•

.. •

•

CAPITULO VII •

ALGUNAS APLICACI01~lS DEL ANALISIS TERILODINAMICO

•

7.1.- GENERACION DE POTENCIA A PARTIR DE VAPOR DE AGUA

a. Introducci6n = •

La hUl1l...9l1idae1. siernnre ha buscado aprovechar las formas nri t _

marias de energía pura transformarlas en trsbajo útil. Es

así como se ha usado la fuerza de los animales, las cai-

das de agua, los co~bustibles, la enereía 2t6mica, l~ ra -diaci6n solar y otras fuentes menos convensionales.

Centrando la atención en la conversi6n de la ener~ía Quí -mica almacenada en los combust~bles a trabajo mecánico 8 -provechable, es cl ro que los mejores intentos se han re~ -lizado con dos tipos de equipoe: los motores de corubusti6n

interna y las m~Quinas de Vapor • • .

La energía de los combustibles se libera en la reacci6n

química de combusti6n con el oxígeno 6el aire, y puede

ser aprovechada c3irectamente en los t:lotores de combusti6n

interna, o indirectamen te en las máquinc.s ele va"!Jor.

Como su nombre }.o indica, un ootor de combusti6n interna

es un 'equipo diseñado de tal forma ~ue la reacci6n del

combustible con el oxígeno del aire se realiza dentro del

mismo dispositivo, y la tranDfol~aci6n de e~a energía quí -mica liberada en trabajo mecánico se verifica gracias a

la manipulaci6n interna de los gases de combustión, pri~

cipalmente. •

En este orden de ideas, las máquinas de cO:"2bus tión exter­

na, 6 máQuinas de vapor, necesitan un fluiGO transporta­

dor del calor (energía química liberada) que recibe en un

quemador y cede en L _ máquin'_ propi::;'llcn te e' iclla.

Por lo tanto, el requerimiento mínimo para producir pote~

cía en lli1a máquina ~e vapor será:

,

•

• •

. -

•

, I

..

• 190

Un equipo de bombeo para hacer circular el fluid o ae

trabajo o transportador de la energia

Un equipo productor de vapor que cons istirá en lID que -mador de combustible y un vap orizador dentro elel

cual el fluido de trabaj o adquirirá la suficiente

energ ia como pnra pásar a la fase vapor; y

Una máquina de vap or de tipo alternativo (de cilindro

y ~mbolo) o de movimiento circular continuo (de ro -tor y eje)o

En lenguaje corriente se hablará de la bomba (o equipo de

bombeo), de la caldera (o generador de vapor cuand o se in -volucre aoemás economizadores, sObrecalentadores, recalen -tadores y precalentadores) y un motor a vapor, que se ll~

mar á simplemente máquina de vapor cuando sea de tipo al­

ternativo 6 turbina cuando sea de tipo rotatorio.

Ahora bien, podemos resumir las transformaciones que se

suceden en estos motores de combusti6n externa así:

Energía , • de combustible calor, qUlnl1ca un en por reac-

ci6n ouimica de combusti6n el ,

del • con oXlgeno a 1 !'e, •

en el hogar de la caldera;

Calor en entalpia que gana el fluido de trabajo al va-• la caldera, por1.zarse en y

Entalpia del en ' trabajo , • • la ma vapor meCanlCO graclas p

-" -nipulaci6n conveniente del fluido de trabajo en el

•

motor a vapor. o

. . •

b. Ciclos de I?otenciu a p.artir .de vapor: (1), (2), (3), (4)

L) El t~rlllino ciclo de 9otencia. describe una serie de tran~

formaciones que ocurren gracias a la 10calizQci6n SC~

cuencial y sistemática de equipos, cuyo efecto global

es la eeneraci6n de trabajo útil 8 gran escala y de ~

nera 'continua; es decir, un ciclo repetitivo que perml

te la conversi6n de calor en tr~bajo mecánico o elec~

tricidad. • •

•

•

•

•

191

2) Aún cuando b~8plicabilica0 de un ciclo ue potencia de -terminauo se relaciona, nor lo {';cneral, con el co~;to

de operuci6n y la efectividad Qe la conversi6n, t~~bién

deberfn tenerse en cuenta 108 efectos de contaminaci6n

ambiental asociados con esta generaci6n de potenci8 .•

No obstante, aqul s610 ~er~l tratnqos los aspectoo pu -ramente energéticos.

•

3)' Corno se anotado en los capítulos anteriores, los méto -dos ele o.n.&1.isis para los sistemas prácticos de conve!:,

8ión energética conllevan la utilización siillultúnea

oe la primera y la segunQa ley de la terl10dinámica y,

por lo tanto, habrá necesidad de establecer uria base

consistente Dara evaluar la eficiencia.

El ciclo de Carnot sirve como parámetro Dar :1 Eran nú.ne -ro ele ciclos de potencia (no s610 los de vapor), dado

que su eficiencia es máxima para ltuites definidos de

temperatura; sin embargo, . en la práctica se aconseja

utilizar co~o estándar de comparación ~m ciclo menos

perfecto pero que está más de acm-clo con los ·procesos

reales.

4) Justificaci6n del ciclo: En términos de ecomomía, por .

lo general, el agua para calderas debe tener un trata-

miento previo que consiste básicamente en d~sQinuir los

efe'ctos corrosivos e incrusta.tivos; las Dartes m6vi . -les del motor de Vapor no deben estar sometidas al con -taco con agua líquida, también por efectos corrosivos,

por lo tanto el vapor que daja este motor debe tener

una calidad elevada; además , los flujos que deben pa­

sar por el equipo son muy grandes. Por l as anteriores

razones, no es práctiCO desechar el fluido de tr8,ba j o

que ha sido tratado, de modo que lo más recomendable

es reci1'cularlo lo cual se lo.(~rará económicamen te u ti - -lizando equipos de bombeo que trab <.~ jan en fase líquida.

Esta es, entonces, la justificación del condenso .dor

para el vapor exhausto que deja el motor de vapor. ,

..

192

5) E~ consecuencia con lo anterior, un .§t.rrarlo m:tni 10. de

los equinos necesarios para lQ generaci6n de potencia

a partir de vapor ele agua se mue8tr'~ en el si ~.:nioY'_-Le

esquema:

CALDE~A

•

aeua.

•

de fluj o p8r~ un~l pl'ln t::-. rr.. ínill12. de Dotencia Q partir de V8ror de

6) Ciclo de R:=mkine: fluido de tr:" o2.j o r:'tue 11<..', ele uti-, .

lizarse en el arreglo mostrado en 12 PiE . 7.l. debe rca -lizar un ciclo termodinámico; por lo t::mto ha de adop­

tarse un ciclo ideal como está.nciar cO:'1pn1'a tivo que a.e­

berá tener , entre otras, las siE~ien~es bases analíticas:

,

a) Se considera que no hay efectos ue fricci6n ni

p~rdidas ener~éticas en los couinos y 18s con­

ducciones de fluido de trabajo .

b) El fluido de trabajo se toma CO Il O una sustancia

pura , la cual en la mayoría Ce 108 C2S0S es agu'l •

c) C80a e0uipo constitutivo se

vol~men de control .

. ~ , COi1S1C'erara como un

d ) Todos los procesos se asumirc'in en flujo cstacio -nario e internamente reversibles .

e) Se despr~ciarán los efectos de enercíD rl otencial

y cinética en términos genera les, 2.un cLtnndo no

es es trictornente neccsG,rio . 1~t1 iI.1cu!'.ou C'I.803 se

deben tener en cuenta .

•

•

193

Dificul tClrles de or(l.en práctico impiden Ilue sc tone co -mo base el Ciclo .e Carnot, porque :Je:cí:.i neccsario tr.=..

tar con equinos que simul t1ne2T~'n te expand~n J c~ lie2, .

ten un fluic.l0 la fase liquida h3sta la faae v,~or

y con eC!_uipos oue compriman y rc tiren calor con el iferen --cias de presi6n muy granéles, todo lo cual conlJ.f'v'lría

a Epstos inoficiosos y poco prácticos.

,El Ciclo de Rankine, o Ciclo Básico Be Rankine, o Ci­

clo de EX!:aYlsión Co.nplete., fue el primero en to:nsrse -como estándar de comparaci6n para pl3.!ltas de · vapor pr,9.

ductoras de potencia y es, aún hoy en día, el ciclo ter -mico m3.s anpliamente usado p:¡ra la generación termoe16c -trica en todo el mundo. Como se anot6 antes, se su~one

que el fluido de trab3jo es V2,nor ele 3.e;ua, aun cuanoo

en algunas 8,91ic::1cione8 especializB68.s puede eJmlear­

se cualauier otro fluido. •

SegQl1. las conc:iciones de iciealidad e..notaeb.s, y en base

a los estados que se ~uestran en la Fig.7.1., el estado

e d~be cOll1cidir en el estado 1 , lo mismo que el

estado b coincide con el estado 4 y -el 8_ con el

estado 3 •

El vapor sale dc la cQ.ldera en el estado 1 y se mue­

ve hacia el motor io.e2.1 doncle sufre una expansión adia -bát.ica-reversible (isoentr6pica) hasta alcanzar el es­

tado 2 (ver FiR.7~.), produciéndose un trabajo mecá-- '

nico aDrovechable;- leeo entra al conden~ador clonce se

remueve calor hQ.sta que el vapor exhausto se licl~ to -talmente. IAealmente, esta condensaci6n ha de consi­

derarse isobárica e isotér~ica.

-Asumiendo que el estado 3 es liquido saturado, dicho

líquido es succionac1o Dor una bomba iucal Dara increroe!!,

tar su presión h8.sta la nresi6n de operaci6n 0_e la cal

dera. Ese lí('1uirlo comnrimido en estado 4 pnsa o. re-- -

cibir calor isobJ.rieamente en la caldero. hasta 10;:r3.r

la vaporizo.ci6n y salir en estado 1 para repetir de

,

• •

..

• ,

,

194

,

nuevo el ciclo.

~ ).' .... se restringe la descarga del vapor en la caldera ~

al estado de vapor satur3.do seco, se podrán obtener

los siguien tcs dis:gr::l.ffi3.s termodinámicos del Ciclo de •

Runkine:

,

T

Fig.7.2.- Ciclo Básico de R2nkine cua litativo, en diagramas T-s y P-v, con mucha. eX2€,er8.ci6n en el proceso de bombeo (T)B,ra ilustrar).

,

1) Ciclo ne R0nkine con sobrec21enta~iento: Cuando se • ••

disp0ne de suficiente calor en la caldera producido a

alta temperatura, una forma de ~ejorar la eficiencia

del ciclo Rankme es utilizar el calor residual para

sobrecalentar el vapor; por lo tanto, el estado del va -por a l~ s~lida de la caldera será recalentado (V.R.) •

Si consideramos que la temperatura me¿ia de la "'Gransfe -rencia de calor en la caldera está entre T y T

4' l' vemos c6mo esta te~peratura media puede ser aumentada

cuando se aplica el sobrecalentamiento; además, tambi~n

debe observarse que la calidad del vapor a la salida

del motor de vapor se hace mucho mayor. Así, en el lí­

mite donde la condensaci6n puede considclrarse isot~rmi -ca e isobárica, se obtendrá una calidad de 100% en el

estado 2. .

A continuaci6n se muestra el Ciclo de Rankine con So­

breCalentamiento:

,

•

,

•

,

•

..

•

•

195

T p

\ I

\ \ I \

I r I , I , I \ I , , f f

A 11" Fig. 7.3. - Ciclo de Rankine con sobre ca len t aT!lÍen to;

Diae r a ma cualitativo en el lífjlÍte de cond ensa­ci6n isot~rmica e · isob~rica.

8) Ciclo d e Hankine con Recn.l.~:n.i]p.Ll ien.to: E:.n. alE:un os trfl

tados lo llaman también Ciclo de Re-recalentarrlÍento •

El arreglo minino se puede apreciar en l a P-i g .7.4 y

el ciclo correspondiente se muestr~ en l a Fig.7.5.

En este caso, ha de utilizarse U,"léJ, turbina oe li o" pa­

sos como m.ínimo; el vapor proveniente de la c'a l de ra se

expande en la primera etapa de la turbina hasta 100rar

acercarse a la saturaci6n, ., .

es O.eClr, Due c'i e salir como ••

vapor saturado, con algo de calidad , o como v ap or rec~ -lentac10 pero r!1uy pr6ximo a la sat1..i.-ra cí6n. Este vapor

que deja la primefa etapa de la ttlroD1a se lleva ae nu~

vo 'a la caldera para re cs.len tarlo isob.g,ricaIllen te (en -el caso idea.l) y pas arla a la se t;u.nc1a etapa c}e la tuE,

,

bina, donde vuelve a expand irse y continua el ciclo

de manera similar al ciclo básico.

TI/Ro B/¡./A • .U·IJNM ,;;T WM

CAl tlE"RA E119 p¡:¡

w& ,-i'If~ Fig .7.4 .. - :UÜ-"'{jr 8J1o. de flujo par '1. una planta ülÍnilila

de potencia a partir (le vapor, que s i .':ue un ci­clo de recalentamiento •

..

196

T •

•

5

. • ]'ig. 7.5. - Ciclo de Rankme con Hecal€n-Ga,rnien to; diª-

erama cuali ta tivo en el l í mi te . de con('Bnsación isotérmic::1. e isobárica . En este cnso la cxnansi6n

~

en la primera etapa de la turbina lleva al vnpoy' . , hasta el estado de "vapor hunedo".

Si el vapor dejara l a caldera como V.S.S. ten~o en el

calentamiento directo como en el recalentamiento, el .

ciclo ideal que se generarla seria A'- B'- B - C - 5-6.

Si el estado del vapor 8. l a sali (la oe l a nrimera expan-~ -

. si6n fuera V.S.S., lo mismo que el de l a se

tendría el ciclo A-B-3-4-5-6 • Pero si l a salina de

la pr~era etapa fuera V.R., tendría~os Qn ciclo for-

mado por A"-B"- 3-4-5-6 •

Con este ciclo de recalentamiento ta~b ién se locra me­

j orar el Ciclo Básico y , aún, el Ciclo con ,30brecalen­

tamiento; se aumenta la temperatura media de transferen -cia de calor en la caldera y se aV_'1len te. la calie.ao. a

la salida de la turbina (disminuyendose así el efecto

corrosivo elel agua liquida).

9) Ciclo ele Rankine con Regenerac ión ó Oicl<2.. l1ecen,e.rati:v.o.: = _o •

El t~rmino regeneraci6n es usado p8:r a d er:licnar los prs:

cesos de intercambio térmico oue pueden ocurrir inter--namente en el ciclo, p~3ra trata r de mejorar l a trans.m!

si6n de calor en la caldera; r ecuérdeuc ql1G hay necesi -dad de calentar el agua liquic1a hasta llevarla 8 , la

saturaci6n, locual hace bajar la eficiencia del ciclo.

•

•

..

197

,

La idea func1amen tal es la de precalen tar el líquitl0 que

entra a la calneTa, usando parte uel vauor que se ex­

pande en la turbina . As1, la tern:peratura promedio de

la transferencia de calor en la caldera tenderá a ser

constante y, ' por 10 mismo, la eficiencia del ciclo se'

asemejará más a la de Garnot.

En la práctica, el ciclo i deal con Regeneración no se

.consie.,ue, pero lns mejores aproxim.aciones 'se consiguen

utilizando los esquemas prácticoso El más sencillo de

ellos se ve a continuaci6n:

•

bolo( 9A ) E. AL TA P~i!.JON

Fig.7.6.- Ciclo Regenerativo Práctico con un preca­lentador de agua de alimentaci6n de tipo abier­to o de mezcla • ..

Cuando se usan varias etapas de regeneración, se logra

una aproximación más estrecha al ciclo ideal. No obstan -•

te, el número de precalentadores de agua de 8,lisent3.ci6n . . ,

que se empleen en una planta real de generacion ele po .... ,

tencia se determina optimamente haciendo un análisis de

costos, es

lentadores

decir, los gastos . adicionales por los preca -deben quedar más que compensados con la ma-

yor eficiencia del ciclo.

Los principales ti~os de precalentadores son:

a) De ti~o abierto o de mezcla, donde una fracción de

vapor <le c...lta presión proveniente de la turbina se

mezcla con el fluido que es bombeado de 'Jde el pozo ,

del condensador; luego ha de utilizo.rse unO. bomba

,

•

•

,

•

•

•

•

. 198

para llevar esta mezcla ( nr;u::l líquido. ca.liente) ha.s -t ::l la presi6n de oneraci6n de la caldera. (ver Fig .

7.6.). •

b) De tiu o cerrado con bomba de condensado : no es otra

cosa que un in terc8.mbiador (\e tubos y cnrcc..sa; por

108 tub os circula el agua. fr í a impulsacia PO! Ul''}!?. bom -ba de alta presi6n (proveniente del pozo de c onden~a -ci6n ) y por la carcasa circula une. frncci6n de vapor

que viene de la turbina; el vapor se condensa en con -tacto con los tubos fríos , calentsndo el . agua ; pos­

t eri ormente , e l conc1ens3.r: o se impulsa por medio de

una bomba para para mezclarlo con el agua que sale

de los tuboc (ver Fig .7.7.)

•

SOMBA pe CON PENSAD"

.

Vit'ne J~L ('ondt'n~p. do o('

Fig.7.7.- Precalentador .de agua de alimentaci6n de tipo cerr3.do con bómba ce condensad o •

c) De tip o cerrado con flujo ce conclensndo, a través

de una tra'1lpa , hacia el "90zo de conl1.ens aci6n del

·condensac.or: Básicamente -funciona i gus.lr.1en te al 8.n -terior; el vapor condensado pasa a través de una tram -pa, la cual es un dispositivo de ta~año pequelio pero

de gran área de transferencia de calor y, p or lo mi~

mo, impide que cualQ.uier ca.ntidad de vap ibr pase como

tal, es decir, asegura concJensaci6n .1/111"" tI~ ItI.

(u"bi"t\.

total. Y"t."~ JI' lA. fu, áí"""

polO

Fig.7. 8.- Procalentad or de tipo cerI'ad o con flujo de condenand o hacia. el pozo del condensad or.

•

•

•

•

..

• . '

199 • •

la) Eficiencias de los ciclos de notenci~

•

• o _t.

a) Las bases de análisis l as tomamos idealmentc, es d~

cir, asul1imos que cada e Q.uipo constitutivo opera c.2,

mo volumen de . con trol con proce so en fluj o es ta'ci o­

nario y con efectos despreciables de enercía cinéti -ca y potencial.

b) Para el Ciclo de Rankine Bás ico o con S01)reculenta­

miento tendremos (ver' Fig.7.1.): •

i. En la turbina, aceptando que tenga una 'eficiencia

térmica f{M 61.0; si se toma conlO estarl o ideal

2' uno tal que posea s2'= sI y P2'= P2 :

(7.1) •

• • En la bomba ,

es t8C"..0 i deal /~ t • ~~. se t OID.c.'lr a un ,

que 8 4 ,= 83 Y P4'= P4 , con una eficiencia

•

1{,B ,

m~ca • A8~:

iii. En la caldera:

,

h4= h3+ \VB

qA= h l - 114

iv. En el condensador:

•

•

h 2= h1- wM

qB= h2- h3

6 qH= qA - Y{M+- VlB

( 7-/¡.)

( 7.5)

(7.6)

(7.6')

v. Eficiciencia térmica del ciclo

'1l == wN/qA = (wM- VlB)/qA • •

vi. Calor y potencia

• ,

• • • w = m( ""llle VI ) • V1r - 'l/B

- m·"'N= -N B ;1

• • • ~= m(qA- W

N) • Q - W - m.q = - B A N

t al

tér -

•

•

•

•

•

•

•

..

•

..

• •

•

•

•

e

200

e) Para el Ciclo d(~ R3,nlcine con Rccc.lentnmiento (ver

Fig 0704.):

i. En la turbina :

VI = r~

ii. En la bomba :

lii. En la. caldera :

iv o En el conclensacJ. or:

qn= h4 - h 5= qA - (\V~1- ".'lB)

v. Eficiencia térmica del ciclo:

• fJ1 = V! / a = ("" - VI. ) / C1 • '( N -A M n -.a

(708)

(7.10)

(7.11) •

«h - h )+(h - h )-(h - h » . l ' .. . '2' . . . J . . 4' .' . 6 - - "5' , . r ,. ._ • • T •

• «hl - h 6)+(h3

- h 2» ,

d) Para el Ciclo Re[ enerativo (ver Pig07.6.):

•

•

i. B2.1ance de !llo.tGria: Por 1, 6 Y 7 circula

m • Si se 'hace lUla. ex tre.cci6n de en la pri

•

uuede definir la -mera. etap2.. C1e la turbina, se

fracci6n extraida y = m2/m • pero como se tie

ne que , es decir, la fracci6n de

ID2.sa aue nasa Dor 3 ~ . - serc1. • l-y

ii. En el calentador de agua, asumiendo operaci6n

adiabática. y sin trabajo:

y.h2+ (1-Y)h5= h6 (7.13)

es decir, ,y = (h6

- h5)/(h

2- h

5)

iii. En la turbina:

(7.14)

(7.15)

iv. En las bombas:

\VBB= (l-y )(h5- h 4 "

wB.t\= h 7- h6

VlB= wBA + \~¡BB

v. En la caldera:

(7016)

(7017)

(7 .. 18 )

(7.19)

• •

•

• •

•

-

•

•

•

•

•

•

•

•

.'

•

201

vi. En el condensador:

(7.20 )

vii. Eficiencin t~rmica del ciclo:

f = (h1- h,2)-(h1 - h 6).+«1-Y)«h2-11j-(h5- h 4 ).ll

h 1- h7 (7.21)

•

7.2. OICLOi.l PARA MAQUnlAS DE COWffiUSTION INTERNA TIPO MOTOR DE EXPLOSION (5),(6).

a. Los motores (le explosión son máquinas de combusti6n inter -na de cilindro y énbolo, en las cU8.1es la reacci6n del

combustible con el oxígeno ci.el a ire se realiza bien por

chispe, (motor Otto) o 1)or cOlu:prcsión (motor Diesel) .

En estos equipos, la ener.si2. Q..uímica c:.el cO,llbustible se

transforma en enerf"ía mec2,nic8. por e~::plosi6n ele los Bases

encerrados a alta ~resi6n en el cilin~ro; esta energ{a me -cánic9, es es tr2.ns:n~tida :por el éI1bolo que se mueve, a la

palanca de transmici6n o biela y, de ésta.a un eje excéntr.i

co o cigüefíal; e. su vez, el cigll.eñal Llueve el volante.

El ~mbolo o p iSl;6n, dentro del cilin(~ro, no puede moverse

libremente, está restringido por el niseño. Su desplaza­

mien to se realiza r1esde el tt1'lill to rnue~to sU:gerior (pms) 11

•

o extremo de la culata (el más cercano al punto ue ignici6n),

hasta el "punto muerto inferior (pmi)" o del extremo del

cigueiíal (el más alejado del plmto de ignici6n). Así, el

volumen barrido entre estos dos puntos extremos se denomi -na "carrera del pist6n" 6 "cilindrada". El volumen que

hay por encima del pros se denomina "volumen muerto lf ó

"espacio muerto" y"por lo general, es medido como una

fracción 1e la carrera.

Si VD es la carrera, y VNI. es el espacio muerto"se

tendrá que , d onele a es lID número 1)ositivo •

mucho menor que la unidad.

•

•

•

,

...

•

•

202

En 18. incJus tri8 De fabrican motores de CU8.. tro y de (10S

tiempos, siendo éstos {ll tirn03 menos eficientes que los pri -meros, pero mucho más pequeños y livianos Generalmente.

En estas notas s610 nos ocuparemos de los ciclos i deales

para motores de cuatro tiempos; estos ciclos se denominan

"ciclos estándar de aire;; ya que mnestr8n cualitativamente

el funciona.miento de un motor real, suponie~lc1o Clue el flui -do o.e trabaj o cs tan solo aire seco •

•

b. Ciclo Otto: Los cuatro tiempos de lill motor Otto son los •

siguientes:

1) Tiempo 1: Cerrera de Admisión. Estando el uist6n en el

pms se abre la válvula de aJ..misi6n ?3.l"3 aejar pa.sar una

lo cual suce~e has mezcla etornizada de fSasolina y aire,

ta cuanco el ~istón llega al p~i o

-

2) Tiempo 11: Carrera de compresión. Ocurre cuanfw l .').s v41

3)

vulas de admisi6n y descarGa están cO:!1:!:11ots.m.ente

claS, mientras el pist6n se oirice nuev:J.illonte al

corra -pms •

Momentos antes de alcanzarlo, salta 12.. chispa el~ctri­

ca da la bujia y se enciende la mezcla com~rimidR' la

cu21 en el pms alcanza su ffi3xima presi6n.

-Tiempo 111: Carrera de potencia. expansión nrodu .LB se -ce npr el cho(lue e:<:-plosivo de los gFlses ~ ne cO~1bus tión

contra la cara del pistón, lo cual h9.ce que el émbolo • .

ráp irlamen te hacia el • nroducienc1o tra-se mueVa pml , •

bajo . La acci6n es tal que, por reacción, locra que el

volante de dos vueltas corn:r:letas,

r1a completar nuevamente el ciclo

con lo cual se logra -de cuatro tiempos • •

4) Tiempo IV: Carrera 'de descar~·2.. L8. expulsión ele los e§;.

ses de combustión exhaustos se cO:!lpleta 0.1 paGar el pis -tón nuevamente al pms con la válvula ele descar r-a abier -ta, quedando listo el dispositivo 'Dara co:nenZ:lr un vue -vo ciclo.

Cuanüo se quiere "simular" el ciclo, utili?anclo aire como

•

•

•

•

•

.. •

•

•

203

fluicl0 ele trabaj o, ir1ealmen te la admisi6n y la e.:pulsi6n

se hacen a la misffi3 prE>si6n pero en sentido oIJuesto; por

lo tanto, estos dos procesos se anulQn , dando lun:::'1..r 'J. un

c ic 1 o cerr::.rl o co~o se aprecia en ln Fi~. 7.9. p ~

T

0 ... ----------- I

VD -,--+11 V 5

Fig.7.9.- DiaGramas para aire 6 Ciclo

P-V y T­EstánclaI' de

elel Ciclo Otto.

(;,e Otto

Proceso ,

0-1

1 - 2

2 '- 3

3 - 4

4 - O

•

Si nulf1 • • . - «'. I

Carrera ele admisi6n . Reem.1)1~".Z'ar1a por u.n. proce­so te6rico adiabático e isob!;.rico .

Carrera ele com-or.si6n. Reemolazada •

por una com -presi6n adiabática-reversible .

Ignici6n por chispa. Ideallcnte es ree:!l.:'llaza­da por un su~ini8tro ue cslor externo a volu­men constan te. La cn"1 tida(} e.e calor suministra -da debe ser igual a la can'ti'lac1 de calor libe-rada en la combusti6n real.

Carrera de potencia . Reemplnzadapor una expan­si6n adiabática-reversible •

Carrera de descarga . ReeT!l~)l:::tzacla por un retiro de calor isométrico 4-1 y una uescarea te6ri ca adiabática e isobárica 1-0 •

Puede not9..rse ,c6:no el trabaj o 0-1 tiene la mism.a magni­

tud, pero signo contrario, al trabajo 1-0, por lo tanto,

el trabajo neto del ciclo está representado por el área

sombreada. •

Sí, qA= calor suministrado; q~= calor retir8do , y

1{= eficiencia t&rmica del ciclo, y tomando el aire seco

como gas ideal, poelemos hacer los esti:a.ativos de elos formas,

usa.1'ldo las tablas de ' propiedades termo(1inámic".3 del aire

o usanuo el calor específico pro:nc('io COtl':>tantc virtu' 1-

mente irual al medido a 2SoC. En este último caso:

•

•

•

..

•

204 .

f= 1 - (qB/QA) (7.22)

qB= cV( T4

- TI) - cVT

1 ( (T 4/Tl) - 1 ) -•

DA= cy (T3- T

2) - CVT

2«T

3/T

2) - 1 ) -

En los nrocesos'J.di2.báticos-reversibles o isoentr6picos:

•

. .

Haciendo las reorganizaciones algebraicas convenientes:

~ = 1 - (T /T ) = 1 - (y /v )l-k (7.27) 'C 1 2 l 2

El término Vl/V2 se denomina comunmente rclaci6n de com -

presi6n, es elecir , volumentotal .... del cilinüro sobre volu-

men mue-rto ,

•

Entonces:

En caso de uSar las tablas de propiec'<.:C' es terrJ.oc1inquic8.S

del 2,;re (proc('c1imiento más exacto) (~e1Jer~ eV2.,lu2rse un

valor de la relaci6n de capaCidades calorífica k prom~

dio, a partir de relaciones convenientes.

c. Ciclo Diesel: Los cuatro tiempos ' cel motor Diesel son si­

milareas a los del motor Otto:

1) Tiem~o 1: Carrera de admisi6n. En este caso 8610 es ad -mitido aire •

•

2) Tiempo II. Carrera de compresión. 3610 se comprime el .

aire admitido. Cuando el émbolo est6. próximo a llecar

a su pms se inyecta el combustible atomizauo a alta

presi6n; una vez se tiene la mezcla y se ha alcanzado

la máxima presi6n ya en el retorno hacia el • pm). , se

produce la autoignici6n. A 'continuación se sibue

tros dos tiempoa similares a los del ciclo otto.

con o

3) Tiempo 111: Carrera de potencia. No empieza desde el

pms sino más adelante.

4) Tiempo IV: Carrera de descarea.

-

• 205

Este ciclo tpmbién nuede sirnul'-'roe con aire seco:

'" 0---- --- ::-~21,

•

T

•

,

. Fig.7.10.- Diagramas para aire o Ciclo

p-y y Estándar

S T-0 oel Ciclo Diesel de Diesel.

Proceso . Simula --~~~----------------------------------------_.--

0.- 1 •

1 - 2

2 - 3

3 - 4

4 - O

Carrera oe admisi6n . ReeplRzaoa Dar un pro -ceso teórico adiabático e ioobárico •

Carrera de compresión. Reempl~zaca por una compresión isoen tr6pic8 .• E>J.sta aquí 8:nbos c1:, clos, el real y el ideal, utilizan el mismo fluido, aire.

Autoignici6n por c08presi6n. Idea~ente es roempl8.zaclo por 1).11 suministro isobárico de calor.externo. La cantidar oe calor sUIi¡inis­trada debe ser ifV.al a la can. tic".ad d e calor liberada en la combusti6n real •

•

Carrera de potencia. Reeplo.zada por una ex­pansi6n isoentrópica •

. Carrera de c1esoarea. Reemple.zac1a por un reti -ro de calor isométrico 4-1 y u..l1a c"'..escarga te6rica adiabática e isobárica 1-0 •

Asumienao TIgra el aire • cp y cy constantes , se tendrá: •

~Diesel= 1 - - (Cy (T4

- Tl )/Cp (T3

- T2)) (7.29)

T3/T

4 = (Y4/V3)k-l (7.30)

. Sea r = relaci6n de admisión o relaci6n de combusti6n:

C

•

•

•

• , •

•

206

7.3. CICLOS PARA Cor.1PRESORES DE GASE~ y VAPORES (7),( 3 ).

a. CIRsificQci6n: • I •

Desde el punto de vista mec8.nico los COín -presores pueden clasificarse como de desplazamiento posit!

vo (o ele cilindro y émbolo) y de movL.1Íento circul::.r CO{l­

tinuo (o de rotor y eje). Desde el punto de vista t~rmi­

co-ideal, los compresores se -oueoen considera.r adi<:tbp.ti ­

cos, isotérmi cos o -oolitrópicos. Desde el ptmto de vista

d~ la. presión de descarga pueLien ser: ventiladores, cuaQ. •

do se logra incrementar J.a ener~ía cinétic3 del fluido n~

ro la presión no se aumenta mayormente; so:?ladoreo, cuanc.!.o

se logra un meci2.no aumento de presión y un meci8no au~ne!l

to de energía cinética; compresoros propinffi nte dichos ,

c11<'.nclo el aumento de presión es consic'ie-rable rero 18, ener -e;1a. cinética no aument8. mayor mente; bo'c.b'J.s de vacío, cuan

do la descarga se hace a presión ~tmosférica , siendo Dor •

consieu.ien te 13. ac1:nisión 8 menor Dre oi ón ql1 e la n. t,nosfÉ-• rlca. •

Nos ocuparemos de los co;npresoI'e;s propiar:,en te dicho o , de

tipo adiabático, cuyo fluido de trabajo puede ser un ga.3

(como aire) o un vapor (como un refrigerante).

-

b. Ciclos de compresi6n : Un compresor es un equipo de conveE.

si6n de energía ya que convierte el trabajo mecánico en

energía almacenada en el fluido de trabajo a alta presi6n.

Este fluido así comprimido puede ser trans90rtaa o f~cil-

, mente por \ma tubería, puede ser almacenado en un tanque

de poco volumen para ser usado en posteriores procesos, o

como fuerza motriz de equipos neumá.ticos (por ejemnlo),etc.

En los compresores alternativos, el fluido ce trabajo eu

admi tido' cuando jústamente la presión interna sea li[:era­

mente menor que la ~resi6n de ad~isión, con lo cual se l~

era que la válvula de admisi6n se abra. El fluic10 llena

el cilin{\ro hasta cuando el pist6n lla['"R 3. su • pml ,mo-

mento en el cual el c~lbio de dirección c.¡el étnbolohace que I

la presi6n interna aumente, cerrando así l a válvulA. ne

•

•

207

ieoentr6pico) es una expansi6n 0.el espacio muerto . En el

ciclo (b) , para compresi6n isoen tr6pica, el ciclo te6ri

co A-7-B-B-A, representa el comportamiento de una máqui­

na. alternativa hipotética 3in espacio muerto .

c. !!'!lbqJo en comuresor,cs: Si el estado de entrada es 1

y el de salida es 2 t hacemos ." ~ = -c W12 • Entonces, en

términos generales asumiendo flujo est3.cionario con efec­

tds despreciables de energía cinética y potenci31, y en

el caso adiabático:

donde es medido a s - s y 2'- 1

En el caso de un gas ideal con c = cte t Po proceso isoentr6pico, se tendrá:

•

•

k = cte y

(T T) T «T /T) 1) T «p !p )(k-l)/k_l) wc= cp 2- 1 - cp 1 2 1 - = cp 1 2 1

( ,.,.34) • En el caso de un Gas ideal con

térmico, se tendrá:

c == cte Po y proces o 1S0-

wc= Cp Tl eln(P2JP1 ) = qc (7.35)

7.4.- CICLO DE REFRIGERACION POR COMPRESION DE UN VA.POR (9),(10)

a. Proceso de, refrip:,er~.ci611: En términos .::-enerales , cuando se

habla .de refrigerac i6n se e!ltience que se desea conseEuir

un recinto que tenEa una temperatura unferior ,que la del

ambiente. Es claro que este ~o puede ser un nroceso expo~

táneo dado que implica transferencia ele calor desd e un f~ . ,

co frío a uno caliente. Por lo tanto, se hace necesario u-

tilizar un fluido refrigerante al cual pueda bajársele

fáci]~ente la temperatura por medio de una eNpansi6n de

Joule-Thompson (sin calor y sin trabajO); una válvula de

estrangulaci6n logra esto muy econ6raicamente. Corno se ne -cesitan dos niveles de presi6n para la expansi6n, el flui -do expandido habrá que cOrtl-rrimirlo hElsta el nivel donde

comienza la expansi6n •

•

,

•

•

•

•

•

•

...

208

b. Esquem~ mini~o b&sico:

.'

I EHAC/O I RHR/~EAOo 1

Q& • >1

I I I

. ,

COMPR(~OR

UPAf.J', O,", I~O ""LP"A

. Fig.7.12.- Esquema de 1m arrep-lo minim.o para un siste­ma cíclico de refrieeración por cO!ll:9l'eGi6n de un V8. -por ó ciclo de refriceraci6n mecánica .

El refrie;erante, idealmente, en estado eJe V.S.S. en 1

es comprimic1o H('iabáticamente hasta lograr la presi6n de

saturación a la teIÍrperatura 8.mbiente TA

= T3

(estado 2

V .R.); <9.espués se logra una cO!lclensaci6n tat9.1 tr8.n~firien -do calor isob&ricamente 0.1 am.biente hRsta 10.frar L.S. en

el estado 3 , en donde el fluido entra q la v8.1vula ae e" ~'.

pansión para bajar la temperatura y 18. prt·. 3i6n 2. 12.s con-•

diciones del estado 4 (V. H.). Dentro ¿e l espacio re­

frigerado se loera una eva:poruC'ión isotér.aica e' isob3.ric3.

para volver a comenzar el ciclo.

-

c. Ciclo b,8.sico _i0e2.1: Asumiendo fluj o est'3.cionr,.rio con efe.2,

tos des~reciables de energía cinétic~ y potencial .

Proceso

1 - 2

2 - 3

3 - 4

4 - 1

SegÚn lo

e ,. ., onC:lClon • • • • • •

Compresi6n isoentrónica. • w = h - h e 2 1

•

Retiro de calor isobárico. n = h - h3 -A 2

Es traneulaci6n de J oule-Tho,npson. h = h 3 4 Recen~i6n de calor isotérmica e isobúrico..

~

qB= h l - h 4= h l - h 3= qA- Wc

que oe ha dicho se tendrá. oue h l es l~ ental-

•

pia de V.S.S. (h ) la ter:roera tura del • refri-a esp2:.c lO f!

•

geraG.o ( TB

) • h3 es la en tulpiu de I t.' ( hf

) 0 . 18. , ..!. ü.

tempera tura ambiente ( TA

) • h2

es mediclo o. a - S = S f "'2 1 g

•

209

tempera turo, c'lcseaclu dentro del cspacio refriCeracl o.

decir , de acuerdo a lo 2.nterior, COllocie~llJ_ o t3.n !Jolo

Es

y TB

se puec e definir el coeficiente oc operaci6n del

ciclo de refri6eraci6n mecánica.

•

T •

•

"-----,;a..1

/" Fig.7.13.- Diagr anl':l. CUéJ_lito.tivo T-s del Ciclo I Jeo,l

de Refriceraci6n por Comuresi6n ue ~m Vapor o Ciclo Ideal de -Refrigeración tiec&nica.

• •

7.5.- CARTA PSICRO~.:ETRICA y ACONDICIONA1\IIENTO DE AIRE (11),(12) •

.:llt:,'1.Ula S d e sus ?rin -cip3.les propiedades han sido enunciac 8s en el ca11 í tulo 111

de estas notas (ver ecu2ciones 3.13 , 3.19 , 3.25 , y 3 . 26) • •

Esta mezcla ['aseosa, que puel'l e ser consideraQa COJlO un

ideal, es primordialmente importe.nte pues se treta del

aire atmosférico que r SSpirQffi OS y, por lo tanto, será el

fluido de trap2jo en 108 procesos de acondicion~niento del

hábitat par~ el hombre.

b. ProTJiec1ao es b2.s iCQS (1 e las m.ezcla s aire-vaoor de aDUa o . . . .. mezcl~s psicrocrétricr s:

•

1) Punto de rocio: es la temperatura a la cual el vapor

justamen te comienza a condensar, cuando 13. rJ.ezcla se

enfria a presi6n const2llte. -

2) Temperatura de bulbo seco (TBS): es la temperatura que

indica un term6metro ordinario introducido en la mezcla .

3) Tempera~lra de bulbo húmedo (TBR): es la que indica un

teTIfi6metro cubierto con un material absoruente (algodón,

por ejem~lo) a manera de mecha , saturado con líquido,

cuando alcanza el equilibrio térmico con la mezcla a

la cual se le está haciendo la medición •

•

...

•

210 •

4 ) Aire saturaclo : Se (iice que un3, mezcla aire-vD,por de

aeua. está saturado cUQndo, un:1 mínina Y'f'ducci6n en la

tempera turn a pre8i6n constante h2ce que parte (.lel VD,­

por se conden3e . j~s (lecir , en e l punto de rocío 8':~Jtpre

se tendrá aire sa tu.rac1o y lo. presi6n pqrcial (] el vapor

en la mezcla es la presi6n de saturaci6n corresponüien -te a la temperatura de la mezcla . Quede. claro que cu.-.,.n -

,

el aire no está saturado el vapor presente en la mezcla •

se encontrará como vapor recalentado , y por lo ' mismo ,

su presi6n parcial será menor Que la prcsi6n , de vapor

a la temperatura de la mezcla .

5) Humedad relativa ( ~ ) : es la relaci6n entre In masa •

real del vapor y la masa de vanor requerida p[~ra prod~

c ir una mezcla aire-vapor ( 1 e acua sa t-uracla , a 13. mis:a.a . temperatura . Si cada cO;:;lponente S8 cOJlsic', er:..'.. c omo

ideal , al i~al que tOGa la mczc18 , 813 ten '1 reí. :

m / ror. = ( p v/R T)/( P V/U 'r ) = p /p v ua . v v g v v . g

( 7 . 37 )

P - presi 6n p8.rcial del vapor en 12 mezcla v

P = pres i6n de sa~~raci6ll del vapor a la tempe~at-u­g r a de la mezcla .

6) H~unedad especí fica o relaci6n de hThuedad (~) : es la

relación entre la masa del vapor y la masa del aire

w = !1l / m v a

( 7 . 38 )

'I1ly= masa de vapor , y , ID = masa de aire a

. w = (p V . 11 IR. T ) / ( p V. M IR. T ) = (r.~ !1:¡1 ) ( p /p ) ( 7 • 39 )

v v a a v 8 v a

w= 0. 622 (P / p ) = 0 . 622 .P /(p - p) ( 7 . 40 ) v a v v

w = O. 622 • ~ • p /p ( 7 • 40 1 ) g a

7) Grado de sat u r a c i6n <f) : es lo. rc12ci6n entre l a hume ­

dad esp e c í fica, real y la humed8.c1 específi ca elel aire

saturad o a la temDerntura de bul bo seco ,

M = fJ} /w '" sat

( 7 . 41 )

( 0 . 622 . P /( p - P »/( 0 . 622 . P /( p - p » v v {!, g

~(P - P )/(p - p ) (7.4 2 ') g v

•

• 211

Pesto aue P ... v y P son péquefíPls compara,clas con 18. g

prE:si6n total P , el rrado ue 88 turaci6n e s n .... rox im:_L-

damente igu9.l a la humedad rela tiva para cstas mczcl~lS

aire-vapor <1 e aeua a temperaturas y presione '1 embiante •

. . ,

Según lo anterior, un proceso él humedad eopecífica const3Jl -te es aquel en el cual no se a1.lffiCn ta ni cJ imninuye 12 hu!"...:.e -dad ele la mezcla . Si el proceso SE: efectua a prE:'<ü6n tot?.l

constg.nte y a humedad específica constante, la :rl,t;:~:Ji611

parcial (lel vapor permanece también cons.:liante .

Cuando l a lllezcla está. totaJJnente s3.turac1a (~ = lOO/~), en

el punto de rocío, la presi6u. pqrcial {'el vapor e3 i Lual

a la presi6n de s3.turaci6n a esa tempera tura, es de cir,

p = P (evaluada a la tem~eratura ae rocío) ; por lo v g

tanto, las temper?.turas de bulbo seco ~r bulbo hÚlle6ó son

las mismas .

P 1 tu '6 .:1 - " • • c. roceso ce 8'1 r:lCl n 8r'1~U) ' l"tlC~ : , I 4 = = .

Fig. 7.14. Proceso (1 e sa turaci6n adi?b3. tiCé), p':!.r::!. una mezcla de aire y varor de agua •

Una mezcla aire-vanor de agua se hace pasar por u~ reci­

piente que contiene una cantidad <'le agua lírluida (qUE: p0E,

manece conste.nte) durante el tiempo ne<.:es.J.rio como liaru

que la mezcla c;aseosa abandone el reciuiente en estado

saturado. Continuamente se suministra líc;ui<lO fr f-'d CO él. la

temperatura de salida de la mezcla gRseosa , para ir com­

pensando el agua que va retirando el aire . El r ecÍT)iente

está perfect8.mente a~slado pora que no haya interC"l!;lbio de

cRlor con 108 alrddeuores . ARillniGnoo proceso en flujo c~

tRcionario sin proc1ucci6n ni COl1o.:>urno ele trabajo, pouremos

enlicar la primera ley de la termodinálllÍc:J.:

•

,

,

...

•

212

m h-l + m lh l+(m 2- m 1)hf2= m h 2+ ID 2h 2 a a v v v v a B v v_ ( 7.43)

Diviende por

Además:

y

ID : a

(7.43')

Despejando la hU;:J.edad específica a la entrada: •

tV = 1

cua. ( T 2 - TI) +uJ2hf r2

hv1- hf2

SegÚn ec.(7.46), la humedad específica de una mezcla aire-

v~por de agua puede determinarse mediante la meclici6n de

Nótese aue el subíndice a - corresponde al

aire seco y el subíndice v corresponde al vapor p'e agua.

Experimen talmen te, se ha "pod ido de termin8.r que la te!:lperE"L­

tura de bulbo húmedo oe una mezcla aire-va~:)Qr de agua es

aproxinac amente igu3.1 a la temperatura c:e saturaci6n adi3,­

bática.

d. Aproximaciones para las condiciones de bulbo hú~edo: ,. • • " I

P t tu ~ -40 0F Y 250 0F . d ara empera ras enIJre y presJ.ones e vª, .

por menores de 2psia, se cUlnple con gran aproximaci6n la

siguiente expresi6n para la ent3.1pia del vapor de agua en

mezclas psicrom~tricas (con aire atmosf~rico) :

hV': 1061.0 + 0.445 .T , Btu/lbm (7.47) o T : temperatura del vapor en F •

Cuando se presenta congelación del vapor, debe tenerse en

cuenta la cantiClad de energía invo1ucrac3a en el cambio de

( 61 'd) P t tu t 40° 320F, fase vanor-s J. o. ara emper~ ras en re - F Y

se cumplen las siguientes aproximaciones :

Calor latente de sublimación: 1220 Btu/lbm

Entalpía de hielo saturado (equilibrio s61ido-vapor):

hi= -158.9 + 0~467 T ,Btu/lbm (7.48)

o T: en F

Enereía interna del vapor de agua :

u = 1010.3 + 0.335 T ,Btu/lbm g

o (T en F) (7.49)

••

•

Prcsi6n ~e v~nor:

P = g

5.1030.exp(lB.42 - (11. J590/T»

T: temner~t turFl. en oH

213

( 7.50)

TOffi'l,.D.l\o la 8proxi,rlf:l.ci6n de la ec .(7.47), , ,

porrd obtener • •

por reemolazos convenic'1tcs, la si[1.lÍente expresi~>n "9 .ra

la preSi6n de v:;>.nor en fU.l'1ci6n de 18.q con ~ icion(.'c; de bul­

bo húmedo:

. p = p - «p - P )(TES - TBH»/(2300 - TER) v gH gH

P H: presión ele sntur:3.ci6n , D8i:-,., corre.;:;:>orlf tiente 3-

g la tereDera tu::ca de bulbo hÚ; .. 6r'! o

P : Presi6n total de la mezcla ,

T:3S y TBH: te:nperatllra ele bulbo seco y temperatura de bulbo hÚJue::1o, l'es!,ectiv .:lcnte, °F.

Para temper8.turos ce bulbo húTIcdo inferioY'p3 8

Dooli te reco'1 ien:)'l 18. sifUien te e),tn'0~)i ~~l:

( 7 . 5?)

o 32 F,

e. Lg. Cg,rtn Psicro~lé . 'Y'lC~' ~ , . Las re> .:: en t8,(l';,s fin terior

• men te ha.l1 aido re sue 1 t2.s' para v8.rie.s e o.'lb in::.ciones de

TES Y TEH Y con sus Tesul tacos se ha tl~DZ2..do Ull ciiagra­

ma que se conoce como tiJa c8.rta nSiCrO:ll":tric9.". J~l cJiagra -ma se construye p9.ra cierto valor ele presi6n total (p) que

generalmente es 12. atmosférica (14.6960 '9si~. ); por lo

tanto, la carta es solrunente útil par3 mezclas aire seco-• .

vapor ce 8gua (6 rlezcla psicrométrica) El pre3i6n total de

una at-f.l6sf'era absoluta.

Es esta carta también se represent2n línea3 de volumen

con3tante, la3 cue.les proporcion::m el volu:nen d e la mez­

cla aire-vapor por unidad de masa de ~irp seco; est-B par~

me tro se acostu:nbra llamar "volumen llúlnec.:'o de ln mez cla",

y se denota Dor vH • • ( 7.53)

El verdadero volu::Jen especifico de lo. mezcla v - V/m

puede obtenerse el po.rtir (lel bal'lIlce (1e :r.'ttt'ri). y la ec.

(7.53), as1:

-

..

214

m = m + m - m (1 + w) a v a.

( 7.54 • )

Por lo general, en l a mayoría de los procesos m a

es una

cantidad invariable; as í vH

es de gran ut'ilidau en l a'

se.luci6n de problemas jJ>rácticos.

La carta psicr'ométrica ta:nbién presen ta valores de las -entalpías de la mezcla por unidad ele masa de aire, seco .

Este parámetro se denomina "enta lpía húmeda de :;La mezcla ll

t Y pura su cá.lculo se toman distintos estados de re -ferencia, dep~nd iendo de las necesiclac.es y de: los invest!

gadores que hayan construido el d i agr ama ; en lo s libros de

Hol'1lan y de Van Wylen y SOJ1...nte.g se tienen los sir,uientes

estados de referencia:

Entalpía de ,.:tire se co a OOF = 0.0 Btu/lbm

Enta lpía, de C¡;9,:UQ líquida ( sat) a 320F = 0.0 Btu)l'bill

Así, 19, entalpía p8,rB la mezcla se p odrá. calcula r:

R=mh+ mh a a v v

dividiendo por ID a

• • h_J= H/m = h + \.O h -h a a v ( 7.56)

o condiciones embientilles nOl"'rna les (TES entre 32 F Y

Y presión total P de 1.0 a.tilla), cOn gr&'1 o.proxi.llla-

ci6n resulta que las líne~¡,s de TER constante son prácti -camente 11'neas (le entalpía h{ulleüa cons tante (el error es

menor del 1;&). •

Pura un cierto valor de presi6n total de mezcla (por ejem -plo 14,6960 nsi8,), la pre~3i6n :9arcial del vapor de agua. es

una función d irecta (le 18 hume r1 ad específica (recordar que

(J) :::: O. 622P /p ), ·1 e ffi811.er9. que pueden usarse ven taj osarnen v a -

te las dos or{enac1,,,s de l a carta psicrornétrica para deter­

minar los valores de P. v

Ahora, lo más ventajoso parél el estudiante os conocer las

distintas cartas Que se presentan, para poderlas manejar.

•

...

•

•

d ... V\ eL.. ~

n? ....

lit o o-q > ~

A <: ~ llJ o..J ~ (L

215

1':: J.O (rima.. = "le W

s. .. t.... Cl > f

...o -.;

~

<t ~ \J cu .¡ \q

- ~ ~ <-~ ..... o- ti '4')

~ ~/O{/O ~ ¡

-S)

A--~ A \o-w <>

"'-:t: :l :z:

TEMPfRATURA JlE Bf)l80 SE.CO·,) TfJS j 0f

Fig.7.15.- Diagrarna cualitativo c1e una Carta Psicro~né­trica. para l. O a tma . ¿te presi6n tota l c te .

f. Princi"Oales procesos (1e 2 onc1icioTI2.mien to (l.e • 2.1 ... ·e : .. . __ 0.. *_. _ ... • • 1=

Dado que el estudiante puede ampliar mej or l a infol~m3.ción -

ob servando los textos recomeneb .c1 os en l·':). bibliocr.:..1fÍEt , t G.n

s610 se darán ¡os nombres más u sados fe cst03 · ~roCeS OS.

La aplicación cel análisis termodin2~n.lico par a proces os de

acondicionamiento de aire, puede sintetiz8r's e y explic 9..rse

fácilmente , utilizando 1.LYl diagrama psi cromé tr:Lco l)ara cada . .

caso específico.

• Los siguientes son los pric i pa1es procesos pe.ra acondici~

namiento 'de aire: •

1) Dehumidificación por enfriamiento

2) Enfriamiento por evapora ci6n

3) Humidificaci6n por calentamiento

4) Mezcla ac1iabá tica de dos corrien t P. s de a i re hÚúle::.:. o

•

. •

Referencias del capí tl.llo VII ... • I I .. .

(1) D.pp.346-360 ( 7) D.pp.360-368 ( 12) C. pp .540-577

( 2) C.pp.350-418 ( 8) Copp.194-221

(3) J. • (4) B. (9) D.pp.392-394 , ( 5) D.pp.363-374 (lO)oC.PP.512-539

( 6) C.pp.222-255 (11) D.pp.271-305

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