Ciclo de Rankine El Ciclo de Rankine es un ciclo termodinámico que tiene como objetivo la conversión de calor en trabajo, constituyendo lo que se denomina un ciclo de potencia. Como cualquier otro ciclo de potencia, su eficiencia está acotada por la eficiencia termodinámica de un Ciclo de Carnot que operase entre los mismos focos térmicos (límite máximo que impone el Segundo Principio de la Termodinámica). Debe su nombre nombre a su desarrollador, el ingeniero y físicoescocés físicoescoc ésWilliam William John MacquornRankine.
El proceso del Ciclo El ciclo Rankine es un ciclo de potencia representativo del proceso termodinámico que tiene lugar en una central térmica de vapor. Utiliza un fluido de trabajo que alternativamente evapora y condensa, típicamente agua (si bien existen otros tipos de sustancias que pueden ser utilizados, como en los ciclos Rankine orgánicos). Mediante la quema de un combustible, el vapor de agua es producido en una caldera a alta presión pr esión para luego ser llevado a una turbina donde se expande para generar trabajo mecánico en su eje (este eje, solidariamente unido al de un generador eléctrico, es el que generará la electricidad en la central térmica). El vapor de baja presión que sale de la turbina se introduce en un condensador, equipo donde el vapor condensa y cambia al estado líquido (habitualmente el calor es evacuado mediante una corriente de refrigeración procedente del mar, de un río o de un lago). Posteriormente, una bomba se encarga de aumentar la presión del fluido en fase líquida para volver a introducirlo nuevamente en la caldera, cerrando de esta manera el ciclo. Existen algunas mejoras al ciclo descrito que permiten mejorar su eficiencia, como por ejemplo sobrecalentamiento del vapor a la entrada de la turbina, recalentamiento entre etapas de turbina o regeneración del agua de alimentación a caldera. Existen también centrales alimentadas mediante energía solar térmica (centrales termosolares), en cuyo caso cas o la caldera es sustituida s ustituida por un campo de colectores cilindrocilindro parabólicos o un sistema de helióstatos y torre. Además este tipo de centrales poseen un sistema de almacenamiento térmico, habitualmente de sales fundidas. El resto del ciclo, así como de los equipos que lo implementan, serían los mismos que se utilizan en una central térmica de vapor convencional.
Diagrama T-s del ciclo
El diagrama T-S de un ciclo de Rankine con vapor de alta presión sobrecalentado. El diagrama T-s de un ciclo Rankine ideal está formado por cuatro procesos: dos isoentrópicos y dos isóbaricos. La bomba y la turbina son los equipos que operan según procesos isoentrópicos (adiabáticos e internamente reversibles). La caldera y el condensador operan sin pérdidas de carga y por tanto sin caídas de presión. Los estados principales del ciclo quedan definidos por los números del 1 al 4 en el diagrama T-s (1: vapor sobrecalentado; 2: mezcla bifásica de título elevado o vapor húmedo; 3: líquido saturado; 4: líquido subenfriado). Los procesos que tenemos son los siguientes para el ciclo ideal (procesos internamente reversibles): Proceso 1-2: Expansión isoentrópica del fluido de trabajo en la turbina desde la presión de la caldera hasta la presión del condensador. Se realiza en una turbina de vapor y se genera potencia en el eje de la misma. Proceso 2-3: Transmisión de calor a presión constante desde el fluido de trabajo hacia el circuito de refrigeración, de forma que el fluido de trabajo alcanza el estado de líquido saturado. Se realiza en un condensador (intercambiador de calor), idealmente si n pérdidas de carga. Proceso 3-4: Compresión isoentrópica del fluido de trabajo en fase líquida mediante una bomba, lo cual implica un consumo de potencia. Se aumenta la presión del fluido de trabajo hasta el valor de presión en caldera. Proceso 4-1: Transmisión de calor hacia el fluido de trabajo a presión constante en la caldera. En un primer tramo del proceso el fluido de trabajo se calienta hasta la temperatura de saturación, luego tiene lugar el cambio de fase líquido-vapor y finalmente se obtiene vapor sobrecalentado. Este vapor sobrecalentado de alta presión es el utilizado por la turbina para generar la potencia del ciclo (la potencia neta del ciclo se obtiene realmente descontando la consumida por la bomba, pero ésta suele ser muy pequeña en comparación y suele despreciarse). despr eciarse). En un ciclo más realista que el ciclo Rankine ideal descrito, los procesos en la bomba y en la turbina no serían isoentrópicos y el condensador y la caldera presentarían pérdidas de carga. Todo ello generaría una reducción del rendimiento térmico del ciclo. El
rendi ient i entróp i de l t rbina, que representa el grado de a le jamiento de una turbina respecto al proceso ideal isoentrópico, jugar ía un papel pr inci pal en las desviaciones a l ciclo ideal y en la reducción del rendimient o. El rendimient o isoentrópico de la bomba y las pérdidas de carga en el condensador y la caldera tendr ían una inf luencia mucho menor sobre la reducción de rendimiento del ciclo. En las centrales térmicas de gas se utili a un ciclo "hermano" del ciclo R ank ine ideal: el ciclo Brayton ideal. Es te c iclo u tili a un f luido de traba jo que se manti ene en estado de gas durante todo el ciclo (no hay condensac ión). Además u tili a un compresor en lugar de una bomba (cons tructivamente suele ir so lidar iament e unida a la turbina de gas en un e je común); por otro lado, el equi po donde se produce la combustión no se denomina caldera sino cámara de combus tión o combustor. Los equ i pos utili ados en es tas instalaciones son más compac tos que los de las centrales térmicas de vapor y u tili an como combusti ble habitual el gas natural. F inalmente ambos ti pos de ciclos se integran en las centra les t érmicas de c iclo combinado, donde e l calor rechazado por e l ciclo Brayton (en su conf iguración más simple, apor tado por los gases ca lientes de la combustión que abandonan la turbina de gas) es u tilizado para alimentar el cicl o R ank ine (sustituyendo a la caldera).
Variabl Potencia térmica de entrada (energía por unidad de tiempo)
Cauda l másico (masa por un idad de tiempo) Potencia mecánica suministrada o absorb ida (energía por unidad de tiempo)
R endimiento térmico del ciclo (relación entre la pot encia generada por e ciclo y la po tencia térmica suministrada en la caldera, adimensional) ,
,
,
Ental pías específ icas de los estados pr inci pa les del ciclo
E uaci Cada una de las cuatro pr imeras ecuaciones se obtiene del balance de energía y del balance de masa para un vo lumen de control. La quinta ecuación descr i be la ef iciencia termodinámica o rendimiento térmico del ciclo y se def ine como la relación entre la potencia de sa lida con respec to a la pot encia térmica de entrada.
Se puede hacer un balance energético en el condensador y la caldera, lo que nos permite conocer los flujos masicos de refrigerante y gasto de combustible respectivamente, así como el balance entrópico para poder sacar la irreversibilidad del ciclo y energia perdida. Mejoras
del Ciclo Rankine
La idea para mejorar un ciclo rankine es aumentar el salto entálpico entre 1 y 2, es decir, el trabajo entregado a la turbina. Las mejoras que se realizan de forma habitual en centrales térmicas (tanto de carbón, como ciclos combinados o nucleares) son: 1. Reducción de la presión del condensador: En este procedimiento se disminuye automáticamente la temperatura del condensador otorgando un mayor trabajo a la turbina, una disminución del calor rechazado. La desventaja es que la humedad del vapor empieza a aumentar ocasionando erosión en los alabes de la turbina. 2. Aumentar la presión de la caldera para una temperatura fija: Al aumentar la presión aumenta la temperatura a la cual se añade calor aumentando el rendimiento de la turbina por ende la del ciclo. La desventaja es la humedad excesiva que aparece. 3. Sobrecalentar la temperatura de entrada de la turbina: se procede a recalentar el vapor a altas temperaturas para obtener un mayor trabajo de la turbina, tiene como ventaja que la humedad disminuye. Este aumento de la temperatura está limitado por los materiales a soportar altas temperaturas. 4. Recalentamientos intermedios del vapor, escalonando su expansión. Esto es, tener varias etapas de turbina, llevando a condiciones de sobrecalentamiento mediante recalendatores (MoistureSteamReheaters en el caso de centrales nucleares) y de economizador. Este escalonamiento de la expansión da lugar a los cuerpos de alta, media y baja presión de turbina. 5. Realizar extracciones de vapor en la turbina, calentando el agua de alimentación a la caldera, aumentando su entalpía. El número de extracciones no suele superar las 7, ya que no implicaría una mejora de rendimiento considerable frente a la complicación técnica que conllevan.
Ciclo Rankine regenerativo En esta variación se introduce un nuevo elemento al ciclo, un calentador abierto. Este elemento consiste en un intercambiador de calor por contacto directo en el cual se mezclan dos corrientes de agua para dar una corriente de temperatura intermedia. De las dos corrientes que entran al calentador una proviene de una extracción de vapor de la turbina y la otra del condensador (sufre la expansión total). Como las presiones en el calentador han de ser iguales, se añade una bomba después del condensador para igualar la presión de la parte del vapor que ha sufrido la expansión completa a la de la extracción. En esta variación del ciclo de Rankine, encontramos ventajas respecto al ciclo simple como un aumento del rendimiento y una reducción del aporte de calor a la caldera. Pero por otro lado también encontraremos inconvenientes como una reducción
de la potencia de la turbina y un aumento de la complejidad de la instalación, ya que añadiremos a la instalación una bomba más y un mezclador de flujos.
Central termoeléctrica Una central termoeléctrica o central térmica es una instalación empleada para la generación de energía eléctrica a partir de la energía liberada en forma de calor, normalmente mediante la combustión de combustibles fósiles como petróleo, gas natural o carbón. Este calor es empleado por un ciclo termodinámico convencional para mover un alternador y producir energía eléctrica. Contribuye al efecto invernadero, pues libera dióxido de carbono. Cuando el calor se obtiene mediante la fisión controlada de núcleos de uranio la central se llama central nuclear. Este tipo de central no contribuye al efecto invernadero, pero tiene el problema de los residuos radioactivos que han de ser guardados durante miles de años y la posibilidad de accidentes graves. Prácticamente todas las centrales eléctricas de carbón, nucleares, geotérmicas, de energía solar térmica o de combustión de biomasa, así como algunas centrales de gas natural son centrales termoeléctricas. El calor residual de una turbina de gas puede usarse para producir vapor y a su vez producir electricidad en lo que se conoce como un ciclo combinado lo cual mejora la eficiencia. Las centrales termoeléctricas no nucleares, particularmente las de combustibles fósiles se conocen también como centrales térmicas o centrales termoeléctricas convencionales. La primera central térmoeléctrica fue construida por Sigmund Schuckert en la ciudad de Ettal en Baviera y entró en funcionamiento en 1878. Las primeras centrales comerciales fueron Pearl Street Station en Nueva York y la Edison Electric Light Station, en Londres, que entraron en funcionamiento en 1882. Estas primeras centrales utilizaban motores de vapor de pistones. El desarrollo de la turbina de vapor permitió construir centrales más grandes y eficientes por lo que hacia 1905 la turbina de vapor había reemplazado completamente a los motores de vapor de pistones en las grandes centrales eléctricas.
Centrales termoeléctricas de ciclo convencional Se llaman centrales clásicas o de ciclo convencional a aquellas centrales térmicas que emplean la combustión del carbón, petróleo ( aceite) o gas natural para generar la energía eléctrica. Son consideradas las centrales más económicas y rentables, por lo que su utilización está muy extendida en el mundo económicamente avanzado y en el mundo en vías de desarrollo, a pesar de que estén siendo criticadas debido a su elevado impacto medioambiental. A continuación se muestra el diagrama de funcionamiento de una central térmica de carbón de ciclo convencional:
Diagrama
de u a central térmica de carbón de cicl convencional
1. Torre de refr igeración
10. Vá lvula de control de 19. Superca lentador gases
2. Bomba hidráulica
11.Turbina de vapor de a lta 20. Ventilador presión forzado
3. Línea (tr ifásica)
12. Desgas if icador
de
transmisión
4. Transformador ( tr ifásico) 13. Calentador 5. Generador (tr ifásico)
de
tiro
21. R ecalentador 22. Toma combustión
de
a ire
de
eléctr ico 14. Cinta transpor tadora de 23. Economizador carbón
6. Turbina de vapor de ba ja 15. Tolva de carbón presión
24. Preca lentador de a ire
7. Bomba de condensac ión
16. Pu lver izador de carbón
25. electrostático
Condensador 8. superf icie
17. Tambor de vapor
26. Ventilador inducido
de
9. Turbina de media presión 18. Tolva de cenizas
Preci pitador de
tiro
27. Chimenea de emisiones
Centrales termoeléctricas de ciclo combinado
En la actualidad se están construyendo numerosas centrales termoeléctricas de las denominadas de ciclo combinado, que son un tipo de central que utiliza gas natural, gasóleo o incluso carbón preparado como combustible para alimentar una turbina de gas. Luego los gases de escape de la turbina de gas todavía tienen una elevada temperatura, se utilizan para producir vapor que mueve una segunda turbina, esta vez de vapor. Cada una de estas turbinas está acoplada a su correspondiente alternador para generar energía eléctrica. Normalmente durante el proceso de partida de estas centrales solo funciona la turbina de gas; a este modo de operación se lo llama ciclo abierto. Si bien la mayoría de las centrales de este tipo pueden intercambiar el combustible (entre gas y diésel) incluso en funcionamiento. Como la diferencia de temperatura que se produce entre la combustión y los gases de escape es más alta que en el caso de una turbina de gas o una de vapor, se consiguen rendimientos muy superiores, del orden del 55%.
Componentes de na Planta Termica:
Torre de refrigeración Las Torres de refrigeración son estructuras para refrigerar agua y otros medios a temperaturas muy altas. El uso principal de grandes torres de refrigeración industriales es el de rebajar la temperatura del agua de refrigeración utilizada en plantas de energía, refinerías de petróleo, plantas petroquímicas, plantas de procesamiento de gas natural y otras instalaciones industriales.
Planta de energía de Didcot, Torres hiperbólicas de refrigeración húmedas de tiro natural.
Reino
Unido
Con relación al mecanismo utilizado para la transferencia de calor los principales tipos son: y
torres de refrigeración húmedas funcionan por el principio de evaporación, (ver
refrigerador inundado) y
torres de refrigeración secas funcionan por transmisión del calor a través de una
superficie que separa el fluido a refrigerar del aire ambiente. En una torre de refrigeración húmeda el agua caliente puede ser enfriada a una temperatura inferior a la del ambiente, si el aire es relativamente seco. (ver: Dewpoint). Con respecto al tiro del aire en la torre existen tres tipos de torres de refrigeración: y y
y
Tiro natural, que utiliza una chimenea alta. Tiro inducido, en el que el ventilador se coloca en la parte superior de la torre (impulsan el aire creando un pequeño vacío en el interior de la torre). Tiro mecánico (o tiro forzado), que utiliza la potencia de motores de ventilación para impulsar el aire a la torre (colocándose en la base).
Bajo ciertas condiciones ambientales, nubes de vapor de agua (niebla) se pueden ver
que salen de una torre de refrigeración seca (ver imagen).
Las torres de enfriamiento usan la evaporación del agua para rechazar el calor de un proceso tal como la generación de energía eléctrica. Las torres de enfriamiento varían en tamaño desde pequeñas a estructuras muy grandes que pueden sobrepasar los 220 metros de altura y 100 metros de longitud. Torres más pequeñas son normalmente construidas en fabricas, mientras que las más grandes son construidas en el sitio donde se requieren. La
torre de refrigeración tilizada como chimenea
En algunas plantas de energía modernas, equipadas con conductos de purificación de gas como la Planta de Energía de StaudingerGrosskrotzenburg y la Planta de Energía de Rostock la torre de refrigeración también se utiliza como chimenea. En plantas que no tengan conductos de purificación de gas esto causa problemas con la corrosión.
Eq ilibrio de material de húmeda
na torre de refrigeración
Cuantitativamente, el equilibrio de material alrededor de un sistema de torre de refrigeración húmeda está controlado por las variables de funcionamiento estructurales tasa de flujo, evaporación y pérdidas por viento, tasa de trasegado, y ciclos de concentración:
= Agua de la estructura en m³/h = Agua circulante en m³/h C = Trasegado de agua en m³/h D = Agua evaporada en m³/h E = Pérdida por viento de agua en m³/h W = Concentración en ppmw (de sales completamente solubles, normalmente X cloruros) = Concentración de cloruros en el agua de la estructura (M), en ppmw XM = Concentración de cloruros en el agua circulante (C), en ppmw XC Ciclos = Ciclos de concentración = X C / XM (sin dimensión) ppmw = partes por millón en peso M
En el boceto anterior, el agua bombeada desde el depósito de la torre es el agua refrigerante encaminada a través de enfriadores del proceso y los condensadores en una instalación industrial. El agua fría absorbe calor de las corrientes calientes del proceso que necesitan ser enfriadas o condensadas, y el calor absorbido calienta el agua circulante (C). El agua calentada vuelve a la cima de la torre de refrigeración y cae en chorros finos ± presentando gran superficie para su enfriamiento con el aire ± sobre el material de relleno dentro de la torre. A medida que gotea, el contacto con el aire que sube por la torre, por tiro natural o forzado por grandes ventiladores. Este contacto provoca que una pequeña cantidad de agua sea pérdida por arrastre del viento (W) y otra parte del agua (E) por evaporación. El calor necesario para evaporar el agua se deriva de la propia agua, que enfría el agua a su regreso al depósito original y en donde queda a disposición para volver a circular. El agua evaporada deja las sales que lleva disueltas entre el grueso del agua que no ha sufrido la evaporación, lo que hace que la concentración de sales se incremente en el agua de refrigeración circulante. Para evitar que la concentración de sales en el agua llegue a ser demasiado alta, una parte del agua es retirada (D) para su vertido. Se suministra al depósito de la torre nuevo contingente de agua fresca (M) para compensar las pérdidas por el agua evaporada, el viento, y el agua retirada. El equilibrio del agua en todo el sistema es: M=E+D+W Dado que el agua evaporada (E) no tiene sales, el equilibrio de cloruros del sistema es: M (XM) = D (X C) + W (X C) = XC (D + W) y, en consecuencia: XC / XM = Ciclos de concentración = (D + W)]
M
De un equilibrio de calor simplificado de la torre: E = C · T · c p ÷ H V
÷ (D + W) =
M
÷ ( M ± E) = 1 + [E ÷
Donde: HV T cp
= calor latente de vaporización del agua = alrededor de 2260 kJ / kg = diferencia de temperaturas del agua de la cima de la torre a su base, en °C = calor específico del agua = alrededor de 4.184 kJ / kg / °C
Las pérdidas por viento (W), en ausencia de datos del fabricante, pueden estimarse que son: W = 0,3 a 1,0 % de C para torres de refrigeración de tiro natural. W = 0,1 a 0,3 % de C para torres de refrigeración de tiro inducido. W = alrededor de 0,01% de C si la torre de refrigeración tiene eliminadores
del
efecto del viento. Los ciclos de concentración en las torres de refrigeración en una refinería de petróleo normalmente se encuentran entre el 3 al 7. En algunas grandes plantas de energía. Los ciclos de concentración de las torres de refrigeración pueden ser mucho más altos.
Bomba hidrá lica Una bomba hidrá lica es una máquina generadora que transforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía hidráulica del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud. Existe una ambigüedad en la utilización del término bomba, ya que generalmente es utilizado para referirse a las máquinas de fluido que transfieren energía, o bombeanfluidos incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su fluido de trabajo, a diferencia de otras máquinas como lo son los compresores, cuyo campo de aplicación es la neumática y no la hidráulica. Pero también es común encontrar el término bomba para referirse a máquinas que bombean otro tipo de fluidos, así como lo son las bombas de vacío o las bombas de aire.
Ti os de bombas Según el principio de f uncionamiento La pr inci pa l clasif icación de las bombas según e l funcionamiento en que se base: Bombas de desplazamiento Bomba de engrana jes. positivo o volumétricas, en las que el pr inci pio de funcionamiento está basado Bomba de lóbulos dob les. en la hidroestática, de modo que el aumento de pres ión se realiza por el empu je de las paredes de las cámaras que var ían su volumen. En es t e ti po de bombas, en cada ciclo el órgano propu lsor genera de Bomba centr ífuga de 5 etapas. manera pos itiva un volumen Bomba rotodinámica axial. dado o c ilindrada, por lo que también se denominan bombas volumétricas. En caso de poder var iar el volumen máximo de la c ilindrada se habla de bombas de vo lumen var iab le. Si ese volumen no se puede var iar, entonces se dice que la bomba es de vo lumen f ijo. A su vez es te ti po de bombas pueden subdividirse en y
y
Bombas de émbolo alternativo, en las que ex ist e uno o var ios compar timentos f ijos, pero de vo lumen var iable, por la acción de un émbo lo o de una membrana. En estas máqu inas, el movimiento del f luido es discontinuo y los procesos de carga y descarga se rea lizan por vá lvulas que abren y c ierran a lternativamente. Algunos e jemplos de es te ti po de bombas son la bomba alternativa de pistón, la bomba rotativa de pistones o la bomba p istones de accionamiento axial. Bombas volumétricas rotativas o rotoestáticas, en las que una masa f luida es conf inada en uno o var ios compar timentos que se desp lazan desde la zona de entrada (de ba ja presión) hasta la zona de sa lida (de alta presión) de la máquina. Algunos e jemplos de este ti po de máquinas son la bomba de paletas, la bomba de lóbulos, la bomba de engrana jes, la bomba de tornillo o la bomba per istáltica.
Bombas rotodinámicas, en las que el pr inci pio de funcionamiento está basado en e l intercambio de cantidad de movimiento entre la máquina y el f luido, aplicando la hidrodinámica. En est e ti po de bombas hay uno o var ios rodetes con á labes que giran generando un campo de pres iones en el f luido. En este ti po de máquinas el f lu jo del f luido es continuo. Estas turbomáquinas hidráulicas generadoras pueden subdividirse en: y
o centríf ugas, cuando el movimiento del f luido sigue una trayector ia perpend icular al e je del rodete impulsor. R adiales
y
y
Axiales,
cuando el fluido pasa por los canales de los álabes siguiendo una trayectoria contenida en un cilindro. Diagonales o helicocentrí f gas cuando la trayectoria del fluido se realiza en otra dirección entre las anteriores, es decir, en un cono coaxial con el eje del rodete.
Según el tipo de accionamiento y
y
y y
Electrobombas.
Genéricamente, son aquellas accionadas por un motor eléctrico, para distinguirlas de las motobombas, habitualmente accionadas por motores de combustión interna. Bombas ne máticas que son bombas de desplazamiento positivo en las que la energía de entrada es neumática, normalmente a partir de aire comprimido. Bombas de accionamiento hidrá lico, como la bomba de ariete o la noria. Bombas man ales. Un tipo de bomba manual es la bomba de balancín.
Red de transporte de energí a eléctrica
Sistema de suministro eléctrico.
Torre para el transporte de energía eléctrica.
Placa de características. La red de transporte de energí a eléctrica es la parte del sistema de suministro eléctrico constituida por los elementos necesarios para llevar hasta los puntos de consumo y a través de grandes distancias la energía eléctrica generada en las centrales eléctricas. Para ello, los niveles de energía eléctrica producidos deben ser transformados, elevándose su nivel de tensión. Esto se hace considerando que para un determinado nivel de potencia a transmitir, al elevar la tensión se reduce la corriente que circulará, reduciéndose las pérdidas por Efecto Joule. Con este fin se emplazan subestaciones elevadoras en las cuales dicha transformación se efectúa empleando transformadores, o bien autotransformadores. De esta manera, una red de transmisión emplea usualmente voltajes del orden de 220 kV y superiores, denominados alta tensión, de 400 o de 500 kV. Parte de la red de transporte de energía eléctrica son las líneas de transporte. Una línea de transporte de energía eléctrica o línea de alta tensión es básicamente el medio físico mediante el cual se realiza la transmisión de la energía eléctrica a grandes distancias. Está constituida tanto por el elemento conductor, usualmente cables de acero, cobre o aluminio, como por sus elementos de soporte, las torres de alta tensión. Generalmente se dice que los conductores "tienen vida propia " debido a que están sujetos a tracciones causadas por la combinación de agentes como el viento, la temperatura del conductor, la temperatura del viento, etc. Existen una gran variedad de torres de transmisión como son conocidas, entre ellas las más importantes y más usadas son las torres de amarre, la cual debe ser mucho más fuertes para soportar las grandes tracciones generadas por los elementos antes mencionados, usadas generalmente cuando es necesario dar un giro con un ángulo determinado para cruzar carreteras, evitar obstáculos, así como también cuando es necesario elevar la línea para subir un cerro o pasar por debajo/encima de una línea existente. Existen también las llamadas torres de suspensión, las cuales no deben soportar peso alguno más que el del propio conductor. Este tipo de torres son usadas para llevar al
conductor de un s itio a otro, tomando en cuenta que sea una línea recta, que no se encuentren cruces de líneas u obs táculos. La capacidad de la línea de transmisión afecta a el tamaño de es tas estructuras pr inci pa les. Por e jemplo, la estructura de la torre var ía direc tamente según el volta j e requer ido y la capacidad de la línea. Las torres pueden ser pos tes simples de madera para las líneas de transmisión pequeñas has ta 46 k ilovoltios (kV). Se emp lean estructuras de postes de madera en forma de H, para las líneas de 69 a 231 kV. Se utilizan estructuras de acero independient es, de c ircuito simple, para las líneas de 161 kV o más. Es pos i ble tener líneas de transmisión de hasta 1.000 kV. Al estar estas formadas por es tructuras hechas de perf iles de acero, como med io de sustentación del conductor se emp lean a isladores de disco y herra jes para sopor tar los.
Generador
eléctrico
Generador en la central eléctr ica de Br idalveil Falls, Tellur ide, Colorado. Se tratar ía del generador más antiguo que se man tiene en servicio (año 1984) en EEUU. Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctr ico entre dos de sus pun tos, llamados polos, terminales o bornes. Los generadores eléctr icos son máqu inas destinadas a transformar la energía mecánica en eléctr ica. Esta transformac ión se cons igue por la acción de un campo magné tico sobre los conductores eléctr icos dispuestos sobre una armadura (denom inada tambiénestátor). Si mecánicamente se produce un mov imiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotr iz (F.E.M.). Están basados en la ley de Faraday.
Generador eléctrico de una fase que genera una corriente eléctrica alterna (cambia periódicamente de sentido), haciendo girar un imán permanente cerca de una bobina. Un generador es una máquina eléctrica que realiza el proceso inverso que un motor eléctrico, el cual transforma la energía mecanica en energía electrica. Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en un generador simple de una sola fase. La mayoría de los generadores de corriente alterna son de tres fases.
T rbina de vapor
Rotor de una turbina de vapor producida por Siemens, Alemania. Una t rbina de vapor es una tur bomáquina motora, que transforma la energía de un flujo de vapor en energía mecánica a través de un intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido de trabajo (entiéndase el vapor) y el rodete, órgano principal de la turbina, que cuenta con palas o álabes los cuales tienen una forma particular para poder realizar el intercambio energético. Las tur binas de vapor están presentes en diversos ciclos de potencia que utilizan un fluido que pueda cambiar de fase, entre éstos el más importante es el Ciclo Rankine, el cual genera el vapor en una caldera, de la cual sale en unas condiciones de elevada temperatura y presión. En la turbina se transforma la energía interna del vapor en energía mecánica que, típicamente, es aprovechada por un generador para producir electricidad. En una turbina se pueden distinguir dos partes, el rotor y el estátor. El rotor está formado por ruedas de álabes unidas al eje y que constituyen la parte móvil de la turbina. El estátor también está formado por álabes, no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina. El término turbina de vapor es muy utilizado para referirse a una máquina motora la cual cuenta con un conjuntos de turbinas para transformar la energía del vapor, también al conjunto del rodete y los álabes directores.
Clasificación Existen las turbinas de vapor en una gran variedad de tamaños, desde unidades de 1 HP (0.75 kW) usadas para accionar bombas, compresores y otro equipo accionado por flecha, hasta turbinas de 2,000,000 HP (1,500,000 kW) utilizadas para generar electricidad. Hay diversas clasificaciones para las turbinas de vapor modernas, y por ser turbomáquinas son susceptibles a los mismos criterios de clasificación de éstas. Por otro lado, es común clasificarlas de acuerdo a su grado de reacción: y
y
T rbinas de Acción:
El cambio o saltoentálpico o expansión es realizada en los álabes directores o las toberas de inyección si se trata de la primera etapa de un conjunto de turbinas, estos elementos están sujetos al estator. En el paso del vapor por el rotor la presión se mantendrá constante y habrá una reducción de la velocidad. T rbinas de Reacción: La expansión, es decir, el salto entálpico del vapor puede realizarse tanto en el rotor como en el estator, cuando este salto ocurre únicamente en el rotor la turbina se conoce como de reacción pura.
Principio de F ncionamiento La ecuación general de las turbomáquinas fue hallada por Euler y su demostración se encuentra en el artículo de turbomáquinas. La forma para el trabajo por unidad de masa que atraviesa el rotor de las turbomáquinas motoras axiales es:
Donde u es conocida como velocidad periférica y es la velocidad lineal del rotor, c1 y c2 son las velocidades absolutas del fluido de trabajo antes y después de pasar por el rotor respectivamente, 1 y 2 son los ángulos entre la velocidad absoluta y la velocidad periférica antes y después de pasar por el rotor. Si introducimos el concepto de velocidad relativa , que es la velocidad del fluido respecto al rodete, y definimos el ángulo como aquél que existe entre la velocidad periférica y podemos reescribir la ecuación anterior, por propiedades del triangulo como:
Ahora escribamos la primera ley de la termodinámica para un balance de energía del fluido de trabajo en su paso por el rotor, suponiendo a éste un proceso adiabático:
Recuerdese que consideramos que L es definido positivo.
Encontramos así que el cambio entálpico es igual al cambio de los cuadrados de la velocidad relativa:
Bomba de calor
Diagrama de flujo de una bomba de calor. Una bomba de calor es una máquina térmica que permite transferir energía en forma de calor de un ambiente a otro, según se requiera. Para lograr esta acción es necesario un aporte de trabajo acorde a la segunda ley de la termodinámica, según la cual el calor se dirige de manera espontánea de un foco caliente a otro frío, y no al revés, hasta que sus temperaturas se igualan. Este fenómeno de transferencia de energía calorífica se realiza -principalmente- por medio de un sistema de refrigeración por compresión de gases refrigerantes, cuya particularidad radica en una Válvula inversora de ciclo que forma parte del sistema, la cual puede invertir el sentido del flujo de refrigeración, transformando el condensador en evaporador y viceversa.
Usos El principio de la bomba de calor se utiliza en sistemas de climatización o HVAC, así como en sistemas domésticos de aire acondicionado, dado que el ciclo reversible que tiene este sistema otorga la posibilidad tanto de extraer como de ingresar energía al medio -"enfriar " o "calentar "- con un mismo equipo, controlando arranques, paradas y el ciclo reversible en forma automática. Gracias a su versatilidad, es posible encontrar bombas de calor tanto para calentar una piscina como para controlar el ambiente de un invernadero. En la actualidad, y en pos del ahorro energético, cada vez es más usual encontrar arreglos de bombas de calor asistidos por colectores solares y en sistemas geotérmicos.
F ncionamiento
Válvula inversora de ciclo o "válvula de cuatro vías ". Una bomba de calor de refrigeración por compresión emplea un fluidorefrigerante con un bajo punto de ebullición. Éste requiere energía (denominada calor latente) para evaporarse, y extrae esa energía de su alrededor en forma de calor. El fluido refrigerante a baja temperatura y en estado gaseoso pasa por un compresor, el que eleva su presión aumentando así su entalpía. Éste, al pasar por el intercambiador de calor llamado condensador, cede calor al foco caliente porque está aún más caliente que éste, donde cambia su estado a líquido. Después se le hace pasar por una válvula de expansión, donde recupera la presión inicial y se enfría bruscamente. Luego pasa por otro intercambiador de calor, el evaporador, donde absorbe calor del foco frío, puesto que está más frío que dicho foco. El fluido, que se ha evaporado, regresa al compresor, cerrándose el ciclo. La válvula inversora de ciclo o válvula inversora de cuatro vías se encuentra a la salida (descarga) del compresor y, según la temperatura del medio a climatizar (sensada en la presión de refrigerante antes de ingresar al compresor), invierte el flujo del refrigerante.
Rendimiento La cantidad de calor que se puede bombear depende de la diferencia de temperatura entre los focos frío y caliente. Cuanto mayor sea ésta diferencia, menor será el rendimiento de la máquina. Las bombas térmicas tienen un rendimiento, denominado COP (coefficient of performance) mayor que la unidad. Aunque esto puede parecer imposible, se debe a que en realidad se está moviendo calor usando energía, en lugar de producir calor como en el caso de las resistencias eléctricas. Una parte muy importante de este calor se toma de la entalpía del aire atmosférico. En toda bomba de calor se verifica que el calor transmitido al foco caliente es la suma del calor extraído del foco frío más la potencia consumida por el compresor, que se transmite al fluido.
Dado que el efecto ú til de una bomba de ca lor depende de su uso, hay dos expres iones distintas del COP . Si la máquina se está usando para refr igerar un amb iente, el efect o útil es el calor extraído del foco fr ío:
Si la bomba de ca lor está usándose para ca lentar una zona, e l efecto útil es el calor introducido:
Una bomba de ca lor tí pica tiene un COP de entre dos y seis, dependiendo de la diferenc ia entre las temperaturas de ambos focos.
Condensador
(termodinámica)
Condensador enfr iado por a ire para sistema de refr igeración industr ial de por compresión con R 22 La condensación se puede produc ir bien utilizando aire mediante el uso de un ven tilador o con agua (es ta ú ltima suele ser en c ircu ito cerrado con torre de refr igeración, en un r ío o la mar). La condensac ión s irve para condensar e l vapor, después de rea lizar un traba jo termodinámico p.e j. una turbina de vapor o para condensar e l vapor compr imido de un compresor de fr ío en un c ircuito fr igor íf ico. Cabe la posi bilidad de segu ir enfr iando ese f luido, obteniéndose líquido subenfr iado en el caso delaire acondicionado.
El condensador termodinámico es utilizado muchas veces en la industria de la refrigeración, el aire acondicionado o en la industria naval y en la producción de energía eléctrica, en centrales térmicas o nucleares. Adopta diferentes formas según el fluido y el medio. En el caso de un sistema fluido/aire, está compuesto por uno tubo de diámetro constante que curva 180° cada cierta longitud y unas láminas, generalmente de aluminio, entre las que circula el aire. Un condensador es un cambiador de calor latente que convierte el vapor de su estado gaseoso a su estado líquido, también conocido como fase de transición. El propósito es condensar la salida (o extractor) de vapor de la turbina de vapor para así obtener máxima eficiencia e igualmente obtener el vapor condensado en forma de agua pura de regreso a la caldera. Condensando el vapor del extractor de la turbina de vapor, la presión del extractor es reducida arriba de la presión atmosférica hasta debajo de la presión atmosférica, incrementando la caída de presión del vapor entre la entrada y la salida de la turbina de vapor. Esta reducción de la presión en el extractor de la turbina de vapor, genera más calor por unidad de masa de vapor entregado a la turbina de vapor, por conversión de poder mecánico.
F nción del condensador La función principal del condensador en una central térmica es ser el foco frío o sumidero de calor dentro del ciclo termodinámico del grupo térmico. Por tanto, su misión principal es condensar el vapor que proviene del escape de la turbina de vapor en condiciones próximas a la saturación y evacuar el calor de condensación (calor latente) al exterior mediante un fluido de intercambio (aire o agua). En el caso de una máquina frigorífica, el condensador tiene por objetivo la disipación del calor absorbido en el evaporador y de la energía del compresor. Adicionalmente, el condensador recibe los siguientes flujos: y
y
y
y
y
Las purgas de los calentadores y otros elementos, que una vez enfriadas son incorporadas al circuito de condensado. El aire que procede de entradas furtivas en los diversos elementos del ciclo agua-vapor, a través de los cierres de la turbina de vapor o con el agua de reposición al ciclo. Éste debe ser extraído y enviado al exterior mediante eyectores o bombas de vacío. El vapor procedente del escape de la turbo-bomba de agua de alimentación si la hay en la instalación. El vapor de los by-passes de turbina de vapor, que en determinados modos de operación transitorios (arranques, paradas, disparos, cambios bruscos de carga) conducen directamente al condensador todo el vapor generador en la caldera una vez atemperado. El agua de aportación al ciclo para reponer las purgas, fundamentalmente la purga continua. Esta agua es desmineralizada y proviene del tanque de reserva de condensado.
Las condiciones en el interior del condensador son de saturación, es decir, está a la presión de saturación correspondiente a la temperatura de condensación del vapor. Esta presión es siempre inferior a la atmosférica, es decir, se puede hablar de vacío.
Disposición constr ctiva centrales térmicas
de
n
condensador
en
Los condensadores que emplean aire como fluido refrigerante, llamados Aerocondensadores, tienen un bajo rendimiento y, por tanto, necesitan de grandes superficies para ser instalados. Este es el motivo de que el uso de este tipo de condensadores no esté generalizado, pasando a usarse sólo en los casos en los que no haya disponibilidad de agua. Nos centraremos, por tanto, en los condensadores de agua como fluido refrigerante. Los condensadores de las central térmica son cambiadores de calor tubulares, de superficie, del tipo carcasa y tubo en los que el agua (fluido refrigerante) circula por los tubos y el vapor (fluido enfriado) circula por el lado de la carcasa. Los tubos están dispuestos de forma horizontal, con una pequeña pendiente para poder ser drenados con facilidad y agrupados en paquetes. Las partes más significativas de un condensador son: y
y
y
y
y
y
C ello.
Es el elemento de unión con el escape de la turbina de vapor. Tiene una parte más estrecha que se une al escape de la turbina de vapor bien directamente mediante soldadura o bien a través de una junta de expansión metálica o de goma que absorbe los esfuerzos originados por las dilataciones y el empuje de la presión atmosférica exterior. La parte más ancha va soldada a la carcasa del condensador. Carcasa o c erpo. Es la parte más voluminosa que constituye el cuerpo propiamente dicho del condensador y que alberga los paquetes de tubos y las placas. Suele ser de acero al carbono. Cajas de ag a. Colector a la entrada y a la salida del agua de refrigeración (agua de circulación) con el objeto de que ésta se reparta de forma uniforme por todos los tubos de intercambio. Suelen ser de acero al carbono con un recubrimiento de protección contra la corrosión que varía desde la pintura tipo epoxy (para el agua de río) hasta el engomado(para el agua de mar). Suelen ir atornillados al cuerpo del condensador. T bos. Son los elementos de intercambio térmico entre el agua y el vapor. Su disposición es perpendicular al eje de la turbina. Suelen ser de acero inoxidable (agua de río) y titanio (agua de mar). Placas de t bos . Son dos placas perforadas que soportan los dos extremos de los tubos. Constituyen la pared de separación física entre la zona del agua de las cajas de agua y la zona de vapor del interior de la carcasa. Suelen ser de acero al carbono con un recubrimiento (cladding) de titanio en la cara exterior cuando el fluido de refrigeración es agua de mar. La estanqueidad entre los extremos de los tubos y las placas de tubos se consigue mediante el aborcardado de los extremos de los tubos y mediante una soldadura de sellado. Placas soporte. Placas perforadas situadas en el interior de la carcasa y atravesadas perpendicularmente por los tubos. Su misión es alinear y soportar
y
y
y
los tubos, así como impedir que éstos vibren debido a su gran longitud. Su número depende de la longitud de los tubos. Suelen ser de acero al carbono. Pozo caliente. Depósito situado en la parte inferior del cuerpo que recoge y acumula el agua que resulta de la condensación del vapor. Tiene una cierta capacidad de reserva y contribuye al control de niveles del ciclo. De este depósito aspiran la bombas de extracción de condensado. Zona de enfriamiento de aire. Zona situada en el interior de los paquetes de tubos, protegida de la circulación de vapor mediante unas chapas para conseguir condiciones de subenfriamiento. De esta manera, el aire disuelto en el vapor se separa del mismo y mediante un sistema de extracción de aire puede ser sacado al exterior. Sistema de extracción de aire. Dispositivos basados en eyector que emplean vapor como fluido motriz o bombas de vacío de anillo líquido. Su misión, en ambos casos, es succionar y extraer el aire del interior del condensador para mantener el vacío. Estos dispositivos aspiran de la zona de enfriamiento de aire.
Tipos de condensadores para centrales térmicas Según su disposición relativa con respecto de la turbina de vapor, los condensadores pueden clasificarse en: y
y
y
Axiales.
Están situados al mismo nivel que la turbina de vapor. Son típicos de turbina de vapor hasta 150 MW, potencias hasta las cuales el cuerpo de baja presión es de un solo flujo y escape axial. Laterales. Están situados al mismo nivel que la turbina de vapor. El cuerpo de baja presión de la turbina de vapor es de dos flujos. Inferiores. Están situados debajo de la turbina de vapor de baja presión, lo que les obliga a estar metidos en un foso y que el pedestal del grupo turbogenerador esté en una cota más elevada, encareciéndose la obra civil. Dadas las potencias de las centrales convencionales actuales, éste es el tipo de condensador más usualmente empleado. La turbina de vapor de baja tiene doble flujo, pudiendo haber además varios cuerpos.
Según el número de pasos pueden ser: y
y
Un paso.
Hay una única entrada y una única salida de agua en cada cuerpo del condensador. Típica en circuitos abiertos de refrigeración. Dos pasos. El agua entra y sale dos veces en el cuerpo del condensador.
Según el número de cuerpos: y y
Un c erpo. El condensador tiene una sola carcasa. Dos c erpos. El condensador tiene dos carcasas
independientes. Esta disposición es muy útil, ya que permite funcionar sólo con medio condensador.
Desgasificador El desgasificador en una caldera se refiere al estanque desaireador de alimentación de esta. Este estanque tiene 3 funciones principales en una caldera: 1. Extraer el oxígeno disuelto: no está demás hacer un análisis del daño que provoca instalaciones que trabajan con el vital elemento (agua). 2. Calentar el agua de alimentación: el agua de alimentación es calentada, para que al entrar a la caldera no sea necesaria tanta energía para llegar a una temperatura de utilización. 3. Almacenar agua de alimentación: la palabra lo indica, el desaireador es un estanque que está a continuación del estanque cisterna.
4.S
percalentador
5. Un S percalentador es un dispositivo que se encuentra en un motor a vapor que calienta el vapor generado por la caldera nuevamente, incrementando su energía térmica y haciendo decrecer la posibilidad de condensación dentro del motor. Los supercalentadores incrementan la eficiencia del motor de vapor y han sido ampliamente adoptados actualmente. El vapor que ha sido supercalentado es conocido lógicamente como vapor supercalentado; el vapor que no ha sido calentado es conocido como vapor saturado o vapor húmedo. Los supercalentadores fueron aplicados en locomotoras de vapor a principios del siglo XX, vehículos impulsados por vapor y centrales de generación de energía. La instalación de un supercalentador tiene el efecto de reducir la cantidad de trabajo que se debe realizar para producir la misma cantidad de energía. En otras palabras, instalar un supercalentador tiene el efecto de incrementar la capacidad de la planta con el mismo flujo de vapor.
Economizador Un economizador es un dispositivo mecánico de transferencia de calor que calienta un fluido hasta su punto de ebullición, sin pasar de él. Hacen uso de la entalpía en fluidos que no están lo suficientemente calientes como para ser usados en una caldera, recuperando la potencia que de otra forma se perdería, y mejorando el rendimiento del ciclo de vapor. Puede ayudar a ahorrar energía en edificios, utilizando el aire exterior como medio de enfriamiento. Cuando la entalpía del aire exterior es menor que la entalpía del aire recirculado, enfriar el aire del exterior es más eficiente, energéticamente hablando, que enfriar al aire que ha recirculado. Ahorra costes por consumo de energía en climas templados y fríos, pero no es apropiado en climas calientes y húmedos.
Válvula de control. La válvula automática de control generalmente constituye el último elemento en un lazo de control instalado en la línea de proceso y se comporta como un orificio cuya sección de paso varia continuamente con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada. Partes de la válvula de control. Las válvulas de control constan básicamente de dos partes que son: la parte motriz o actuador y el cuerpo.
y
A ctuador:
el actuador también llamado accionador o motor, puede ser neumático, eléctrico o hidráulico, pero los más utilizados son los dos primeros, por ser las más sencillas y de rápida actuaciones. Aproximadamente el 90% de las válvulas utilizadas en la industria son accionadas neumáticamente. Los actuadores neumáticos constan básicamente de un diafragma, un vástago y un resorte tal como se muestra en la figura (1-a.). Lo que se busca en un actuador de tipo neumático es que cada valor de la presión recibida por la válvula corresponda una posición determinada del vástago. Teniendo en cuenta que la gama usual de presión es de 3 a 15 lbs/pulg² en la mayoría de los actuadores se selecciona el área del diafragma y la constante del resorte de tal manera que un cambio de presión de 12 lbs/pulg², produzca un desplazamiento del vástago igual al 100% del total de la carrera.
Actuador de una válvula de control.
y
Cuerpo
de la válvula: este esta provisto de un obturador o tapón, los asientos del mismo y una serie de accesorios. La unión entre la válvula y la tubería puede hacerse por medio de bridas soldadas o roscadas directamente a la misma. El tapón es el encargado de controlar la cantidad de fluido que pasa a través de la
válvula y puede accionar en la dirección de su propio eje mediante un movimiento angular. Esta unido por medio de un vástago al actuador. Categorías de
válvulas.
Debido a las diferentes variables, no puede haber una válvula universal; por tanto, para satisfacer los cambiantes requisitos de la industria se han creado innumerables diseños y variantes con el paso de los años, conforme se han desarrollado nuevos materiales. Todos los tipos de válvulas recaen en nueve categorías: válvulas de compuerta, válvulas de globo, válvulas de bola, válvulas de mariposa, válvulas de apriete, válvulas de diafragma, válvulas de macho, válvulas de retención y válvulas de desahogo (alivio). Estas categorías básicas se describen a continuación. Seria imposible mencionar todas las características de cada tipo de válvula que se fabrica y no se ha intentado hacerlo. Más bien se presenta una descripción general de cada tipo en un formato general, se dan recomendaciones para servicio, aplicaciones, ventajas, desventajas y otra información útil para el lector. Válvulas de compuerta. La válvula de compuerta es de vueltas múltiples, en la cual se cierra el orificio con un disco vertical de cara plana que se desliza en ángulos rectos sobre el asiento (fig. 1-1).
Válvula de compuerta.
Precalentadores de aire Las aplicaciones en calderas de generación de electricidad requieren precalentadores de aire de una gran eficiencia y fiabilidad para garantizar un rendimiento óptimo de la caldera. Howden cuenta con más de 80 años de experiencia como suministrador de precalentadores de aire de alta calidad para clientes de todo el mundo. En 1923, la sociedad Howden y FredrickLjungstrom colaboraron para desarrollar un precalentador de aire regenerativo rotativo para aplicaciones en calderas. El componente principal del precalentador, la superficie de intercambio de calor, está compuesto por múltiples placas de metal denominadas elementos. A medida que el precalentador va rotando a una velocidad re ducida (a unas 1-2 rpm), los elementos capta n el calor de la corriente de gas caliente y lo transfieren a la de aire frío. Dado que se emplean las dos superficies de la placa de elementos para transferir calor de forma simultánea, este tipo de
intercambiador resulta muy eficiente, compacto y especialmente adecuado para trabajar con grandes cantidades de gas caliente y aire frío. Los elementos de transferencia de calor están formados por finas placas de acero laminado. Ofrecemos una amplia gama de perfiles que se adecuan a muy diversos combustibles y aplicaciones, combinando una caída de presión mínima, una elevada eficiencia, un grosor compacto y una gran f acilidad de limpieza. Es importante mantener el nivel de fugas entre aire y gas lo más bajo posible, ya que las fugas incrementan el consumo del ventilador. Ofrecemos una amplia gama de sistemas de sellado, entre ellos el sistema avanzado VN. Este sistema fijo incorpora un doble sellado a lo largo de todo el rotor, que reduce las fugas de forma constante durante prolongados períodos entre interrupciones de servicio. Además de placas fijas ofrecemos una gama de actuadores para las aplicaciones que lo requieran. El accionamiento principal está ubicado en el extremo superior del eje en vez de en la periferia del rotor. Esto aleja los componentes del accionamiento de la corriente de gas corrosivo y erosivo, al tiempo que permite que el doble sellado axial proteja el rotor en toda su longitud. Ofrecemos una gama de opciones de limpieza en línea que emplean combinaciones de aire, agua y vapor en configuraciones semirretráctiles o completamente retráctiles.
Chimenea
Chimenea en una cervecería.
Chimenea natural en el Parque Nacional Ischigualasto, provincia de San Juan, Argentina.
Una chimenea es un sistema usado para evacuar gases calientes y humo de calderas, calentadores, estufas, hornos, fogones u hogares a la atmósfera. Como norma general son completamente verticales para asegurar que los gases calientes puedan fluir sin problemas, moviéndose por convección térmica (diferencia de densidades). También existen las chimeneas que no son completamente verticales, que se instalan en cocinas o pequeñas salas de calderas para evacuar los humos a través de orificios efectuados en los para mentos. Las chimeneas así construidas deben disponer de mallas de protección para evitar que lo pájaros aniden en su interior, asimismo se les debe dar una inclinación diferente a 0º para facilitar la salida de humos. Las chimeneas pueden encontrarse en edificios, locomotoras o en navíos. A la corriente de aire que origina el fuego y que hace que el humo ascienda por la chimenea se le denomina "tiro". El término chimenea también puede aplicarse a aspectos de la naturaleza, particularmente en formaciones rocosas. En un volcán una chimenea es el conducto que comunica el reservorio de magma o cámara magmática en profundidad con la superficie.
Desarrollo de na chimenea
y y y y y y y
Q = caudal volumétrico de humo en la
chimenea, m³/s A = area de la sección transversal del conducto, m² C = coeficiente de descarga (~ 0.65 a 0.70) g = aceleración de la gravedad, 9,81 m/s² H = altura de la chimenea, m Ti = media de la temperatura de los gases, K Te = temperatura externa e inferior
Segunda
practica de termodinámica II
B) En un proyecto para instalar una central térmica de vapor para la generación de potencia al eje de una capacidad de (potencia)Kw , se debe de decidir entre las 3 alternativas A,B,C en ellos deben de someterse al vapor a procesos de sobrecalentamiento ,recalentamiento y sangrado;además deben contar con los siguientes elementos como: una turbina de alta presión(TAP) ,una turbina de ba ja presión(TBP) unida por un mismo eje ,con un calentador de superficie ,con un calentador de mezcla ,con un condensador y tres bombas de liquido saturado. La planta térmica debe realizar los siguientes procesos térmicos: Del caldero acuotubular debe de salir el vapor a una presión (pa,pb,pc) ,se sobrecalienta esta línea de vapor hasta (pa,Ta=520,pb,Tb=460,pc,Tc=540), en estas condiciones ingresa a la TAP y abandona a esta a las condiciones de pa,pb,pc y esta se conduce al calentador de mezcla; l a TBP descarga lo restante al condensador (el agua refrigerante que circula por el condensador es tomada de un lago que esta a una teperatura ambiente de (Ta,Tb,Tc ) ,la masa condensada es bombeada al calentador de contacto directo donde se mezcla con el va por del sangrado ,de aquí la masa condensada se bombea al calentador de superficie y luego al caldero ;la parte de masa del vapor que viene de la TAP y que ingresa al calentador de superficie es condensada con la línea de liquido que viene del calentador d irecto ,siendo este bombeado para unirse a la línea que va al caldero en un punto después que ambos abandonan el calentador de superficie Otras características: Eficiencia de turbinas=80% Eficiencia de bombas=90% Eficiencia de caldero A=80%,B=85,C=82 GRUPO 3: N°
Presion del vapor
Presion del sangrado TBP Pa=4bar
Temperatura ambiente
Potencia de la planta
Pa=5.0Mpa
Presión de sangrado TAP Pa=12bar
3
Pb=6.4Mpa
Pb=6bar
Pb=5bar
15°C
110Mwatts
Pc=5.5Mpa
Pc¨=8bar
Pc¨=3bar