UNIDAD 3

Determinar la potencia de una combustión

En el estudio de los motores de combustión interna llamaremos Potencia Indicada a aquélla que, en un principio, calculó el constructor teniendo en cuenta el trabajo realizado por la explosión (o la combustión) durante la carrera útil del pistón (o sea, durante lacarrera de trabajo, esto es, desde el PMS al PMI), y el número de carreras útiles en launidad de tiempo.

Ya es sabido que un motor de explosión de 4 tiempos realiza el ciclo completo en dos vueltas de cigüeñal. Si vamos a calcular el trabajo Wi (Trabajo indicado) desarrollado enuna vuelta, hemos de dividirlo entre 2. Si vamos a usar revoluciones por minuto n,  hemos de dividirlas entre 60 segundos que tiene un minuto para que nos resulte la potencia medida en segundos. Todo ello multiplicado por el número de cilindros.

UNIDAD 4 CLASIFICACIÓN DE LOS GENERADORES DE VAPOR

Determinar la necesidad de un generador de vapor

La generación de vapor para el accionamiento de las turbinas se realiza en

instalaciones generadoras comúnmente denominadas calderas. La instalación

comprende no sólo la caldera propiamente dicha, sino, además, componentes

principales y accesorios tales como:

Economizadores y chimeneas.

Sobrecalentadores y recalentadores.

Quemadores y alimentadores de aire.

Condensadores.

Bombas y tanques de alimentación.

Domos.

En la caldera propiamente dicha se produce el calentamiento, la evaporación y posiblemente el recalentamiento y sobrecalentamiento del vapor. La caldera puede incluir en su estructura alguno de los componentes citados.

Las calderas se pueden clasificar según:

a) El pasaje de fluidos, en humotubulares o acuotubulares.

b) El movimiento del agua, de circulación natural o circulación forzada.

c) La presión de operación, en subcríticas y supercríticas.

Las calderas primitivas consistían en un gran recipiente lleno de agua que era calentado por un fuego en su parte inferior. El gran volumen de agua en estado de ebullición generaba fácilmente situaciones de gran riesgo al excederse la presión máxima admisible. Para aumentar la superficie de contacto gas-metal, y disminuir la cantidad de agua en ebullición se crearon primero las calderas humotubulares, en las que los gases de combustión circulan por tubos inmersos en el agua. El próximo paso en el desarrollo fue la creación de las calderas acuotubulares, en las que el agua circula por tubos que forman las paredes del hogar. De este modo se

maximiza la transferencia de calor y se minimiza el volumen de agua reduciendo el riesgo de explosión.

Tiene la función de producir vapor para ser utilizado en la generación de energía mecánica y eléctrica, y para la alimentación a equipos de procesos. Se ha llegado a plantear que el generador de vapor es el corazón de toda la industria moderna.

Las aplicaciones más comunes de los generadores de vapor hoy en día varían mucho, pero en la vida cotidiana de nuestra sociedad se ha convertido en un artículo presente en muchas de nuestras actividades cotidianas y que en un momento dado puede ser también un artículo que puede servir de mucho en la mejora de la calidad de vida en nuestros hogares. 

Los generadores de vapor se usan hoy en día en: Gimnasios que cuidan la salud de sus clientes, ya que mejora mucho la calidad del aire que se respira y para el deportista mejora mucho el flujo del oxígeno en las fosas nasales, por lo tanto la calidad del aire es mejor en esta actividad.

Se usa también mucho en Spas donde se recrean los ambientes propicios para las actividades que se realizan en este tipo de centros. Centros deportivos donde las actividades se realizan en espacios cerrados para mejorar la calidad del oxígeno.

Determinar la capacidad de un generador de vapor

Para decidir qué tipo de generador necesita debe determinar el tamaño de la habitación en metros cúbicos, para hacerlo multiplique Largo x Ancho x Altura de la misma. Ahora multiplique por el factor que corresponda al tipo de material con el que está acabada la habitación y así obtendrás el volumen que deberá cubrir su equipo de vapor. Fibra de Vidrio/Acrílico (0.80)- Corian (1.00)- Azulejo Cerámico (1.30)- Vidrio (1.35)- Azulejo Porcelanico (1.60)- Piedras Naturales (2.00) Si la piedra natural en espesor excede a 1/2” (2.25). Consideraciones adicionales: Multiplicar por 1.10 por cada pared que de al exterior, la altura máxima del cuarto de vapor deberá ser de 2.44 mts.

A EFICIENCIA DEL GENERADOR DE VAPOR.

Como se expresó anteriormente, para el cálculo de la eficiencia energética del

generador de vapor se utilizará como referencia el “Código PTC 4.1 para unidades

de generación de vapor del ASME”.

El código establece dos métodos para determinar la eficiencia: El método de

pérdidas de calor y el de entradas y salidas (Directo).

1. El método de pérdidas de calor o sea la determinación de la eficiencia

mediante la sustracción en porcentaje de la suma de las pérdidas medidas en

la caldera.

2. El método directo o energía que entrega la caldera en el vapor contra la

energía entregada a la caldera.

Se recomienda utilizar el método de pérdidas, dado que la información requerida

por el método directo obliga al uso de equipos e instrumentos de difícil obtención y

operación.

1.6.1 Método de Pérdidas de Calor.

Consiste en la evaluación de las pérdidas en el generador de vapor y del calor

suministrado como crédito con los fluidos que entran a él. Para la aplicación del

método de pérdidas de calor se requiere determinar lo siguiente:

a. Total de Pérdidas de Calor:

Por gases secos.

Por formación de CO.

Por radiación.

Por la combustión del H2.

Por la humedad del aire.

Por la humedad en el combustible.

Pérdidas no determinadas

b. Créditos.

Calor en el aire de entrada.

Calor sensible en el combustible.

Calor que entra con la humedad del aire.

Calor en el vapor de atomización (externo)

La eficiencia será cuantificada mediante la siguiente expresión:

Eficiencia = (1 - Pérdidas) x 100%

EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LA GENERACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DEL VAPOR

Método de Entradas y Salidas.

En este método lo que se pretende es cuantificar la forma en que es utilizado el

calor suministrado por el combustible, agua de alimentación y créditos. Esto es,

cuánto de este calor es usado para la producción del vapor, que es el objetivo del

sistema de generación, y cuánto calor es perdido por la purga continua y las

pérdidas del generador de vapor.

Para el método de entradas y salidas se requiere evaluar lo siguiente:

Calor que entra con el combustible.

Calor que entra con el agua de alimentación.

Calor que entra por créditos.

Calor que sale con el vapor generado.

Calor que sale con la purga continua.

Calor que sale con las pérdidas en el generador de vapor.

La eficiencia será cuantificada mediante la siguiente expresión:

UNIDAD 5 INTERCAMBIADORES DE CALOR

CRITERIOS PARA LA SELECCION DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR

La selección del tipo de intercambiador de calor a usar, es la experiencia basándose en equipos similares operando en condiciones semejantes. No obstante, si no se posee experiencia previa, deben ser tomados en cuenta los siguientes factores: si la presión de operación está por debajo de 30 bar y la temperatura de operación por debajo de 200 °C, los intercambiadores de placas deben ser tomados en consideración, particularmente el de placas empacadas. A altas temperaturas y presiones, la elección debe estar entre uno de tubo y carcaza, de placas no empacadas y de doble tubo. El último es particularmente competitivo para aplicaciones que involucran pequeñas capacidades de transferencia de calor y altas presiones. En la Tabla I.1- 2 se muestra un resumen de los diferentes tipos de intercambiadores de calor. En la Tabla I.1- 3 y en la Tabla I.1- 4 se comparan los intercambiadores más comunes, mostrando las ventajas y desventajas de cada uno.

ANÁLISIS DE LAS PROPIEDADES DE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR

Tabla I.1- 2: Características de los intercambiadores de calor

Tipo Características constructivas Aplicaciones

Tubo y Carcaza

Haz de tubos dentro de una carcasa cilíndrica,conpresencia de deflectores para generar turbulencia y soportar los tubos. El arreglo de tubos es paralelo al eje longitudinal de la carcaza y puede estar fijo o ser de cabezal flotante. Tubos internos lisos o aleteados.

Multiuso. Prácticamente se amolda a cualquier servicio,por lo general es el primer intercambiador que se considera en una determinada aplicación

Enfriadores con Aire y Radiadores

Haces de tubos soportados por una estructura sobre los que sopla aire en forma cruzada. Los tubos pueden ser lisos o poseer aletas.

Se emplean mucho cuando el costo del agua es elevado o cuando se requiere de una torre de enfriamiento para el agua.

Dos tubos concéntricos en Condensación o

Doble Tuboforma de "U" u horquilla.El tubo interno puede ser liso o poseer aletas

enfriamiento de fluidos, sistemas de enfriamiento de vehículos.

Láminas empacas:PHE con empacaduras

Serie de láminas corrugadas separadas entre sí por empacaduras.

Se utilizan cuando se requieren áreas de transferencia de calor pequeñas (100 a 200 ft2). Son muy útiles en operaciones a altas presiones.

Láminas empacas:PHE sin empacaduras

Serie de láminas corrugadas separadas entre sí y soldadas en sus bordes.

Muy utilizado en la industria alimenticia, sobre todo con fluidos viscosos. Cuando se requieren condiciones sanitarias extremas.

Espiral

Láminas metálicas enrolladas una sobre la otra en forma de espiral.

No presentan problemas de expansión diferencial.Empleados en servicios criogénicos y cuando se manejan fluidos muy viscosos, lodos o líquidos con sólidos en suspensión (industria del papel).

Láminas soldadas

Paquete de láminas separadas por aletas corrugadas.

Intercambio gas-gas o gas-líquido. El fluido que va porla parte de las aletas debe ser limpio y poco corrosivo.

Tubos concéntricos, provistos Muy utilizada cuando

Superficie raspadora de cuchillas raspadoras rotatorias ubicadas en la pared externa del tubo interno, las cuales sirven para limpiar la superficie de transferencia de calor.

se opera con fluidos que se solidifican o cristalizan al enfriarse.

Bayoneta Dos tubos concéntricos. El tubo interno se utiliza para suplir de fluido al ánulo localizado entre el tubo externo y el interno.

Se emplea, generalmente, cuando hay una diferencia de temperatura entre el fluido de los tubos y el del ánulo, sumamente elevada.

Enfriadores de películadescendente

Consisten en tubos verticales por dentro de los cuales desciende agua en forma de película

Enfriamientos especiales

Enfriadores de serpentín Consisten en tubos verticales por dentro de los cuales desciende agua en forma de película

Enfriamientos de emergencia

Condensadores barométricos

Torres donde se produce el contacto directo entre agua y vapor

Se emplean cuando no se mezclan el agua y el fluido de proceso a enfriar

Enfriadores de cascada Se rocía agua sobre una serie de tubos que contienen el fluido de proceso

Para enfriar fluidos de proceso muy corrosivos

Grafito impermeable Equipos construidos con grafito Se emplean en servicios altamente corrosivos