PROYECTO FINAL TERMODINAMICA

MIRNA SOFIA LEAL RUIZ

1.047.370.074

Presentado a:

RUBEN DARIO MUNERA TANGARIFE

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIAE INGENIERIA

INGENIERIA INDUSTRIAL

2015

INTRODUCCION

.

La termodinámica es la parte de la física que trata de los fenómenos relacionados con la energía térmica y de las leyes que rigen su transformación en otro tipo de energía. La variación de energía térmica acumulada en un medio en un proceso de calentamiento o de enfriamiento se obtiene como el producto de la masa del medio, por su calor específico y por el salto térmico. Pero no toda la energía térmica almacenada en un medio es utilizable.

El desarrollo tecnológico ha sido el elemento básico que ha permitido al hombre utilizar nuevas fuentes de energía de manera cada vez más eficiente. Pero este progreso también tiene sus límites.

Todos los procesos de aprovechamiento energético recurren en un momento al intercambio de energía térmica. La energía nuclear genera una energía cinética que se transforma en energía térmica. La energía eólica es consecuencia de las variaciones térmicas en la atmósfera.

TRABAJO COLABORATIVO DE RECONOCIMIENTO

Hacer una investigación bibliográfica sobre aspectos generales de cada uno de los equipos que se listan más adelante con el fin de recopilar información importante que le permita desarrollar el estudio termodinámico en el siguiente trabajo colaborativo.

Los equipos que se deben analizar se presentan en el siguiente listado:

- Calderas y sus equipos auxiliares- Turbinas y sus equipos auxiliares- Compresores y turbocompresores- Bombas de pistón a vapor- Bombas centrifugas- Bombas de calor

Calderas y sus equipos auxiliares

Principio de funcionamiento

Es una maquina térmica diseñada para generar vapor a través de una transferencia de calor a presión constante, con el cual un fluido cambia su fase. Usualmente se utiliza agua que es almacenada en un tanque y de allí alimentara a la caldera.

Fluidos que intervienen en el funcionamiento

Agua en estado líquido, vapor de agua, combustible, aire, refrigerante. Los combustibles empleados pueden ser sólidos (leña, carbón, pellas de madera), líquidos (fuelóleo, gasóleo) o gaseosos (gases licuados de petróleo o GLP, gas natural), lo que determina la forma de funcionamiento de las calderas.

Componentes principales

Hogar o Fogón, puerta hogar, emparrillado, cenicero, puerta del cenicero, conductos de humos, caja de humo, chimenea, regulador de tiro o templador, tapas de registro o puertas de inspección, puertas de hombres, tapas de registro, puertas de explosión, cámaras de agua, cámara de vapor

Equipos auxiliares

Una caldera es un componente de un sistema más amplio y como tal, su correcto funcionamiento depende de otros componentes secundarios, que normalmente son llamados equipos auxiliares para caldera y que son:

- Bomba de alimentación de agua caldera- Tanque de condensados o deareador atmosférico- Cabezal de vapor- Suavizador de agua

Turbinas y sus equipos auxiliares

Principio de Funcionamiento

Una turbina es una máquina de vapor que convierte la energía del vapor en trabajo mecánico.

Fluidos que intervienen en su funcionamiento

El principal es el vapor que es producido en una caldera

Componentes principales

Carcasa, rodete de turbina, alabes, válvula de regulación, cojinetes de apoyo de bancada o radiales, válvula de regulación, cojinete de empuje o axial, sistema de lubricación, sistema de extracción de vahos, sistema de refrigeración de aceite, sistema de aceite de control, sistema de sellado de vapor, virador, compensador.

Compresores y turbocompresores

Principio de funcionamiento

El equipo transforma la energía generada por un motor eléctrico o de combustión en mecánica y este a su vez en energía neumática al comprimir el aire a una presión establecida. El motor es el encargado de generar la energía dinámica necesaria para accionar la bomba del compresor.

Fluidos que interviene en el funcionamiento Para el compresor de aire, el primordial es el aire, hay otros compresores que manejas un gas.

Componentes principales

Tanque, motor (pistón o turbina), cigüeñal, pistón, juego de válvulas, indicadores, reguladores.

Turbocompresor

Es un sistema de sobrealimentación que usa una turbina centrífuga para accionar mediante un eje coaxial con ella, un compresor centrífugo para comprimir gases.

Principio de funcionamiento:

Consiste en una turbina que se acciona por los gases de escape del motor, en cuyo eje se ubica un compresor centrífugo que toma el aire a presión atmosférica después de pasar por el filtro de aire y luego es comprimido en los cilindros a mayor presión, los gases inciden radialmente en la turbina, saliendo de esta manera axialmente después de ceder gran parte de su energía a la misma. El aire entra al compresor axialmente y sale radialmente, con el efecto negativo de aumentar la temperatura, este efecto se contrarresta con el intercooler.

El aumento de la presión consigue introducir en el cilindro una mayor cantidad de oxígeno, dándole mayor fuerza a un motor atmosférico de cilindrada equivalente y con un incremento de consumo proporcional al aumento de masa de aire en el motor de gasolina.

Fluidos que interviene en el funcionamiento:

Aire y gases

Componentes principales:

Bloque, cigüeñal, culata, pistones, camisas, aros de pistón o segmentos, bielas, cojinetes, válvulas, árbol de levas, engranaje de distribución, bomba de aceite, bomba de agua, antivibrador, amortiguador y ejes compensadores

Bombas de pistón a vapor

Principio de funcionamiento:

Están constituidas por uno o varios pistones o émbolos que se mueven dentro de un cilindro con movimiento alternativo de vaivén También conocidas como bomba de vaivén las cuales se pueden acondicionar por medio de una turbina, un motor eléctrico o vapor. Esta bomba funciona por medio del movimiento de vaivén de un perno del pistón para mover el fluido a través de un eje por medio de una cámara en forma de cilindro. A medida que el pistón se mueve a través del cilindro, la presión se acumula y forza la salida del fluido a través de la bomba. Este fluido hace que la bomba vibre debido al movimiento del pistón a través del cilindro.

Fluidos que intervienen en su funcionamiento.

Agua, Corrientes eléctricas

Componentes principales.

Válvulas, Múltiple de descargue, Cañería de descargue, Vástago, Empaquetadura, Pistón, Empaquetadura del Pistón, Cañería de succión, Múltiple de Succión

Bombas centrifugas

Principio de funcionamiento

Las bombas se necesitan para transportar líquidos y vencer las pérdidas de carga en el sistema de tuberías. En instalaciones de bombas con niveles de líquido diferentes es preciso superar además la diferencia de altura geodésica. Las bombas centrífugas son, según su tipo de construcción y transformación de energía, turbo máquinas hidráulicas. Aunque existen numerosos tipos de construcción, todas las bombas centrífugas tienen en común una entrada axial del líquido al rodete de la bomba.

Componentes principales

Tuberías de aspiración, impulsor o rodete, Difusor, Eje

Fluidos que interviene en su funcionamiento

Fluidos en estado líquido

Bombas de calor

Principio de funcionamiento

La bomba de calor es una máquina térmica utilizada en un principio en sistemas de climatización. Debido a la posibilidad de invertir su funcionamiento, en la actualidad se utilizan como calefacción en invierno y como sistema de refrigeración en verano (aire acondicionado reversible). Se pueden encontrar bombas de calor en otras situaciones, como por ejemplo en la combinación de locales con piscina climatizada y sala de patinaje sobre hielo.

Componentes principales

Este tipo de equipos tiene dos partes fundamentales: el foco caliente y el foco frio.

Fluidos que intervienen en su funcionamiento

Fluido Refrigerante, gas

Motores de combustión interna:

Principio de funcionamiento:

Un motor de combustión interna basa su funcionamiento, como su nombre lo indica, en el quemado de una mezcla comprimida de aire y combustible dentro de una cámara cerrada o cilindro, con el fin de incrementar la presión y generar con suficiente potencia el movimiento lineal alternativo del pistón.

Componentes principales:

Colector de admisión, árbol de levas, empujadores, inyector, válvulas, correa de distribución, pistón, medidor del nivel de aceite, cilindro, inyección, filtro de aceite, cigüeñal, cárter de aceite, biela.

Fluidos que intervienen en su funcionamiento:

Refrigeración por agua, es decir el aire refrigera el agua, lubricación con aceite.

Sistema de Refrigeración

Principio de funcionamiento

El sistema de enfriamiento es un sistema constituido de partes y refrigerante que trabajan juntos para controlar la temperatura de operación del motor y obtener un óptimo desempeño.

Componentes principales

El sistema tiene conductos dentro del monoblock y cabezas del motor, una bomba de agua y la banda que la impulsa para que circule el refrigerante, un termostato para controlar la temperatura del refrigerante, un radiador para enfriar el refrigerante, un tapón de radiador para mantener la presión en el sistema y mangueras para conducir el refrigerante del motor al radiador.

Fluidos que intervienen en su funcionamiento

Refrigerante

Torres de enfriamiento

Principio de funcionamiento

Las torres de enfriamiento tienen como finalidad enfriar una corriente de agua por vaporización parcial de esta con el consiguiente intercambio de calor sensible y latente de una corriente de aire seco y frío que circula por el mismo aparato.

Componentes principales

Equipo mecánico, sistema de distribución del agua.

Fluidos que interviene en su funcionamiento

Agua.

Intercambiadores de calor

Principio de funcionamiento

El funcionamiento de los intercambiadores de calor se basa en la transferencia de energía en forma de calor de un medio (aire, gas o líquido) a otro medio. El mecanismo de funcionamiento de los intercambiadores de calor, que logran una separación total entre los dos fluidos sin que se produzca ningún almacenamiento intermedio de calor, se conoce como recuperador.

Componentes principales

Carcasa del intercambiador, cámara de conexión, cámara de retorno, tubos internos, placas tubulares, bafles, sellado del equipo

Fluidos que intervienen en su funcionamiento

Refrigerante de aceite, aire o gases similares con y sin contenido condensable.

TABLA DE CONDICIONE

EQUIPO SISTEMA OPERACION PRODUCTOS VARIABLES ENERGIA

BOMBA IMPULSOR BOMBEO ISOCORICO E ISOTERMICO

PRESION TRABAJO

CALDERA GENERACIONDE VAPOR DEALTA PRESION

CALENTAMIENTO ISOCORICO PRESION,TEMPERATURA

CALOR, TRABAJO

TURBOCOMPRESOR COMPRECION CONDENSACION ISOCORICO TEMPERATURA,PRESION

CALOR,TRABAJO

INTERCAMBIADOR DE CALOR

EVAPORADOR CALENTAMIENTOCONDENSACION

ISOCORICO TEMPERATURA CALOR

DESAIRADOR DESAIRACION CALENTAMIENTO ISOCORICO TEMPERATURA CALOR

TURBOGENERADOR VAPOR SATURADO

CONDENSACIÓN ISOCÓRICO PRESIÓN TEMPERATURA

CALOR

OLLA CONDENSADO CALENTAMIENTO ISOCORICO PRESIÓNTEM´PERATURA

CALORTRABAJO

TRABAJO COLABORATIVO 2

DESAIREADOR VALOR UNIDADTemperatura de agua fresca 12 °CTemperatura de condensado 35 °CPérdida de agua desaireada 2 %

CALDERA VALOR UNIDADVapor generado 22000 Kg/hrPresión de vapor saturado 150 PSIEficiencia de la Caldera 0,8Porcentaje de agua fresca 45 %Combustible Propan

oEficiencia de la combustión. 88 %

BOMBA VALOR UNIDADCaudal Máximo 22000 m3/hrPresión descarga 170 PSI

TURBOCOMPRESOR VALOR UNIDADPorcentaje de vapor que ingresa 6000% %

Presión de salida de vapor 45 PSIEficiencia de la turbina 0,78Relación Wcomp/Wturbina 0,8Eficiencia del compresor 0,8Presión de salida de aire comprimido

150 PSI

1. Determine la temperatura de la mezcla de corrientes al interior del desaireador, suponga que los cambios en las energías cinética y potencial, así como las pérdidas de calor son insignificantes.

T af = 12 ℃

T c = 35 ℃

he=hs

CPs∆T E=CPs∆T S

Si no hay pérdida de calor C pe=CPs

∆T E=∆T S

T ef −¿ Tei=T sf T si¿

35℃−12℃=∆T s

22℃=∆T s

Temperatura de la mezcla de agua fría y condensado

T s=22℃−0,02 (22 )=21,56℃

2. Determine la cantidad de calor requerido en la caldera para la formación del vapor asignado a su grupo.

Q=M .Cp .∆T .

T F=100℃=373,15 K (Vapor )

C p=4,22kjkg

. k = 958kgm3

T i=temperatura del aguaambiente

T i=20℃=293,15k

Q=(22000 kghr )(4,22 kjkg . k ) (373,15−293,15 ) k

Q=7427200 kjhr