un %luido pasa sobre una super%icie solida caliente$ se trans%iere energ+a de la pared al %luido por conducción# Aosteriormente$ esta energ+a la acarrea corriente aba'o el %luido por convección# El termino convección %or&ada se utili&a cuando el movimiento del %luido es debido a una bomba o a un ventilador# ;i el %lu'o del %luido se origina debido a una %uer&a ascensional deriva del calentamiento el proceso se denomina convección libre o natural#
El %lu'o térmico convectivo esta dado por Q=h % ( ' $ )
Donde, 5U coe%iciente de convección térmica U *rea TUDi%erencia de temperaturas Aara reali&ar c*lculos sencillos de ingenier+a que implican convección$ el término que puede ser m*s di%+cil de determinar es 5$ ya que dic5a cantidad relaciona las propiedades %+sicas del %luido y la velocidad del mismo sobre la super%icie del sólido# 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 y temperatura 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 r U !1 mm$ 1
adio e7terior r !< mm# Espesor del aislamiento !< mm# Longitud 48 cm DIBUJO DE LA INSTALACIÓN. 2
NOMENCLATURA NOMBRE
SIMBOLO
UNIDADES
Nlu'o de calor Conductividad térmica Jrea
3 V
] ]Km V
Di%erencial de temperaturas Di%erencia de longitud# Temperatura absoluta Constante de ;te%an 9olt&mann Coe%iciente de convección térmica Di%erencia de temperaturas adio esistencia térmica Longitud de la tuber+a Masa de condensados
Dt
V
D7 T
m V ]K m
2
]K m V
T
V
L M
M VK] M
^
HK"g
Calidad de vapor Entalpia de evaporación
( fg
m
2
2
2
kg
Ks
4
K
olume de condensados olumen especi%ico del agua# Tiempo
c
m
S
m / kg
T
3
3
s
FORMULAS & CÁLCULOS: El aislamiento se coloca por tres ra&ones principales# a) educir la trans%erencia y las pérdidas de energ+a b) Arevenir que el %luido se condense o congele c) Aor 5igiene y seguridad si solamente se consideran el aspecto de 5igiene y seguridad 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 interna del 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%icie e7terna (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 medio ambiente (aire) es debido a convección# pliquemos la ecuación o ley de Nourier a una tuber+a aislada# d$ Q=− K% dr
El *rea de transmisión es la normal al %lu'o de calor0 supondremos que el calor solo %luye en la dirección radial$ por tanto# U1frL d$ Q=−2 )r*K dr
;upondremos régimen permanente (3,Uconstante)$ y podemos separar variable e integrar desde rUr-$ TUT- 5asta rUr1 TUT1# r2
$ 2
dr Q =− 2 )k*d$ r r1 $ 1
∫
Q=
∫
2 ) k 1 *( $ 1 −$ 2 ) ln
r2 r1
( )
menudo es /til relacionar el %lu'o de calor con términos eléctricos seme'antes#
El %lu'o de calor 3 es seme'ante a la corriente eléctrica y la di%erencia de temperatura$ a la ca+da de volta'e# En consecuencia la tuber+a es seme'ante a una resistencia y el %actor seme'ante la resistencia eléctrica es la resistencia térmica Aor tanto la ecuación (6) puede e7presarse como Q=
( $ −$ ) 1
, ln
,=
2
r2
( )
r1 2 ) k 1 *
La ecuación (8) es totalmente similar a la ley de o5m para un resistor# Q.UKR Este 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 y después 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 los componentes# Aor otra parte si el %lu'o de calor se reali&a en paralelo$ la conductancia térmica total (-K)$ es la suma de las conductancias térmicas$ igual que en un circuito eléctrico en paralelo# Los an*lisis de trans%erencia de calor est*n relacionadas con circuitos de conducción en serie y en paralelo$ y una ve& comprendidos éstos$ los c*lculos son muy sencillos#
De acuerdo a lo anterior la ecuación de trans%erencia de calor para la tuber+a aislada quedar+a# Q=
( $ −$ ) ( , + , ) 1
2
1
2
( $ −$ )
Q= ln
1
2
( )
ln
r2 r1
2 ) k 1 *
+
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 de calor# Aor lo tanto si medimos la cantidad de condensados estaremos condiciones de calcular el calor perdido tendremos pues
Q=m∗ x∗h fg … ( 9) m=
V C
… ( 10 ) V - t
Donde, m masa del condensado en VgKs 7 calidad del vapor h fg Entalp+a de vaporación0 evapori&ación en Kj/kg c
olumen de condensados m
3
3
S
volumen espec+%ico del agua a la presión del vapor de agua en
t
tiempo (s) (duración de la prueba)
m kg
El porcenta'e de a5orro en energ+a es U (Energ+a perdida en el sistema no aislado energ+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 este tiene que ser igual al calculado con la ecuación (8) de estas dos ecuaciones se puede calcular la conductividad térmica V-# Aor otra parte el calor perdido por el sistema aislado se puede calcular con las ecuaciones (=) y (:) calcular V1# De la misma manera se puede calcular el calor disipado al medio ambiente por las ecuaciones (=) y (<) calcular 5$ coe%iciente de convección térmica$ para los dos sistemas#
MODO DE OPERACIÓN. -# ;uministre vapor al equipo# 1# Calcular la calidad de vapor# !# brir v*lvula y drenar# 4# Aermitir %luir el vapor 5asta obtener condiciones estables# 6#G Cerrar v*lvulas y permitir la condensación# 8# .niciar la prueba anotando el tiempo y el nivel inicial de condensados en cada tubo# :# Tomar lecturas cada 6 minutos 5asta permitir una cantidad ra&onable de condensados (apro7 de !@ min#)# <# l %inali&ar la prueba cerrar v*lvula que alimenta vapor al equipo y medir la di%erencia de niveles del condensado#
CUESTIONARIO: 1.
[Cu*les son los mecanismos de trans%erencia de calor\ Conducción$ convección y radiación# Tanto la conducción como la convección necesitan de un medio material para poder trans%erir esta energ+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 y radiación\
Ecuación de conducción# Q U
−k %
d$ dx
Ecuación de radiación# 4
Q= & % $
Ecuación de convección# Q=h % ( ' $ )
3.
[Cómo describir+a a un circuito térmico a un .ng# Electricista\
U ;e puede describir como nos muestra un circuito eléctrico que entre m*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 o disminuido por las resistencias# 5ora si lo podemos ver en un circuito térmico ser* visto que el caudal ser* nuestro di%erencial de potencial y nuestro vapor el cual %luye ser* intensidad de corriente el cual aumenta la temperatura y las resistencias ser*n sustituidas en este circuito por el aislante del tubo que a mayor sea este mayor ser* su e%iciencia y menor ser* 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 de calor y el gradiente de temperatura se le denomina conductividad térmica sus 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 una constante para cada material es decir 5ay una V para el acero y una V para el material 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 los publicados en la temperatura$ si no es as+ [a que causas crees que se deba\
Los valores de V de la %ibra de vidrio de los te7tos coinciden con la V de la %ibra de vidrio 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 no resulta igual a el resultado de V para el acero al ba'o carbono que nos resulto de la practica 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 no son correctos#
V DE L.9O; _V` acero dulce# !8
V DE ACT.C mC
_V` de %ibra de vidrio @#@!<
8.
_V` acero dulce# @#-<=1 mC
mC
_V` de %ibra de vidrio @#@!-- mC
[3ué se entiende por cuerpo negro\ Es un sistema ideal que absorbe toda la radiación que incide sobre él# na buena apro7imación de cuerpo negro es un pequePo agu'ero que conduce al interior de un ob'eto 5ueco# La naturale&a de la radiación emitida a través del agu'ero depende /nicamente de la temperatura de las paredes de la cavidad#
CONCLUSIONES. En esta practica comparamos las perdidas de energ+a entre un tubo aislado y no aislado$ determinamos su conductividad térmica del aislante y del material de los tubos y el coe%iciente de trans%erencia
BIBLIOGRAFA. Energia Mediante apor$ ire y Bas# ]## ;everns #E# Degler H#C# Miles Edit# everter ;##
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LABORATORIO. MAQUINAS TÉRMICAS
PRACTICA ). “E&ECTOR”
ALUMNO: MÁRQUEZ SORIA GABRIEL
PROFESOR: JUAN DE LA CRUZ ERNANDEZ ZAMUDIO
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 de agua$ aire o cualquier otro gas# si se utili&a para producir una compresión se le llama inyector$ si se utili&a para producir una depresión o vac+o se le llama eyector o e75austor # Esté vac+o puede utili&arse por e'emplo para elevar otro %luido igual o distinto que se me&cla con el que Gproduce vac+o# Otra aplicación del eyector es el utili&ado en los condensadores de vapor de las centrales térmicas# Tiene como misión separar el aire del vapor condensado$ lo comprime para e7pulsarlo del condensador 5acia el drena'e#
DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN. La unidad en nuestro laboratorio cuenta con dos tanques de acero suave$ %i'ados a di%erentes niveles e interconectados a una tuber+a de traba'o que contiene un eyector 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 es suministrada en la cone7ión de admisión entre unidades# Los instrumentos de medición en la admisión de vapor nos indica la presión y temperatura del mismo$ as+ como también se tie nen indicadores de temperatura y de nivel en los dos tanques# El eyector es de tipo normal y est* dispuesto para un amplio rango de operación# El *rea reducida en la garganta del eyector provoca una ca +da de presión en este punto# Esta reducción de presión con respecto a la presión atmos%érica$ origina que esta /ltima act/e sobre el agua para producir una %uer&a de empu'e$ que nos conduce el % luido de un recipiente a otro#
DIBUJO DE LA INSTALACIÓN.
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 presión 6# evisar los niveles de los tanques (succión y descarga) 8# Medir y anotar las temperaturas del agua de succión$ al arranque de la prueba y a cada minuto durante el tiempo que dure la prueba# :# Medir y anotar las temperaturas del agua entregada desde el arranque y cada minuto durante toda la prueba#
<# Medir la columna en la ;ucción al iniciar la prueba (ltura desde la l+nea de centro del eyector 5asta el nivel del tanque en la succión)# =# Ensayar la prueba durante 4 minutos# -@#Medir y anotar los niveles del agua al %inal del per+odo de ensayo# Aara dic5a prueba la calibración del tanque es de - cm U -#4: litros (escala)# Nlu'o m*sico de vapor U Qcambio de nivel del depósito superior cambio de nivel del depósito in%erior#R -#4: Nlu'o m*sico de agua U cambio de nivel del depósito in%erior 7 -#4:
TABLA DE LECTURAS. Duración de la prueba en minutos# Aresión de vapor (man) bar Temperatura de vapor en C Fivel inicial del tanque de succión en cmU 1!cm Fivel %inal del tanque de succión en cmU 6cm Fivel inicial del tanque de descarga en cmU -cm Fivel %inal del tanque de descarga en cmU1-cm Temperatura de agua de succión C
!#18 @#6 -@< Di%erenciaU <#--8 ltKs
Di%erenciaU =#@-< ltKs -8
$ 1
Temperatura de agau de descarga C
-=
$ 2
ltura de succión inicial cm ltura de succión %inal cm Titulo de apor ^#
:1 << @#=
TABLA DE RESULTADOS. LTC
M kg ( )
M6 kg ( )
X
,.", 1
,., 1
".
s
1
s
h fg
$ s
k/ ) kg
C
!!)). '
1"*.* +
(
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B
C
.,"
".''
'."#
CUESTIONARIO. -# [3ué tipo de bombas de vacio son utili&adas en un condensador\
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 presión barométrica de :6@ torr# Condensadores de c5orros m/ltiples pueden tener un vacio del orden de :!: mm con respecto a una presión barométrica de :81 mm# Condensadores barométricos# pueden mantener un vacio de :-1 mm con respecto 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'an con 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 como el equipo usado para la pr*ctica no est* adecuadamente calibrado estos los valores no son los correctos# 6# ;i se utili&a aire en un eyector y pasa por un tubo de di*metro d y agua es succionada por otro conducto de di*metro D [Cómo var+an sus velocidades en un eyector\
El vacio de un eyector puede utili&arse como por e'emplo$ para elevar otro %luido igual o distinto$ que se me&cla con el que produce vacio# La %ig representa este caso
Aor el tubo de di*metro D circula un %luido$ por e'emplo aire comprimido$ su presión se controla con una v*lvula de estrangulamiento no indicada# Bracias a la depresión 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 la misma# Esta ca+da de presiones lo su%iciente grande para provocar que el nivel del tanque de succión empu'e el agua a la garganta del eyector#
CONCLUSIONES. En esta practica vimos el %uncionamiento del eyector como calentador y como bomba# Obtuvimos la calidad del vapor# El eyector puede acelerar o desacelerar una corriente# El eyector produce una depresión o vacio que puede ser utili&ado para 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# Miles Edit# everter ;#h
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN
LABORATORIO. LABORATORIO. MAQUINAS TÉRMICAS T ÉRMICAS PRACTICA *. “TORRE DE ENFRIAMIENTO”
ALUMNO: MÁRQUEZ SORIA GABRIEL
PROFESOR: JUAN DE LA CRUZ ERNANDEZ ZAMUDIO
SEMESTRE !"1#$I
TORRES DE ENFRIAMIENTO. ENFRIAMIENTO. Beneralidades de una torre de en%riamiento de tiro inducido tipo contracorriente Este tipo de torres de en%riamiento son instalaciones %ormadas por estructuras de metal$ madera o concreto0 dic5os dispositivos contienen di%erentes partes tales como ventiladores$ eliminadores de roc+o$ empaquetaduras$ v*lvulas$ etc#
El %uncionamiento de este tipo de torres es la siguiente ,La torre de en%riamiento recibe agua a una temperatura elevada y producen la evaporación de una parte de la misma$ devolviendo el resto el agua en%riada al circuito# El principio %+sico en el que se basa se denomina en%riamiento evaporativo$ que se logra al pasar una corriente 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 e vapora# Con el %in de conseguir la evaporación$ se crea una %uerte corriente de aire mediante el empleo de ventiladores que est*n instalados en la parte superior de la misma0 esta corriente de aire se dirige en dirección contraria a la del agua# El agua entra siempre por la parte superior y es distribuida de tal %orma que estable&ca el me'or contacto posible con el aire atmos%érico que asciende procedente de la parte in%erior de la torre# Aara lograr este e%ecto el agua se reparte uni%ormemente$ con ayuda generalmente de unos pulveri&adores$ sobre un arreglo de l*minas que aumenta el tiempo y la super%icie de contacto entre ambos %luidos0 este contacto conduce 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 de calor del agua 5acia el aire# ksta se produce debido a dos mecanismos, la transmisión de calor por convección y la trans%erencia de vapor desde el agua al aire por conducción$ con el consiguiente en%riamiento del agua debido a la evaporación# En la transmisión de calor por convección$ se produce un %lu'o de calor en dirección al aire que rodea el agua a causa de la di%erencia de temperaturas entre ambos %luidos# En la transmisión de calor por conducción$ el agua caliente y el aire se intercambian calor al entrar en contacto y como resultado se evapora una porción del agua debido a la di%erencia de presiones# Con el %in de evitar que se produ&can pérdidas de agua al arrastrarse gran cantidad de gotas por la corriente de aire$ se emplea un dispositivo denominado separador de gotas o 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 el agua que cae$ una ve& en%riada# En la bande'a se encuentra instalado un sensor de nivel$ con el que se regula el nivel del agua$ de tal %orma que permite la entrada
de agua de renovación a medida que se producen pérdidas en el circuito# Como ya se mencionó$ la torre es de tiro inducido y de %lu'o a contracorriente# El %lu'o a contracorriente signi%ica que el aire se mueve verticalmente a través del arreglo de l*minas$ de manera que los %lu'os de agua y de aire tienen la misma dirección pero sentido 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 altura de la entrada de aire# dem*s$ la elevada velocidad con laque entra el aire 5ace que 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 una gran pérdida de presión est*tica y en un aumento dela potencia de ventilación#
V092556 >=04527<56 0; 037=>. La venta'a que tiene este tipo de torre es que el agua m*s %r+a se pone en contacto con 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 muy especiales que la di%erencian de otras torres de tiro mec*nico# na de ellas es$ el motor de movimiento del e'e de los ventiladores est* ubicado %uera del sistema en si$ es decir$ no tiene contacto directo con la corriente de aire 5/medo que circula dentro de la misma$ protegiéndolo as+ de un corto circuito que se podr+a provocar por el ambiente 5/medo que se mantiene en el sistema# La empaquetadura que utili&a este tipo de torres est* disePada para que el *rea de contacto de aireagua sea m*s amplia$ bene%iciando as+ la trans%erencia de calor# Los eliminadores de roc+o que contienen este tipo de torres$ evita que gotas de 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 para el con%ort en recintos determinados o para el desarrollo de procesos industriales se impone la trans%erencia de esta %orma de energ+a que$ cuando no puede aprovec5arse como tal$ se 5a de tirar en sumideros que tradicionalmente se consideran como inocuos e inagotables, normalmente aire atmos%érico o los caudales 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 evidencia que la aparente sencille& y econom+a de utili&ar los sistemas de trans%erencia directa de calor sensible al aire$ adem*s de las limitaciones que imponga su temperatura tiene algunos inconvenientes y elevados costos asociados al consumo energético del proceso$ a las consiguientes emisiones de CO1 a la atmós%era y al posterior e%ecto invernadero$ entre otros# La utili&ación de sistemas de en%riamiento evaporativo reduce signi%icativamente estos e%ectos$ por lo que son altamente recomendables en instalaciones idóneas por la %orma y cantidad de
calor a disipar# esultan especialmente /tiles en procesos de en%riamiento donde se 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 niveles in%eriores a los 16 C en %unción de la temperatura 5/meda disponible y también traba'ar con %luidos recibidos a mayores temperaturas$ pró7imas a <6 C# ;e puede mencionar entre otras venta'as que tienen los sistemas evaporativos como son las torres de en%riamiento$ es la gran cantidad de agua limpia que se reintegra a la atmós%era como consecuencia de la evaporación# La utili&ación de torres de en%riamiento 5a venido a me'orar notablemente las condiciones ambientales que antes no se tomaban en cuenta$ con este sistema el agua caliente proveniente de un proceso industrial se recircula nuevamente en el interior de la torre$ evitando as+ verter esta agua a r+os$ lagos o mares como 5abitualmente se 5ac+a# Esta pr*ctica provocaba que las especies acu*ticas que viv+an en estos sumideros se e7tinguieran totalmente#
USO DE LA CARTA PSICOMÉTRICA. En una carta psicométrica se encuentran todas las propiedades del aire$ de las cuales las de mayor importancia son las siguientes, -# Temperatura de bulbo seco ( bs)# 1# Temperatura de bulbo 5/medo ( bh)# !# Temperatura de punto de roc+o ( pr ) 4# 2umedad relativa ( hr )# 6# 2umedad absoluta ( ha)# 8# Entalp+a (h)# :# olumen espec+%ico# Conociendo dos de cualquiera de estas propiedades del aire$ las otras pueden determinarse a partir de la carta#
1. TEMPERATURA DE BULBO SECO. En primer término$ tenemos la temperatura de bulbo seco# Como ya sabemos$ es la temperatura medida con un termómetro ordinario# Esta escala es la 5ori&ontal (abscisa)$ en la parte ba'a de la carta$ seg/n se muestra en la %igura -!#-1# Las l+neas que se e7tienden verticalmente$ desde la parte ba'a 5asta la parte alta de la carta$ se llaman l+neas de temperatura de bulbo seco constantes$ o simplemente l+neas de bulbo seco# ;on constantes porque cualquier punto a lo largo de una de estas l+neas$ corresponde a la misma temperatura de bulbo seco indicada en la escala de la parte ba'a
!. TEMPERATURA DE BULBO MEDO. Es la segunda propiedad del aire de nuestra carta psicométrica# Corresponde a la temperatura medida con un termómetro de bulbo 5/medo# Como ya se e7plicó en la sección anterior$ es la temperatura que resulta cuando se evapora el agua de la mec5a$ que cubre el bulbo de un termómetro ordinario# La escala de temperaturas de bulbo 5/medo$ es la que se encuentra del lado superior i&quierdo$ en la parte curva de la carta psicométrica$ como se muestra en la %igura -!#-!# Las l+neas de temperatura de bulbo 5/medo constantes o l+neas de bulbo 5/medo$ corren diagonalmente de i&quierda a derec5a y de arriba 5acia aba'o$ en un *ngulo de apro7imadamente !@o de la 5ori&ontal# También También se les dice constantes$ porque todos los puntos a lo largo de una de estas l+neas$ est*n a la misma temperatura de bulbo 5/medo#
'. TEMPERATURA DE PUNTO DE ROCO. Es otra propiedad de aire incluida en una carta psicométrica# Esta es la temperatura a la cual se condensar* la 5umedad sobre una super%icie# La escala para las temperaturas de punto de roc+o es idéntica que la escala para las temperaturas de bulbo 5/medo0 es decir$ es la misma escala para ambas propiedades# ;in embargo$ las l+neas de la temperatura de punto de roc+o$ corren 5ori&ontalmente de i&quierda a derec5a$ como se ilustra en 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$ corresponde a la temperatura de punto de roc+o sobre la escala$ en la l+nea curva de la carta#
#. UMEDAD RELATIVA. En una carta psicométrica completa$ las l+neas de 5umedad relativa constante$ son las l+neas curvas que se e7tienden 5acia arriba y 5acia la derec5a# ;e e7presan siempre en porciento$ y este valor se indica sobre cada l+nea# Como ya 5icimos notar previamente$ la temperatura de bulbo 5/medo y 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 de bulbo 5/medo y el punto de roc+o$ son la misma$ es en condiciones de saturación0 esta l+nea curva e7terior$ representa una condición de saturación o del -@@ de 5umedad relativa# Aor lo tanto$ la l+nea de -@@ de hr $ es la misma que la escala de 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 la derec5a$ como se ilustra en la %igura -!#-6#
). UMEDAD ABSOLUTA. La 5umedad absoluta$ es el peso real de vapor de agua en el aire# También También se le conoce c onoce como 5umedad espec+%ica# es pec+%ica# La escala de la 5umedad absoluta$ es la escala vertical (ordenada) que se encuentra al lado derec5o de la carta psicométrica$ como se indica en la %igura -!#-8# Los valores de esta propiedad se e7presan$ como ya sabemos$ en gramos de 5umedad por "ilogramo de aire seco (gK"g)$ en el sistema internacional$ y en granos 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 de punto de roc+o y coinciden con éstas# s+ pues$ podemos ver que la cantidad de 5umedad en el aire$ depende del punto de roc+o del aire#
*.
ENTALPA. Las l+neas de entalp+a constantes en una carta psicométrica$ son las que se muestran en la %igura -!#-<# Debe notarse que estas l+neas$ son meramente e7tensiones de las l+neas de bulbo 5/medo0 puesto que el calor total del aire$ depende de la temperatura de bulbo 5/medo# La escala del lado i&quierdo le'ana a la l+nea curva$ da el calor total del aire en "HK"g ("ilo'oules por "ilogramo) de aire seco$ en el sistema internacional o en mbtuKlb de aire seco$ en el sistema inglés# Esta escala aumenta de 8 "HK"g a la temperatura de -@oC de bulbo 5/medo$ 5asta apro7imadamente --6 "HK"g a !!oC de bulbo 5/medo#
+. VOLUMEN ESPECFICO. En la %igura -!#-=$ se muestran las l+neas del volumen espec+%ico constante en una carta psicométrica# Estas l+neas est*n en un
*ngulo apro7imado de 8@o con la 5ori&ontal$ y van aumentando de valor de i&quierda a derec5a# Aor lo general$ el espacio entre cada l+nea$ representa un cambio de volumen espec+%ico de @#@6 mK"g# Cualquier punto que caiga entre dos de estas l+neas$ naturalmente debe ser un valor estimado# ;i se desea saber la densidad 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 volumen especi%ico y viceversa# Debido a que la mayor+a de los c*lculos en traba'os de aire acondicionado$ se basan en el peso del aire en lugar del volumen de aire$ se recomienda 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 propiedades descritas$ ocupando la misma posición relativa sobre la carta# En la descripción de cada una de las siete propiedades$ se de%inió la l+nea constante como una l+nea que puede contener un n/mero in%inito de puntos$ cada uno a la misma condición0 esto es$ si %uésemos a tra&ar una sola condición del aire$ tal como la temperatura del bulbo seco sobre la carta psicométrica$ ésta podr+a caer en cualquier punto sobre la l+nea constante$ correspondiente a esa temperatura de bulbo seco#
Aero a5ora$ en la carta psicométrica compuesta$ tenemos un n/mero de l+neas que se cru&an una con otra0 as+ que si tra&amos un punto sobre una l+nea de bulbo seco constante$ este punto también corresponder* a di%erentes valores sobre las l+neas constantes para la temperatura de bulbo 5/medo$ punto de roc+o$ 5umedad relativa$ volumen espec+%ico$ 5umedad espec+%ica y entalp+a# ;uponiendo que dos de cualquiera de estas l+neas constantes se cru&aran en un punto com/n sobre la carta$ podremos tra&ar ese punto e7actamente$ si conocemos dos de cualquiera de esas propiedades del aire# partir de este punto$ podemos entonces movernos a 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 al problema 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
m*s r*pido$ y el grado de precisión es su%icientemente cercano para %ines pr*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$ se dispondr* de una gran super%icie para el contacto de aguaaire# Auesto que la inter%ase aguaaire es también la super%icie de trans%erencia de calor$ el uso de la boquilla permite alcan&ar buenos niveles de e%iciencia por pie c/bico de aparato de contacto# La %unción del empaque es aumentar la super%icie disponible en la torre ya sea distribuyendo el l+quido sobre una gran super%icie o retardando la ca+da de las gotas a través del aparato# En la torre de en%riamiento$ debido a los requerimientos de grandes vol/menes de aire y pequePas ca+das de presión permitidas$ es costumbre usar largueros de madera de sección rectangular o triangular$ que de'an la torre sustancialmente sin obstruir# El empaque$ es casi e7clusivamente %abricado en cualquiera de las dos %ormas y su propósito es interrumpir el descenso del l+quido#
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN
LABORATORIO. MAQUINAS TÉRMICAS
PRACTICA +. “AIRE ACONDICIONADO”
ALUMNO: MÁRQUEZ SORIA GABRIEL
PROFESOR: JUAN DE LA CRUZ ERNANDEZ ZAMUDIO
SEMESTRE !"1#$I
PROCESOS PSICOMÉTRICOS.
Los procesos psicométricos m*s importantes son, -# Nlu'o de aire sobre una super%icie seca y m*s caliente que el aire (calentamiento)# 1# Nlu'o de aire sobre una super%icie seca y m*s %r+a que el aire (en%riamiento)# !# 2umidi%icación# 4# Des5umidi%icación# 6# Aroceso de en%riamiento y des5umidi%icación# 8# Aroceso de en%riamiento y 5umidi%icación# :# Aroceso de calentamiento y des5umidi%ic*ción# <# Aroceso de calentamiento y 5umidi%icación#
FLUJO DE AIRE SOBRE UNA SUPERFICIE SECA & MAS CALIENTE QUE EL AIRE. En este proceso cambian todas las propiedades del aire 5/medo e7cepto la 5umedad espec+%ica# Tal proceso puede ocurrir cuando se 5ace pasar aire 5/medo por una super%icie caliente (resistencia)# La %igura muestra un esquema para el proceso#
9alance de masa ire ma-Uma1Uma gua mS-UmS1 9alance de energ+a# ma- 5a- W mS-5S-W-31 U ma1 5a1 W mS15S1 31U (ma1 5a1 W mS15S1) ( ma- 5a- W mS-5S-)
-
Dividiendo entre m a 31KmaU ( 5a1 W S15S1) ( 5a- W S-5S-)
-
31U (51 5-) ma ##(-)
-
Aor otra parte tenemos que -31 tiene que ser igual a el calor disipado por la resistencia eléctrica#
FLUJO DE AIRE SOBRE UNA SUPERFICIE SECA & MAS FRA QUE EL AIRE. El aire ba'a su temperatura en este proceso# ;e supone que la temperatura de bulbo seco de la super%icie tiene un valor no menor que la temperatura de roc+o# Aor lo tanto$ la 5umedad especi%ica se mantiene constante# no se llegara a la condensación#
UMIDIFICACIÓN. La 5umidi%icación es el proceso mediante el cual se aumentan la 5umedad especi%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$ es necesario agregar calor de otra %uente#
DESUMIDIFICACION. La des5umidi%icacion es necesaria muy a menudo en procesos de aire acondicionado o en procesos industriales# La 5umedad puede removerse por absorción en l+quidos o en sólidos o en%riando por deba'o del punto de roc+o# El proceso se lleva a cabo en%riando 5asta el punto de roc+o$ después$ 5asta condensar 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.
PROCESO DE ENFRIAMIENTO & DESUMIDIFICACION. ;i el aire 5/medo pasa a través de una super%icie cuya temperatura sea 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- mS1 dividiendo entre m a mS!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 m a 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 del re%rigerante$ es decir# 31 U mr (5r- 5r1) ##(4)
-
Las entalpias adecuado del re%rigerante se puede leer en un diagrama adecuado con el au7ilio de las presiones y temperaturas del evaporador#
PROCESO DE ENFRIAMIENTO & UMIDIFICACION.
;iempre el aire no saturado pasa a través de un aspersor de agua$ la 5umedad especi%ica aumenta y la temperatura de bulbo seco ba'a# Esto constituye el proceso de saturación adiab*tico# El bulbo 5/medo del aire esta representado por el punto C# el aire saldr* a esta temperatura siempre que e7ista un buen contacto aireagua#
También puede suceder que el agua este a una temperatura menor que la del bulbo 5/medo pero mayor que el punto de roc+o$ en cuyo caso$ el proceso do muestra la l+nea ad$ y se en%r+a y 5umidi%ica simult*neamente# El aspersor de agua tendr* 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 5aciendo pasar el aire por un absorbente solido a a través de un liquido absorbente# En ambos casos$ el absorbente tendr* una presión de vapor de agua menor que la del aire#
PROCESOS DE CALENTAMIENTO & UMIDIFICACION. Cuando el aire pasa a través de un calentador y un rociador el aire se calienta y 5umidi%ica$ la %igura muestra esquem*ticamente un dispositivo para calentamiento y 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 m a 31 K maW 5a- W mS-5S- W (S1 S-)5S! U 5a1 W S15S1
-
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 la entrada y salida para determinar el estado del aire# -
El %lu'o volumétrico de aire se mide mediante una placa de ori%icio y se suministra gra%ico de calibración#
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN
LABORATORIO. MAQUINAS TÉRMICAS
PRACTICA ,. “COMPRESOR”
ALUMNO: MÁRQUEZ SORIA GABRIEL
PROFESOR: JUAN DE LA CRUZ ERNANDEZ ZAMUDIO
SEMESTRE !"1#$I
COMPRESOR. Compresión del aire y de los gases Traba'o del compresor real Di%iere considerablemente del ideal$ y el compresor real requiere e%ectuar un traba'o m*s grande que el del teórico# La di%erencia es debida a las perdidas de bombeo de aspiración y descarga 0 a los torbellinos que se %orman 0 los ro&amientos$ %ugas$ transmisión de calor0 a la resistencia o%recida al caudal de %luid por el interre%rigerado#
En la %igura siguiente aparece un diagrama combinado de indicador en el cual se sePala las di%erencias entre los traba'aos ideales y real por el medio de &onas sombreadas# 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'a presión# Cuando se sacan en el compresor$ ambos diagramas son apro7imadamente 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 punto muerto e7tremo# La succión entre el espacio per'udicial y el despla&amiento del embolo$ e7presada en porcenta'e$ se denomina porcenta'e de 5uelgo# En los compresores de embolo el espacio per'udicial permite que el aire comprimido y contenido en dic5o espacio se ree7pancione durante el periodo de aspiración 5asta un cierto punto #
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 su adaptación y %acilidad de transporte en comparación con el vapor de agua# na importante aplicación es el accionamiento de taladros$ martillos$ c5orros de arena$ controles$ pulveri&adores y bombas# La compresión de aire constituye un %actor capital en el %uncionamiento de los motores de combustión interna y turbinas de gas#
CLASIFICACIÓN DE LOS COMPRESORES. l clasi%icarse seg/n el indicio constructivo los compresores volumétricos se subdividen 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 de gas 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 el cual se introduce el gas en el cilindro por las v*lvulas de entrada$ se retiene y comprime en el cilindro y sale por las v*lvulas de descarga$ en contra de la presión de descarga# Estos compresores rara ve& se emplean como unidades
individuales$ salvo que el proceso requiera %uncionamiento intermitente# Aor e'emplo$ si 5ay que regenerar un catali&ador cada dos o tres meses o se tiene un suministro de reserva en otra %uente$ esto dar+a tiempo para reparar o reempla&ar las v*lvulas o anillos de los pistones$ si es necesario# Los compresores alternativos 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 con sus asientos y entre la empaquetadura y la biela# Todas estas partes est*n su'etas a desgaste por %ricción# Los compresores alternativos pueden ser del tipo lubricado o sin lubricar# ;i el proceso lo permite$ es pre%erible tener un compresor lubricado$ porque las pie&as durar*n m*s# 2ay que tener cuidado de no lubricar en e7ceso$ porque la carboni&ación del aceite en las v*lvulas puede ocasionar ad5erencias y sobrecalentamiento# dem*s$ los tubos de descarga saturados con aceite son un riesgo potencia de incendio$ por lo que se debe colocar corriente aba'o un separador para eliminar el aceite# Los problemas m*s grandes en los compresores con cilindros lubricados son la suciedad y la 5umedad$ pues destruyen la pel+cula de aceite dentro del cilindro# La me'or %orma de evitar la mugre es utili&ar coladores temporales en la succión para tener un sistema limpio al arranque# La 5umedad y los condensables que llegan 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 gas 5/medo$ 5abr* que pensar en camisas de vapor o precalentamiento del gas de admisión$ corriente aba'o del separador# En los compresores sin lubricación$ la mugre suele ser el problema m*s serio$ y 5ay otros problemas que puede ocasionar el gas en s+# Aor e'emplo$ un gas absolutamente seco puede ocasionar un severo desgaste de los anillos0 en este caso$ 5ay que consultar con el %abricante$ pues constantemente se obtienen nuevos datos de pruebas# En los compresores no lubricados$ los anillos del pistón y de desgaste se suelen 5acer con materiales rellenos con te%lón$ bronce$ vidrio o carbón$ 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 del mismo desgaste que los anillos del pistón# Las %ugas por la empaquetadura se deben enviar a un sistema de quemador o devolverlas a la succión# Los compresores lubricados pueden necesitar tubos separados para lubricar la empaquetadura$ aunque en los cilindros de di*metro pequePo qui&* no se requieran# Las empaquetadoras de te%lón sin lubricación suelen necesitar en%riamiento por agua$ porque su conductividad térmica es muy ba'a# ;i se mane'an gases a temperaturas in%eriores a .O.N$ el %abricante debe calcular la cantidad de precalentamiento del gas mediante recirculación interna# Esto signi%ica que se necesitar* un cilindro un poco m*s grande para mover el mismo peso de %lu'o#
Los compresores alternativos deben tener$ de pre%erencia motores de ba'a velocidad$ de acoplamiento directo$ en especial si son de m*s de !@@ 2A0 suelen ser de velocidad constante# El control de la velocidad se logra mediante v*lvulas descargadoras$ y estas deben ser del tipo de abatimiento de la placa de v*lvula o del tipo de descargador con tapón o mac5o# Los descargadores que levantan toda la v*lvula de su asiento pueden crear problemas de sellamiento# La descarga puede ser autom*tica o manual# Los pasos normales de descarga son @-@@$ @ 6@-@@$ o 168@:6-@@ y se pueden obtener pasos intermedios con ca'as de espacio muerto o botellas de despe'o0 pero$ no se deben utili&ar estas ca'as si puede 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 de compresión (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 compresión en una sola etapa# Compresores de varias etapas cuando el proceso de compresión se reali&a en mas de una etapa por e'emplo una etapa de ba'a presión y una etapa de alta presión#
SEGN LA DISPOSICIÓN DE LOS CILINDROS SE CLASIFICAN EN: V04275;06 $ >47>925;06 Los compresores alternativos abarcan desde una capacidad muy pequePa 5asta unos !#@@@ 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 gasto m*s bien ba'o$ se necesitan los alternativos# El n/mero de etapas o cilindros se debe seleccionar con relación a las temperaturas de descarga$ tamaPo disponible para los cilindros y carga en el cuerpo o biela del compresor# Los tamaPos m*s bien pequePos$ 5asta de unos -@@ 2A$ pueden tener cilindros de acción sencilla$ en%riamiento con aire$ y se puede permitir que los vapores del
aceite en el depósito (c*rter) se me&clen con el aire o gas comprimidos# Estos tipos sólo son deseables en disePos especiales modi%icados# Los tipos pequePos para procesos$ de un cilindro y 16 o 1@@ 2A$ tienen en%riamiento por agua$ pistón de doble acción$ prensaestopas separado que permite %ugas controladas y pueden ser de tipo no lubricado$ en el cual el lubricante no toca el aire o gas comprimido# ;e utili&an para aire para instrumentos o en aplicaciones pequePas para gas de proceso# Los compresores m*s grandes para aire o gas son de dos o m*s cilindros# En casi todas las instalaciones$ los cilindros se disponen en %orma 5ori&ontal y en serie$ de modo que presenten dos o m*s etapas de compresión# El n/mero de etapas de compresión depende$ en gran parte de la elevación de temperatura en una etapa$ que suele estar limitada a unos 16@>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*lvulas de compresor$ que suelen ser para menos de -#@@@ psi# La relación o ra&ón total de compresión se determina para tener una idea inicial apro7imada del n/mero de etapas# ;i la relación es muy alta$ entre !#@ y !#6 para una sola etapa$ entonces la ra+& cuadrada de la relación total ser* igual a la relación por etapa para las dos etapas$ a la ra+& c/bica para tres etapas$ etc# Las presiones inter etapas y la relación por etapa reales se modi%icar*n después de tener 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 través de un émbolo de movimientos rectil+neo y se utili&an para el accionamiento de 5erramientas neum*ticas (8 a : "gKcm1)$ instalaciones %rigor+%icas de amon+aco (5asta -1 "gKcm1)$ abastecimiento de gas a distancia (5asta 4@ "gKcm1)$ licuación del aire (5asta 1@@ "gKcm1)$ locomotoras de aire comprimido (5asta 116"gKcm1) e 5idrogenación 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 de paletas# Los ventiladores son compresores centr+%ugos de ba'a presión con una rueda de paletas de poca velocidad peri%érica (de -@ a 6@@ mm de columna de agua0 tipos especiales 5asta -@@@ mm)# Las m*quinas soplantes rotativas son compresores centr+%ugos de gran velocidad tangencial (-1@ a !@@ mKseg#) y una relación de presiones por escalón p1Kp- U -$- a -$:# Montando en serie 5asta -1 ó -! rotores en una ca'a puede alcan&arse una presión %inal de -1"gKcm1$ comprimiendo aire con re%rigeración repetida#
COMPRESORES DE PALETAS DESLIZANTES. Este tipo de compresores consiste b*sicamente de una cavidad cil+ndrica dentro de la cual esta ubicado en %orma e7céntrica un rotor con ranuras pro%undas$ unas paletas rectangulares se desli&an libremente dentro de las ranuras de %orma que al girar el rotor la %uer&a centri%uga empu'a las paletas contra la pared del cilindro# El gas al entrar$ es atrapado en los espacios que %orman las paletas y la pared de la cavidad cil+ndrica es comprimidad al disminuir el volumen de estos espacios durante la rotación#
COMPRESORES DE PISTÓN LQUIDO. El compresor rotatorio de pistón de liquido es una maquina con rotor de aletas m/ltiple girando en una ca'a que no es redonda# La ca'a se llena$ en parte de agua y a medida que el rotor da vueltas$ lleva el l+quido con las paletas %ormando una serie de bolsas# Como el liquido$ alternamente sale y vuelve a las bolsas entre las paletas (dos veces por cada revolución)# medida que el l+quido sale de la bolsa la 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 que traba'an con dos rotores acoplados$ montados sobre e'es paralelos$ para una misma etapa de compresión# na m*quina de este tipo muy di%undida es el compresor de lóbulos mayor conocida como IootsI$ de gran ampliación como sobre alimentador de los motores diesel o sopladores de gases a presión moderada# Los rotores$ por lo general$ de dos o tres lóbulos est*n conectados mediante engrana'es e7teriores# El gas que entra al soplador queda atrapado entre los lóbulos y la carca&a0 con el movimiento de los rotores de la m*quina$ por donde 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 a7ial con el uso de lóbulos en espira a la manera de un tornillo sin %in# coplando dos
rotores de este tipo$ uno conve7o y otro cóncavo$ y 5aciéndolos girar en sentidos opuestos se logra despla&ar el gas$ paralelamente a los dos e'es$ entre los lóbulos y la carca&a# Las revoluciones sucesivas de los lóbulos reducen progresivamente el volumen de gas atrapado y por consiguiente su presión$ el gas as+ comprimido es %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 abren o 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 de v*lvula cerrada$ ; la sección de pasa'e de gas y pT la presión del suministro abastecido 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 de v*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> de ordenada p U pT W NK;0 y sigue aumentando 5asta un m*7imo para luego decrecer 5asta la presión de descarga pT U p! # Cuando se e7pande el gas que quedó encerrado en el espacio nocivo y se llega al punto 4 del ciclo$ ocurre algo parecido# ;i la presión e7terior es pe $ la %uer&a de
los resortes es N y se llama ; a la sección de pasa'e de gas$ la v*lvula de admisión 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% $ por lo 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$ la presión asciende 5asta el %inal de la aspiración# l llegar el pistón al A#M#.# subsiste en 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 la carrera de compresión se cierra la v*lvula y la presión se iguala a la presión pdel e7terior#
La parte 4-> del diagrama del ciclo es %recuente$ también$ que tenga %orma ondulada 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 una evolución politrópica de +ndice n constante$ en la realidad se presentan algunas di%erencias#
Cuando el gas$ supuesto %r+o$ entra al cilindro cuyas paredes est*n a mayor temperatura$ 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 al comprimirse 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 gas supere 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 de calor# Aor estos motivos$ el ciclo real del compresor ve modi%icado su diagrama con respecto al ciclo teórico$ que dando con la %orma indicada en la Nig# 1#-- (se 5an e7agerado los apartamientos del diagrama del ciclo teórico)# El diagrama de la Nig# 1#-- se llama Idiagrama indicadoI y el *rea encerrada representa el Itraba'o indicadoI$ ]. $ del cilindro# sando instrumental adecuado se puede 5allar el diagrama indicado directamente de la operación del compresor#
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN
LABORATORIO. MAQUINAS TÉRMICAS
PRACTICA . “MOTOR DE COMBUSTION INTERNA”
ALUMNO: MÁRQUEZ SORIA GABRIEL
PROFESOR: JUAN DE LA CRUZ ERNANDEZ ZAMUDIO
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 gasolina convencional 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 proceso de admisión una me&cla de aire y combustible en una proporción determinada como se puede ver en el esquema# Durante esta carrera de admisión el pistón se despla&a desde su punto muerto superior 5asta su punto muerto in%erior$ mientras la v*lvula de admisión permanece abierta# na ve& terminado este proceso de llenado se comprime la me&cla de aire y combustible como se observa en el diagrama$ despla&ando el pistón desde su punto muerto in%erior 5asta su punto muerto superior# En esta carrera de compresión permanecen cerradas las v*lvulas de admisión y de escape# Terminando este proceso se reali&a la combustión de la me&cla airecombustible mediante la acción de una bu'+a$ increment*ndose por ende la presión y la temperatura de la me&cla# Mientas el volumen permanece esencialmente constante en su valor m+nimo# Como consecuencia de esta combustión$ el pistón es al&ado desde su punto muerto superior 5asta y punto muerto in%erior como se observa en el diagrama# Durante esta carrera de e7pansión las v*lvulas de admisión y escape permanecen cerradas al llegar el
pistón a su punto muerto in%erior la v*lvula de escape se abre $ inici*ndose asi el proceso de carrera de escape en los productos de combustión son descargados del cilindro 5acia la atmos%era# De esta manera el cigePal gira :1@ o dos revoluciones para completar los cuatro procesos previamente descritos de admisión compresión e7pansión y escape#
MOTOR DE DOS TIEMPOS. di%erencia del motor de cuatro tiempos el motor de dos tiempos reali&a la misma secuencia de procesos en los una vuelta de giro del cigePal$ esto es !8@ de rotación# En la %igura se muestra un disePo de procesos de e7pansión# ntes que el pistón alcance su punto muerto in%erior$ las lumbreras o puertos de escape en el cilindro son descubiertos por este$ inici*ndose as+ el proceso de escape como se observa en la otra %igura# Continuando el pistón en su carrera descendente$ las lumbreras o puertos de admisión son también descubiertos y se introducen en el cilindro un %lu'o de me&cla airecombustible# Durante este intervalo de tiempo en que ambas lumbres permanecen abiertas se lleva a cabo el proceso de barrido$ en que los residuos de gases de combustión son e7pulsados a la atmos%era#
Comparado con otros dispositivos que usamos d+a a d+a$ pareciera que los motores de los autos no 5an cambiado muc5o# Mientras que la tecnolog+a en los sistemas de comunicación 5a dado pasos agigantados$ los propulsores usan el mismo principio b*sico, la combustión de aire y gasolina se usa para crear una %uer&a rotacional$ que ayuda a mover el ve5+culo# Los propulsores modernos 5an evolucionado grandemente para cumplir con la potencia y e%iciencia que los conductores demandan#
1. LOS MOTORES MODERNOS SON MÁS EFICIENTES. n motor vie'o no es realmente e%iciente# De toda la energ+a qu+mica en la gasolina$ sólo el -6 se convierte en potencia mec*nica que 5ace que se mueva el auto# Los motores modernos tienen diversas tecnolog+as que los 5acen ser m*s e%icientes# Aor e'emplo$ la inyección directa$ consiste en introducir la gasolina a presión dentro del cilindro$ esto me'ora el desempePo en un -1 porque el combustible se quema de manera e%ica&# Los turbo cargadores$ los cuales usan los gases del sistema de escape$ comprimen la me&cla y la manda a los cilindros# Con un me'or aire comprimido y gasolina se obtiene una me'or e7plosión# Las v*lvulas de distribución variable y la desactivación de cilindros son tecnolog+as que permiten al propulsor$ usar sólo el combustible que necesita#
!. LOS MOTORES MODERNOS SON MÁS RÁPIDOS. los usuarios les preocupa el a5orro de gasolina$ pero al mismo tiempo les preocupa la potencia del motor# Los autos de 5oy con todo los accesorios y
caracter+sticas de seguridad que poseen son relativamente pesados# Los motores tienen que lastrar con todo eso y en algunos casos mover cargas pesadas a altas velocidades#
/n con su incrementada e%iciencia$ los motores de 5oy son m*s poderosos que sus predecesores# Aor e'emplo en -=
'. LOS MOTORES MODERNOS SON MÁS PEQUEKOS. Dado que los autos modernos otorgan m*s potencia que los vie'os$ uno podr+a esperar que sean m*s grandes# Aero si observas el e'emplo del C5evrolet Malibu$ notar*s que con%orme la potencia es incrementada$ el tamaPo del motor es reducido#
La incre+ble reducción de los motores$ tiene que ver con el ob'eto de me'orar su e%iciencia# Los %abricantes automotrices 5an aprendido$ que no necesita 5acer el motor m*s grande para obtener la potencia que el consumidor desea# ;ólo necesita 5acer que el propulsor traba'e inteligentemente# La misma tecnolog+a que ayuda a las m*quinas modernas a desempeParse de manera óptima$ 5ace también que éstos generen mayor %uer&a sin la necesidad de ser m*s grandes# El me'or e'emplo de esto son las pic" ups Nord N;eries$ las cuales son las m*s vendidas en E# La Nord N-6@ 1@-- demuestra que un motor pequePo puede 5acer el mismo traba'o que uno grande# Esta camioneta se comerciali&a con un propulsor opcional de !#6 L 8 que otorga !86 2p$ mientras que 5ay otra versión con uno de 6#@ L < que genera !8@ 2p# En este caso el motor es diminuto$ de menor cilindrada y ligeramente con mayor potencia# El 5ec5o de que una m*quina 8 compita con un < es realmente impresionante# Dado que los consumidores reclaman mayor econom+a de combustible$ veremos propulsores m*s pequePos 5aciendo el traba'o que alguna ve& 5icieron los <#
#. LOS MOTORES MODERNOS TRABAJAN INTELIGENTEMENTE. na gran di%erencia entre un motor moderno y uno vie'o$ es que los actuales no traba'an tan arduamente# En un antiguo propulsor <$ los oc5o cilindros se disparaban$ no importa si estaba detenido o acelerando como pod+a# simismo$ los oc5os cilindros recib+an la misma cantidad de combustible$ sin importar la carga de traba'o que estuviera reali&ando#
Los motores de 5oy tienen la tecnolog+a que los 5ace traba'ar inteligentemente# La desactivación de los cilindros es un sistema que permite que algunos cilindros se apaguen cuando no son requeridos$ por e'emplo en el tiempo que est* detenido en el sem*%oro o cuando lleva velocidad de crucero en carretera# En el momento que se necesita mayor potencia$ éstos se despiertan y ayudan# La desactivación de cilindros colaboran a que los motores sean m*s e%icientes$ dado que sólo usa el combustible que se llega a e7igir y e7tiende el es%uer&o en el tiempo que se solicite#
Las v*lvulas de distribución variable es otra tecnolog+a que ayuda a que un motor traba'e de manera inteligente# ;in este sistema$ las v*lvulas del motor se abren por igual cantidad tiempo y distancia$ no importando qué tan duro el propulsor est* traba'ando# Esto desperdicia el combustible# Con la apertura variable de v*lvulas$ éstas se abren de manera optimi&ada$ de acuerdo con el tipo de traba'o que la m*quina esté 5aciendo# Esto ayuda que el motor use menos gasolina y %uncione inteligentemente#
). LOS MOTORES MODERNOS TIENEN ALIADOS. Los motores de 5oy no sólo tienen so%isticados logros tecnológicos$ est*n aliados con otros componentes que les ayudan 5acer me'or su traba'o# na transmisión de cuatro o cinco velocidades sol+a ser ultramoderna$ pero actualmente los propulsores est*n asociados con ca'as de cambio de siete u oc5o marc5as# Entre m*s velocidades tenga una transmisión$ podr* engranarse me'or con la potencia del motor$ 5aciendo que todo el tren motri& corra e%icientemente# O si oc5o velocidades no son su%icientes$ las m*quinas modernas est*n ligadas a ca'as CT (Continuously ariable Transmissions)# kstas tienen un in%inito n/mero de proporción de cambios$ esto permite que transmitan la potencia del motor a las ruedas de la me'or manera posible#
En autos 5+bridos$ los motores modernos reciben ayuda de propulsores eléctricos impulsados por paquetes de bater+as# Entre tanto un motor eléctrico puede impulsar un auto a ba'as velocidades$ o correr accesorios cuando el ve5+culo est* detenido$ también ayuda a otorgar una potencia e7tra cuando es necesario$ por e'emplo en el momento que el auto est* acelerando a %ondo# Tener un propulsor eléctrico como respaldo$ ayudar* que el de gasolina pueda ser m*s pequePo y menos poderoso$ lo que a5orra combustible#
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN
LABORATORIO. MAQUINAS TÉRMICAS
PRACTICA 1". “REFRIGERACIÓN”
ALUMNO: MÁRQUEZ SORIA GABRIEL
PROFESOR: JUAN DE LA CRUZ ERNANDEZ ZAMUDIO
SEMESTRE !"1#$I
CICLO DE CARNOT INVERSO. El ciclo de Carnot es totalmente reversible$ permitiendo que los cuatro procesos que comprenden el ciclo puedan invertirse# El resultado es un ciclo que opera en
dirección contraria a las manecillas del relo'$ que se llama ciclo invertido de Carnot# n re%rigerador o bomba de calor que opera en este ciclo recibe el nombre de re%rigerador o bomba de calor de Carnot# unque en la pr*ctica no es utili&ado por ra&ones que mas adelante se e7pondr*n$ sirve de re%erencia para evaluar el desempePo de un dispositivo real que traba'e ba'o las mismas condiciones de temperatura#
Considere un ciclo de Carnot invertido e'ecutado dentro de la campana de saturación de un re%rigerante$ como el que se muestra en la %igura (1#-a) -1 ;e trans%iere (absorción) calor reversiblemente desde la región %r+a TL$ de %orma isoterma donde el re%rigerante e7perimenta cambios de %ase# 1! ;e comprime el re%rigerante isoentrópicamente$ 5asta que alcan&a la temperatura m*7ima T2# !4 ;e trans%iere calor reversiblemente a la región caliente a T2$ de %orma isoterma$ donde el re%rigerante e7perimenta cambios de %ase (vapor a l+quido)# 4- ;e e7pande el re%rigerante isoentrópicamente 5asta$ alcan&ar la temperatura m+nima TL# Los inconvenientes de un ciclo de re%rigeración de Carnot como modelo de dispositivo pr*ctico radican en los procesos de compresión y e7pansión# En general debe evitarse comprimir una me&cla 5/meda por el daPo de las presencias de pequePas gotas liquidas puedan causar al compresor (caso an*logo de las turbinas de vapor)# La e7pansión con una turbina ba'o condiciones similares a la ya descrita es igual de per'udicial$ la restricción a las condiciones de saturación limita la capacidad de absorber calor# Las modi%icaciones para evitar estos dos tipos de problemas in5erentes al ciclo de Carnot conducen en la pr*ctica al ciclo de re%rigeración por compresión de vapor# Ciclo de re%rigeración por la compresión de un vapor
Este ciclo aprovec5a la entalpia de trans%ormación de las sustancias al cambiar de %ase l+quida a %ase de vapor# En la %igura podemos ver las partes que componen un re%rigerador sencillo, el evaporador$ lo que corresponde al congelador o 5ielera en un re%rigerador doméstico0 el condensadoren%riador$ que es un serpent+n con tubos con aletas ubicado en la parte posterior0 el compresor que es un aparato cil+ndrico que se ubica normalmente en la parte in%erior de re%rigerador y la v*lvula de e7pansión que es un tubo capilar#
El diagrama que representa los cuatro elementos mencionados con anterioridad y que con%orman el ciclo es,
EL CICLO PRACTICO DE COMPRESIÓN DE VAPOR El ciclo pr*ctico se di%erencia del ciclo ideal en lo sig uiente# a) Debido al ro&amiento$ 5abr* una ligera ca+da de presión entre la descar ga del compresor y la entrada de la v*lvula de e7pansión b) El proceso de compresión no es isoentrópico# c) El vapor que salé del evaporador est* generalmente recalentado# d) El l+quido que sale del condensador est* generalmente suben%riado$ es decir$ por deba'o de# la temperatura de saturación correspondiente a su presión#
EMPLEO DE INTERCAMBIADOR DE CALOR. El l+quido caliente que sale del condensador puede en% riarse poniéndolo en comunicación térmica con el vapor %r+o que sale del evaporador# La disposición se muestra en la %igura
