ACTIVIDAD N 2Reconocimiento General deTermodinmica
Elaborado Por:
Genieth Jose Gutierrez Lizarazo Cdigo: 1062806310 Martha Liliana
Lozano Cortes Cdigo: 1062806558 Ivis Meja Ballestero Cdigo:
1064110454 Dairon Restrepo Borja Cdigo: 1062807866
Tutor:
Ruben Daro Munera Tangarife
Grupo: 201015_62
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNADEscuela de
Ciencias Bsicas, Tecnologa e IngenieraSeptiembre de 2014
INTRODUCCION
El siguiente trabajo fue realizado bajo la modalidad de
aprendizaje Trabajo Colaborativo, en el cual encontraran
desarrollada la actividad N 2 Reconocimiento General y de Actores
del curso de Termodinmica. Se le dieron solucin a los siguientes
puntos:Principio de Funcionamiento, Fluidos que intervienen en su
funcionamiento, Componentes principales e imagen o esquema general
de las Calderas, Turbinas, Compresores y turbocompresores, Bombas
de pistn a vapor, Bombas centrifugadas, Bombas de calor, motores de
combustin interna (Otto, Diesel), Sistemas de refrigeracin, Torres
de enfriamiento e Intercaladores de calor.La termodinmica es la
ciencia que se ocupa del estudio de la energa y sus
transformaciones, particularmente la transformacin del calor en
trabajo. En toda industria ya sea qumica, farmacutica o de
alimentos, donde ocurren transformaciones de materias primas
mediante procesos qumicos o fisicoqumicos las consideraciones
energticas son muy importantes y definitivas a la hora de tomar una
decisin frente al diseo de equipos, la implementacin de nuevos
procesos, o realizar cambios en los ya existentes.
TABLA DE CONTENIDO
1. Calderas y sus equipos auxiliares1.1. Principio de
funcionamiento..5 Fluidos que intervienen en su funcionamiento...5
Componentes principales...6 Imagen o esquema general.6
2. Turbinas y sus equipos auxiliares 2.1. Principio de
Funcionamiento.7 2.2. Fluidos que intervienen en su
funcionamiento..7 2.3. Componentes Principales...7 2.4. Imagen o
esquema general8 3. Compresores y turbocompresores. 3.1. Principio
de Funcionamiento.83.2. Fluidos que intervienen en su
funcionamiento..93.3. Componentes principales...93.4. Imagen o
esquema general.9
4. Bombas de pistn a vapor.4.1. Principio de
Funcionamiento...104.2. Fluidos que intervienen en su
funcionamiento.114.3. Componentes
principales.........................................................................................11
4.4. Imagen o esquema general...115. Bombas centrifugas. 5.1.
Principio de funcionamiento125.2. Fluidos que intervienen en su
funcionamiento.12 5.3. Componentes principales.125.4. Imagen o
esquema general...13
6. Bombas de calor.6.1. Principio de funcionamiento146.2.
Fluidos que intervienen en su funcionamiento.156.3. Componentes
principales.156.4. Imagen o esquema general...15
7. Motores de combustin interna. 7.1. Principio de
funcionamiento16 7.2. Fluidos que intervienen en su
funcionamiento.16 7.3. Componentes principales.16 7.4. Imagen o
esquema general...17
8. Sistema de refrigeracin. 8.1. Principio de funcionamiento17
8.2. Fluidos que intervienen en su funcionamiento.18 8.3.
Componentes principales.18 8.4. Imagen o esquema general...18
9. Torres de enfriamiento. 9.1. Principio de funcionamiento19
9.2. Fluidos que intervienen en su funcionamiento.20 9.3.
Componentes principales.20 9.4. Imagen o esquema general...20
10. Intercambiadores de calor. 10.1. Principio de
Funcionamiento.21 10.2. Fluidos que intervienen en su
funcionamiento...21 10.3. Componentes principales...21 10.4. Imagen
o esquema general.22
CONCLUSION...23BIBLIOGRAFIA....24
OBJETIVOS
Objetivo General: Analizar y desarrollar los estudios
Termodinmicos de los equipos industriales para el funcionamiento de
una Planta Industrial.
Objetivos Especficos. Realizar una breve presentacin en el foro.
Conocer los equipos industriales en los que se aplican los
principios termodinmicos. Hacer una investigacin bibliogrfica y
recopilar informacin de los equipos industriales.
1. Calderas y sus equipos auxiliares.1.1. Principio de
funcionamiento.La caldera es una mquina o dispositivo de diseado
para generar vapor. Este vapor se genera a travs de una
transferencia de calor proveniente de una fuente externa y a presin
constante, en la cual el fluido, originalmente en estado lquido, se
calienta y cambia su fase. Segn la ITC-MIE-AP01, caldera es todo
aparato de presin donde el calor procedente de cualquier fuente de
energa se transforma en energa utilizable, a travs de un medio de
transporte en fase lquida o vapor.
1.2. Fluidos que intervienen en su funcionamiento.
Agua de alimentacin: es el agua de entrada que alimenta el
sistema, generalmente agua de pozo o agua de red con algn
tratamiento qumico como la desmineralizacin. Agua de condensado: es
el agua que proviene del estanque condensador y que representa la
calidad del vapor. Vapor hmedo o saturado: Vapor con arrastre de
espuma proveniente de un agua de alcalinidad elevada. Condensador:
sistema que permite condensar el vapor. Estanque de acumulacin: es
el estanque de acumulacin y distribucin de vapor. Des aireador: es
el sistema que expulsa los gases a la atmsfera. Fogn u hogar: alma
de combustin del sistema, para buscar una mejora de los recipientes
y circuitos establecidos por la caldera. Combustible: material que
produce energa calrica al quemarse se puede usar gas, A.C.P.M,
gasolina o carbn. Agua de calderas: agua de circuito interior de la
caldera, cuyas caractersticas dependen de los ciclos y del agua de
entrada.
1.3. Componentes principales: Aunque una caldera puede terne un
sinfn de elementos, los bsicos para su funcionamiento son los
siguientes: Tanque de agua.
Condensador.
Bamba de recirculacin y empuje.
Quemadores.
Tanque de combustin.
Chimenea de gasas de combustin.
Turbina
Tubos de circulacin.
Generador.
1.4. Imagen o esquema general.
Figura 1. Caldera, recuperado de
http://www.sabelotodo.org/termicos/caldera.html2. Turbinas y sus
equipos auxiliares.2.1. Principio de Funcionamiento.La turbina es
un motor rotatorio que tiene como fin convertir en energa mecnica
la energa de una corriente de agua, vapor de agua o gas. El
elemento bsico de la turbina es la rueda o rotor, que cuenta con
palas, hlices o cuchillas colocados alrededor de su eje central, de
tal forma que el fluido en movimiento produce una fuerza que
impulsa la rueda y la hace girar. Esta energa mecnica se transfiere
a travs de un eje para proporcionar el movimiento generalmente de
un generador elctrico o una hlice.
2.2. Fluidos que intervienen en su funcionamiento.Fluidos que
intervienen en una turbina vara dependiendo de su funcin pero en
general los principales fluidos son: Agua en estado lquido, vapor
de agua, combustible, aire y refrigerante.
2.3. Componentes Principales. Las turbinas tienen diferentes
componentes dependiendo de su funcin y de su forma pero en general
estn compuestas por el cuerpo de rotor, las coronas fijas, las
cuales se pueden definir como elementos las cuales guan el agua
hacia las aspas, las vlvulas de regulacin y la conexin con el
generador de energa, adicionalmente se encuentran los tubos de
circulacin.
2.4. Imagen o esquema general.
Figura 2. Turbina y generacin de energa hidroelctrica,
recuperado de www.vidacotidianitica.blogspot.com.
3. Compresores y turbocompresores.3.1. Principio de
Funcionamiento.Los turbocompresores son muy utilizados en el rea
automovilstica para generar mayor potencia y as mayor velocidad y
torque a un automvil en especial a los que poseen motores a disel;
en el aspecto industrial es el mismo se utilizan para generar mayor
potencia sin aumentar el tamao del motor y as su peso.El principio
bsico de los turbocompresores es el de comprimir al mximo el aire
de entrada hacia los cilindros en donde se genera la mezcla de
combustible, oxgeno y chispa, la llevar ms oxgeno en el aire
comprimido hace que la mezcla de combustible sea ms rica en oxgeno
y genera mayor combustin lo cual genera mayor potencia y fuerza; la
comprensin del aire se realiza mediante un compresor el cual topa
aire del exterior y lo comprime hasta un 50%.
3.2. Fluidos que intervienen en su funcionamientoEl principal
fluido de los turbocompresores y los compresores el aire que debe
ser rico en oxgeno para que genere una mayor combustin. De igual
manera los fluidos suelen cambiar dependiendo de la funcin del
compresor.
3.3. Componentes principales.Los elementos del compresor y turbo
compresor son el cuerpo, la rueda de compresor, la turbina y la
entrada de aire y la descarga de aire.
3.4. Imagen o esquema general.
Figura 3.Turbocompresor corte longitudinal, recuperado de
www.vidacotidianitica.blogspot.comLos turbo compresores se dividen
en dos secciones que tienen los siguientes componentes
principales:Seccin compresor Entrada del aire ambiente al compresor
Rueda del compresor Descarga del aire del compresorSeccin turbina
Entrada de descarga de los gases Rueda de la turbina Salida de
descarga de gases
4. Bombas de pistn a vapor.4.1. Principio de Funcionamiento.Una
bomba de pistn a vapor es un motor de combustin externa que
transforma laenerga trmicade una cantidad deagua en energa mecnica.
En esencia, el ciclo de trabajo se realiza en de la siguiente
manera: Se genera vapor de agua en una calderacerrada por
calentamiento, lo cual produce la expansin del volumen de un
cilindro empujando un pistn. Mediante unmecanismo de biela,
elmovimiento linealdel pistn dentro del cilindro se transforma en
un movimiento de rotacin que acciona, por ejemplo, las ruedas de un
treno el rotor de un generador elctrico. Una vez alcanzado el final
de carrera el mbolo retorna a su posicin inicial y expulsa el vapor
de agua utilizando la energa cintica de unvolante de inercia.El
vapor a presin es controlado mediante una serie devlvulas de
entrada y salida que regulan la renovacin de la carga; es decir,
los flujos del vapor hacia y desde el cilindro.
4.2. Fluidos que intervienen en su funcionamiento. El principal
fluido de una bomba de pistn a vapor es el agua en estado lquido y
el vapor de agua.
4.3. Componentes principales.Los principales componentes de esta
mquina son: fuente de calor o combustible, caldera, agua, vapor,
tuberas de conduccin, vlvulas reguladoras, cilindro, pistn y
condensador.
4.4. Imagen o esquema general.
Figura 4.bomba de pistn a vapor, recuperado de
http://blog.enrisuma.com/tag/bombas-desplazamiento-positivo/.
5. Bombas centrifugas. 5.1. Principio de funcionamiento.Las
Bombas centrfugas, son mquinas que siempre utilizan el principio de
la rotacin y son un tipo de bomba hidrulica que transforma la
energa mecnica para impulsar un fluido. La impulsin del fluido
ocurre de la siguiente manera; El fluido entra por el centro del
rodete, que dispone de unos labes para conducir el fluido, y por
efecto de la fuerza centrfuga es impulsado hacia el exterior, donde
es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el
contorno de su forma lo conduce hacia las tuberas.Una bomba
funciona bsica mente trasfiriendo su energa mecnica al fluido, Para
esto se necesita que el sistema absorba energa de alguna una fuente
o maquina motriz, ya sea un motor elctrico, uno de combustin
interna, o una turbina de vapor o gas, etc.
5.2. Fluidos que intervienen en su funcionamiento.Los Fluidos
que intervienen en una bomba centrifuga vara dependiendo de su
funcin ya que estas mquinas pueden ser utilizadas para impulsar
todo tipo de fluidos desde agua potable asta cemento u otros
fluidos de una densidad y viscosidad elevada. Pero en general los
principales fluidos son: Agua en estado lquido, combustible
etc.
5.3. Componentes principales.El componente principal de toda
bomba centrifugada es el rodete, ya que es el responsable del
incremento de energa a travs de la mquina. Tambin son importantes
los elementos difusores o recuperadores de energa esttica, por el
efecto de rendimiento de la bomba y los elementos de estanqueidad y
guiado motriz, por efecto de funcionamiento, la esperanza de vida y
el mantenimiento.
5.4. Imagen o esquema general.
Figura 5. Bomba centrifuga y sus componentes, recuperado de
www.vidacotidianitica.blogspot.com.
6. Bombas de calor. 6.1. Principio de funcionamiento.Una bomba
de calor es una mquina que transfiere energa trmica desde una
fuente de baja temperatura a otra ms caliente de mayor temperatura.
Recibe este nombre por analoga con las bombas de agua, que permiten
subir el agua desde un nivel bajo a otro ms alto.Para lograrlo es
necesario un aporte de trabajo, ya que la segunda ley de la
termodinmica dice que; el calor se dirige de manera espontnea de
una fuente caliente a otra fra, hasta que sus temperaturas se
igualen, y no al revs. 6.2. Fluidos que intervienen en su
funcionamiento.El principal fluido de las bombas de calor es un
refrigerante con un bajo punto de ebullicin que vara de lquido a
vapor, dependiendo de la parte del ciclo en el que se
encuentre.
6.3. Componentes principales.Una bomba de calor por compresin
tiene los siguientes componentes: un fluido refrigerante con un
bajo punto de ebullicin, un compresor, un intercambiador de calor
llamado 'condensador', una vlvula de expansin y un intercambiador
de calor llamado evaporador.
6.4. Imagen o esquema general.Figura 6. Bomba de calor,
recuperado de http://Icsustenta.com/bomba de calor/
7. Motores de combustin interna. 7.1. Principio de
funcionamiento.En el motor disel hay diferencias en el mtodo de
hacer llegar el combustible a los cilindros del motor y en la forma
en que ocurre la combustin. En el motor de gasolina el combustible
entra a los cilindros como una mezcla de aire y combustible y la
inflamacin o ignicin de la mezcla se produce por una chispa
elctrica en las bujas. En el caso del disel, el combustible se
inyecta en el cilindro en forma de chorro de roci atomizado (se
llamara atomizacin) y la ignicin ocurre debido a la elevada
temperatura del aire que hay dentro del cilindro en el cual se
inyecta el combustible. El nombre de ignicin por compresin se
relaciona con el modo de funcionamiento del motor. Los motores
disel se disean con relaciones de compresin muy altas, que producen
presiones elevadas y por tanto, temperaturas muy altas en el aire
que se comprime en las cmaras de combustin del motor. Estas
temperaturas son lo bastante altas para hacer que se inflame el
combustible que en forma de chorro de ricio es atomizado en la
cmara de combustin. Por ello, se ver que la compresin ocasiona la
ignicin y por tanto a estos motores se les conoce como de ignicin
por compresin.
7.2. Fluidos que intervienen en su funcionamiento.Los Fluidos
que intervienen en un motor de combustin interna vara dependiendo
de su ciclo mediante el cual funciones. Pero en general los
principales fluidos son: combustible en estado lquido gasolina o
ACPM, una mescla gaseosa de combustible y aire, refrigerante y
lubricante.
7.3. Componentes principales.Bloque de cilindros (monoblock),
Culata (cabeza) de cilindros, Cigeal, Depsito de aceite (Carter),
Pistones y bielas, rbol de levas y vlvulas, Tapa de balancines,
Engranes de sincronizacin (tiempo), Volante del motor. 7.4. Imagen
o esquema general.Figura 7. Motor de combustin interna recuperado
de: attp://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn63.html.
8. Sistema de refrigeracin. 8.1. Principio de funcionamiento.Los
denominados sistemas de refrigeracin corresponden a un conjunto
arreglos mecnicos que utilizan propiedades termodinmicas de la
materia para trasladar energa trmica en forma de calor entre dos o
ms focos. Ests mquinas estn diseados en la medida que se requiera
disminuir las temperaturas del producto almacenado en cmaras
frigorficas o cmaras de refrigeracin las cuales pueden contener una
variedad de productos.Los sistemas de refrigeracin utilizan el
siguiente principio de funcionamiento: hacen circular un
refrigerante a travs de un ciclo que consta de las siguientes fases
condensacin-expansin-evaporacin-compresin. Durante la condensacin
el aire del ambiente se utiliza para enfriar el refrigerante, por
este motivo la temperatura ambiente es un factor importante en el
proceso. Ya que mientras elevada este la temperatura ambiente mayor
trabajo ejercer el compresor y mayor ser el consumo energtico de
ste.
8.2. Fluidos que intervienen en su funcionamiento.El principal
fluido de los sistemas de refrigeracin es un refrigerante con un
bajo punto de ebullicin que vara de lquido a vapor, dependiendo de
la parte del ciclo en el que se encuentre.
8.3. Componentes principales.Un sistema de refrigeracin tiene
los siguientes componentes: un fluido refrigerante con un bajo
punto de ebullicin, un compresor, un intercambiador de calor
llamado 'condensador', una vlvula de expansin y un intercambiador
de calor llamado evaporador.
8.4. Imagen o esquema general.
Figura 8. Sistema de refrigeracin recuperado de
http://Icsustenta.com/refrigeracin9. Torres de enfriamiento. 9.1.
Principio de funcionamiento. Las torres de enfriamiento son
estructuras utilizadas para refrigerar agua a temperaturas muy
altas. Grandes torres de refrigeracin industriales son instaladas
con el fin de reducir la temperatura del agua empleada como
refrigerante en plantas de energa, refineras de petrleo, plantas
petroqumicas, plantas de procesamiento de gas natural y otras
instalaciones industriales.Las torres de enfriamiento funcionan
utilizando el principio de la evaporacin del agua para rechazar el
calor de un proceso tal como la generacin de energa elctrica en las
plantas nucleares. El tamao de una torre de enfriamiento es funcin
del volumen de material a enfriar.Clasificacin de los sistemas de
enfriamientoTipo de SistemaNombre GenricoFluido de
enfriamientoAcondicionamiento del medio para rechazo de
calorDispositivo
HmedoAbiertoAgua de mar, rio o lago----------------Agua de mar,
rio o lago
CerradoAguaTiro mecnicoTiro naturalTorre de enfriamiento
humedad
SecoDirectoAireTiro mecnicoTiro naturalAero-condensador
IndirectoAguaTiro mecnicoTiro naturalTorre de enfriamiento
seca
HibridoEn serieAguaTipo mecnicoTorres separadasTorres
integradas
En paraleloAguaTipo mecnicoTorres Separadas
9.2. Fluidos que intervienen en su funcionamiento.El principal
fluido de una torre de enfriamiento es el agua en estado lquido y
el vapor de agua.
9.3. Componentes principales.Los Principales Componentes de las
torres de enfriamiento son: el condensador de superficie, la torre
hmeda, las bombas y la tubera respectiva.
9.4. Imagen o esquema general.
Figura 9. Torre de enfriamiento recuperado de
http//:mantenimientoindustrial.wikispaces.com/tarres+de+refrigeracin,+nociones.
10. Intercambiadores de calor. 10.1. Principio de
Funcionamiento.Un intercambiador de calor es un dispositivo diseado
con el propsito de transferir calor entre dos medios, los cuales
generalmente se encuentra separados por una barrera y en ocasiones
mediante contacto directo. Estos dispositivos hacen parte
importantes de los sistemas de calefaccin, refrigeracin,
acondicionamiento de aire o produccin de energa.Estos dispositivos
funciona utilizando el principio de la segunda ley de la
termodinmica dice que; el calor se dirige de manera espontnea de
una fuente caliente a otra fra, hasta que sus temperaturas se
igualen de esta manera estos dispositivos pueden ser utilizados
para calentar o enfriar una sustancia.Un ejemplo tpico de
intercambiador de calor es el radiador del motor utilizado en un
automvil, en este el fluido refrigerante o agua calentado por la
accin del motor, se enfra por la corriente de aire que fluye entre
el ayudado por un ventilador y, a su vez, reduce la temperatura del
motor volviendo a circular atreves del interior del mismo, pero los
ms utilizados en la industria son los intercambiadores de calor de
carcasa y tubos.
10.2. Fluidos que intervienen en su funcionamiento.Los Fluidos
que intervienen en un intercambiador de calor vara dependiendo de
su funcin ya que est relacionado directamente con el diseo, pero en
general atreves de esta dispositivo puede fluir; agua en estado
lquido, vapor de agua, lquidos refrigerantes, y vapor de lquido
refrigerante y aire.
10.3. Componentes principales.Los componentes principales de
este intercambiador son: El haz de tubos (o banco de tubos),
carcasa, cabezal fijo, cabezal removible (o trasero), deflectores,
y la placa tubular.
10.4. Imagen o esquema general.
Figura 10. Intercambiador de calor tipo tubo o carcasa
recuperado de
http://es.wikipedia.org//wiki/Intercambiador_de_calor_de_carcasa_y_tubos
CONCLUSIONGracias al desarrollo de esta actividad, logramos
afianzar nuestros conocimientos en el curso de Termodinmica,
enfocada en el tema de la investigacin de los equipos industriales
en los que aplicaremos los principios termodinmicos; mediante una
investigacin bibliogrfica sobre el principio de funcionamiento,
fluidos que antevienen en su funcionamiento, componentes
principales e imgenes o esquema general de las calderas, turbinas,
comprensores y turbocompresores, bombas de pistn a vapor, bombas
centrifugadas, bombas de calor, motores de combustin interna,
sistemas de refrigeracin, torres de enfilamiento e intercaladores
de calor.Para todo ingeniero, el estudio de la termodinmica es muy
importante porque nos brinda las herramientas conceptuales
necesarias para realizar el anlisis de las condiciones energticas,
evaluar la eficiencia y tomar las decisiones pertinentes frente al
diseo, control y optimizacin de procesos.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Bruzoz, T. (2013, 04). Calderas de vapor.
http://www.sabelotodo.org/. Recuperado 08, 2014, de
http://www.sabelotodo.org/termicos/caldera.html
VCN Cultura que gira sin parar
http://vidacotidianitica.blogspot.com/2011/02/turbinas-y-generacion-de-energia.html
Turbocompresor. (2014, 10 de noviembre). Wikipedia, La
enciclopedia libre. Consultada desde
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Turbocompresor&oldid=78061072.
Muoz Snchez, E. (2013, 03). Bombas de desplazamiento positivo:
Introduccin. www.enrimusa.com. Recuperado 08, 2014, de
http://blog.enrimusa.com/bombas-de-desplazamiento-positivo-introduccion/
Bomba centrfuga. (2014, 3 de septiembre). Wikipedia, La
enciclopedia libre. Consultado desde
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Bomba_centr%C3%ADfuga&oldid=76761663.
Bomba de calor. (2014, 22 de noviembre). Wikipedia, La
enciclopedia libre. Consultada desde
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Bomba_de_calor&oldid=78297227.
Rodrguez Galbarro, H. (2012, 10). - Tutorial N 63 -La Potencia y
el Par Motor, www.ingemecanica.com. Recuperado 08, 2014, de
http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn63.html
Refrigeracin (2014, 01). www.lcsustentasystems.com. Recuperado
01, 2014, de http://lcsustenta.com/refrigeracion/
Garca Garrido, S. (2013, 09). DESCRIPCIN Y MODO DE
FUNCIONAMIENTO DE TORRES DE REFRIGERACIN. Renovec. Recuperado 08,
2014, de
http://mantenimientoindustrial.wikispaces.com/Torres+de+refrigeracion,+nociones
Intercambiador de calor de carcasa y tubos. (2014, 25 de
septiembre).Wikipedia, La enciclopedia libre. Consultado desde
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Intercambiador_de_calor_de_carcasa_y_tubos&oldid=77177700.
