MQUINAS TRMICAS

Las mquinas trmicas son mquinas de fluido compresible:

En los motores trmicos, la energa del fluido se transforma en energa mecnica.

En el caso de generadores trmicos, el fluido incrementa su energa al atravesar la mquina.

Teniendo en cuenta lo anterior, podemos clasificar las mquinas trmicas tal como se recoge en el cuadro siguiente. Mquinas trmicas Motoras Volumtricas Alternativas (Mquina de vapor) Rotativas (Motor rotativo de aire caliente) Alternativas (Compresor de mbolo) Rotativas (Compresor rotativo)

Turbomquinas Turbinas Generadoras Volumtricas

Turbomquinas Turbocompresores

CALDERA

Calderas a petrleo. Una caldera es una mquina o dispositivo de ingeniera que est diseado para generar vapor saturado. ste vapor se genera a travs de una transferencia de calor a presin constante, en la cual el fluido, originalmente en estado liquido, se calienta y cambia de estado. Segn la ITC-MIE-AP01, caldera es todo aparato a presin en 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. Las calderas son un caso particular de intercambiadores de calor, en las cuales se produce un cambio de fase. Adems son recipientes a presin, por lo cual son construidas en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas. Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, las calderas son muy utilizadas en la industria para generarlo para aplicaciones como:

Esterilizacin (Tindarizacin), es comn encontrar calderas en los hospitales, las cuales generan vapor para esterilizar los instrumentos mdicos, tambin en los comedores con capacidad industrial se genera vapor para esterilizar los cubiertos.

Calentar otros fluidos, por ejemplo, en la industria petrolera se calienta a los petrleos pesados para mejorar su fluidez y el vapor es muy utilizado. Generar electricidad a travs de de un ciclo Rankine. Las calderas son parte fundamental de las centrales termoelctricas.

Es comn la confusin entre caldera y generador de vapor, pero su diferencia es que el segundo genera vapor sobrecalentado. Tipos de caldera

Acuotubulares: son aquellas en las que el fluido de trabajo se desplaza a travs de tubos durante su calentamiento. Son las ms utilizadas en las centrales termoelctricas, ya que permiten altas presiones a su salida, y gran capacidad de generacin.

Pirotubulares: en este tipo el fluido en estado lquido se encuentra en un recipiente, y es atravesado por tubos por los cuales circula fuego y gases producto de un proceso de combustin. Modelo GVL-H

La caldera de vapor INSTANVAP, modelo "GVL-H", es del tipo horizontal pirotubular de hogar interior centrado, con tres pasos de gases, por lo que se obtiene un rendimiento trmico mximo.

La combustin se produce y completa dentro del hogar, totalmente rodeado y refrigerado por agua, pasando luego los humos resultantes a travs de los tubos e invirtiendo su sentido de circulacin en las cajas anterior y posterior con lo que se aprovecha al mximo su calor, para finalmente expulsarlo a la atmsfera por la chimenea. La caldera es de cmara hmeda, completamente rodeada y refrigerada de agua, sin

necesidad de refractario en su cara posterior, con el consiguiente aumento de rendimiento, as como ahorro econmico y de mantenimiento Dispone de una abertura de inspeccin y registro de gases en la parte posterior, que se abre automticamente al producirse cualquier sobrepresin en el hogar, ya que esta concebida como vlvula de escape, en el caso de una posible acumulacin de gases en su interior. De este modo se aumenta la seguridad pasiva del generador, a la vez que se permite un fcil acceso, para la inspeccin y limpieza del interior de la cmara de combustin. Un registro de hombre, en la parte superior de la caldera y portillas de inspeccin, en las partes frontal y trasera de la misma, permiten realizar las revisiones y trabajos de limpieza requeridos para el buen mantenimiento del interior de la caldera. En la parte anterior y posterior de la caldera tenemos las puertas de acceso a los tubos de humos, estando sujetadas por tornillos preparados para que no se bloqueen a causa de la temperatura. Una vez quitados estos, las tapas quedan sujetadas por unos puentes giratorios, que hacen que la inspeccin y en su caso la limpieza sea un trabajo sencillo y de rpida realizacin.

La caldera de vapor INSTANVAP "GVL-H", de construccin robusta y compacta, se suministra como un conjunto "monobloc" montada sobre una slida bancada, lista para su rpido montaje y puesta en servicio.

TABLA DE CARACTERSTICAS DE LAS CALDERAS DE VAPOR GVL-H

Superficie Modelo Produccin kg/v/h de calefaccin m GVL-H 4 GVL-H 8 GVL-H 12 GVL-H 13 GVL-H 20 GVL-H 30 GVL-H 35 GVL-H 50 GVL-H 250 GVL-H 150 300 500 500 800 1000 1500 2000 2500 4,20 8,45 13,34 13,48 22,90 29,90 41,46 54,75 70,98 85,22 113,49

Volumen a nivel medio m 0,32 0,61 0,95 1,11 1,24 1,65 1,86 2,30 5,09 6,08 8,87

Longitud Ancho Altura mm mm mm

HD

1 400 1 800 2 300 2 300 2 800 3 000 3 300 3 400 4 106 4 688 5 446

800 1500 1600 1600 1800 1800 2000 2200 2500 2600 2600

**** **** 1668 **** 1890 1970 1952 2264 2602 2666 2811

1,245 1,550 2,364 1,664 2,636 2,700 2,819 3,124 2,036 2,160 3,781

3000 300 GVL-H 4000

400 GVL-H 500 GVL-H 600 GVL-H 700 GVL-H 800 GVL-H 1000 GVL-H 1200 GVL-H 1400 GVL-H 1600 GVL-H 1800 GVL-H 2000 GVL-H 2500

5000 6000 7000 8000 10 000 12 000 14 000 16 000 18 000 20 000 25 000

143,38 171,20 198,58 228,50 284,43 342,30 399,13 473,51 526,14 563,81 710,30

10,06 11,96 13,93 15,95 19,94 23,88 27,88 31,26 35,32 38,20 47,28

5 856 6 306 6 506 6,906 7 506 7 956 8 350 9 300 9 830 8 300 8 900

2750 2900 3050 3250 3400 3600 3700 4250 4300 5100 5400

2955 3150 3294 3404 3578 3731 3873 3920 4010 4550 4900

3,925 4,420 4,564 4,674 4,948 5,223 5,373 5,320 5,140 6,050 6,400

MODELO "CBC" La caldera de vapor INSTANVAP modelo "CBC" es del tipo horizontal pirotubular de hogar interior centrado, con tres pasos de gases, por lo que se obtiene un rendimiento trmico mximo. La combustin se produce y completa dentro del hogar, totalmente rodeado y refrigerado por agua, retornando los humos resultantes a travs del mismo hogar, pasando posteriormente por el haz tubular con el aprovechamiento al mximo del calor, para finalmente expulsarlo a la atmsfera por la chimenea. La caldera es de cmara hmeda, completamente rodeada y refrigerada de agua, sin necesidad de refractario en su cara posterior, con el consiguiente aumento de rendimiento, asi como ahorro econmico y de mantenimiento

Un registro de hombre, en la parte superior de la caldera, y portillas de inspeccin, en las partes frontal y trasera de la misma, permiten realizar las revisiones y trabajos de limpieza requeridos para el buen mantenimiento del interior de la caldera. En la parte anterior de la caldera tenemos la puerta de acceso a los tubos de humos al hogar, estando sujetadas por tornillos preparados para que no se bloqueen a causa de la temperatura, una vez quitada la tapa queda sujetada por unas bisagras giratorias, que hacen que la inspeccin y en su caso la limpieza, sea un trabajo sencillo y de rpida realizacin. La caldera de vapor INSTANVAP "CBC", de construccin robusta y compacta , se suministra como un conjunto "monobloc" montada sobre una slida bancada, lista para su rpido montaje y puesta en servicio. Para su puesta en servicio, solamente es necesario conectarle las tuberas de agua, vapor, combustible y realizar el cableado elctrico del cuadro de maniobra.

TABLA DE CARACTERSTICAS DE LAS CALDERAS DE VAPOR CBC

Modelo Produccin Superficie Categora Consumo Longitud Ancho Altura

de kg/v/h CBC100 CBC200 CBC300 CBC500 CBC800 CBC1000 CBC1300 CBC1500 CBC2000 CBC2500 CBC3000 calefaccin m 100 200 300 500 800 1000 1300 1500 2000 2500 3000 2,20 4,45 6,70 11,12 17,6 22,3 28,8 33,4 44,5 54,68 65,62

"C" a * kg/cm >16 >16 >16 1,67 13,5 11 8 7 6 5 4 8 15 21 34

kg/h

mm

mm

mm

1753 1953 2103 2153 2103 2349 2249 2649 2687 2700 2900

996 1046 1140 1280 1410 1486 1606 1616 1736 1860 1950

1296 1346 1440 1580 1710 1786 1906 1916 2036 2160 2280

57,5 69 90 99 132 170 200

MOTOR DE COMBUSTIN INTERNA

Motor antiguo, de aviacin, con disposicin radial de los pistones. Un motor de combustin interna es un tipo de mquina que obtiene energa mecnica directamente de la energa qumica producida por un combustible que arde dentro de una cmara de combustin, la parte principal de un motor. Se utilizan motores de combustin interna de cuatro tipos:

El motor cclico Otto, cuyo nombre proviene del tcnico alemn que lo invent, Nikolaus August Otto, es el motor convencional de gasolina que se emplea en automocin y aeronutica.

El motor Diesel, llamado as en honor del ingeniero alemn Rudolf Diesel, funciona con un principio diferente y suele consumir gasleo. Se emplea en instalaciones generadoras de energa elctrica, en sistemas de propulsin naval, en camiones, autobuses y automviles. Tanto los motores Otto como los Diesel se fabrican en modelos de dos y cuatro tiempos.

El motor rotatorio. La turbina de combustin.

Historia Los primeros motores de combustin interna no tenan compresin, sino funcionaron en la mezcla de aire y combustible aspirada o soplada adentro durante la primera parte del movimiento del producto. La distincin ms significativa entre los motores de combustin interna modernos y los diseos antiguos es el uso de la compresin. Estructura y funcionamiento

Los motores Otto y los Diesel tienen los mismos elementos principales. Cmara de combustin La cmara de combustin es un cilindro, por lo general fijo, cerrado en un extremo y dentro del cual se desliza un pistn muy ajustado al interior. La posicin hacia dentro y hacia fuera del pistn modifica el volumen que existe entre la cara interior del pistn y las paredes de la cmara. La cara exterior del pistn est unida por un eje al cigeal, que convierte en movimiento rotatorio el movimiento lineal del pistn. En los motores de varios cilindros el cigeal tiene una posicin de partida, llamada espiga de cigeal y conectada a cada eje, con lo que la energa producida por cada cilindro se aplica al cigeal en un punto determinado de la rotacin. Los cigeales cuentan con pesados volantes y contrapesos cuya inercia reduce la irregularidad del movimiento del eje. Un motor puede tener de 1 a 28 cilindros. Sistema de bombeo

Correa o cadena de distribucin. El sistema de bombeo de combustible de un motor de combustin interna consta de un depsito, una bomba de combustible y un dispositivo que vaporiza o atomiza el combustible lquido. Se llama carburador al dispositivo utilizado con este fin en los motores Otto. En los motores de varios cilindros el combustible vaporizado se conduce a los cilindros a travs de un tubo ramificado llamado colector de admisin. Muchos motores cuentan con un colector de escape o de expulsin, que transporta los gases producidos en la combustin. Sistema de alimentacin

Vlvulas y rbol de levas. Cada cilindro toma el combustible y expulsa los gases a travs de vlvulas de cabezal o vlvulas deslizantes. Un muelle mantiene cerradas las vlvulas hasta que se abren en el momento adecuado, al actuar las levas de un rbol de levas rotatorio movido por el cigeal, estando el conjunto coordinado mediante la correa de distribucin. En la dcada de 1980, este sistema de alimentacin de una mezcla de aire y combustible se ha visto desplazado por otros sistemas ms elaborados ya utilizados en los motores Diesel. Estos sistemas, controlados por computadora, aumentan el ahorro de combustible y reducen la emisin de gases txicos. Encendido

Tapa del distribuidor.

Todos los motores tienen que disponer de una forma de iniciar la ignicin del combustible dentro del cilindro. Por ejemplo, el sistema de ignicin de los motores Otto, existe un componente llamado bobina de encendido, el cual es un autotransformador de alto voltaje al cual se le conecta un conmutador que interrumpe la corriente del primario para que se induzca la chispa de alto voltaje en el secundario. Dichas chispas estn sincronizadas con la etapa de compresin de cada uno de los cilindros; la chispa es dirigida al cilindro especfico de la secuencia utilizando un distribuidor rotativo y unos cables de grafito que dirigen la descarga de alto voltaje a la buja. El dispositivo que produce la ignicin es la buja, un conductor fijado a la pared superior de cada cilindro. Si la bobina est en mal estado se sobrecalienta; esto produce prdida de energa, aminora la chispa de las bujas y causa fallos en el sistema de encendido del automvil. La buja contiene en uno de sus extremos dos electrodos separados entre los que la corriente de alto voltaje produce un arco elctrico que enciende el combustible dentro del cilindro. Refrigeracin Dado que la combustin produce calor, todos los motores deben disponer de algn tipo de sistema de refrigeracin. Algunos motores estacionarios de automviles y de aviones y los motores fueraborda se refrigeran con aire. Los cilindros de los motores que utilizan este sistema cuentan en el exterior con un conjunto de lminas de metal que emiten el calor producido dentro del cilindro. En otros motores se utiliza refrigeracin por agua, lo que implica que los cilindros se encuentran dentro de una carcasa llena de agua que en los automviles se hace circular mediante una bomba. El agua se refrigera al pasar por las lminas de un radiador. Es importante que el lquido que se usa para enfriar el motor no sea agua comn y corriente porque los motores de combustin trabajan regularmente a temperaturas ms altas que la temperatura de ebullicin del agua, esto provoca una alta presin en el sistema de enfriamiento dando lugar a fallas en los empaques y sellos de agua as como en el radiador; se usa un anticongelante pues no hierve a la misma temperatura que el agua, si no a mucho ms alta temperatura, tampoco se congelar a temperaturas muy bajas.

Otra razn por la cual se debe de usar un anticongelante es que este no produce sarro ni sedimentos que se adhieren en las paredes del motor y del radiador formando una capa aislante que disminuir la capacidad de enfriamiento del sistema. En los motores navales se utiliza agua del mar para la refrigeracin. Sistema de arranque Al contrario que los motores y las turbinas de vapor, los motores de combustin interna no producen un par de fuerzas cuando arrancan (vase Momento de fuerza), lo que implica que debe provocarse el movimiento del cigeal para que se pueda iniciar el ciclo. Los motores de automocin utilizan un motor elctrico (el motor de arranque) conectado al cigeal por un embrague automtico que se desacopla en cuanto arranca el motor. Por otro lado, algunos motores pequeos se arrancan a mano girando el cigeal con una cadena o tirando de una cuerda que se enrolla alrededor del volante del cigeal. Otros sistemas de encendido de motores son los iniciadores de inercia, que aceleran el volante manualmente o con un motor elctrico hasta que tiene la velocidad suficiente como para mover el cigeal; los iniciadores explosivos, que utilizan la explosin de un cartucho para mover una turbina acoplada al motor; oxgeno para alimentar las cmaras de combustin en los primeros movimientos (grandes motores). Los iniciadores de inercia y los explosivos se utilizan sobre todo para arrancar motores de aviones. Tipos de motores Motor convencional del tipo Otto Artculo principal: Ciclo Otto

El motor convencional del tipo Otto es de cuatro tiempos. La eficiencia de los motores Otto modernos se ve limitada por varios factores, entre otros la prdida de energa por la friccin y la refrigeracin. En general, la eficiencia de un motor de este tipo depende del grado de compresin. Esta proporcin suele ser de 8 a 1 o 10 a 1 en la mayora de los motores Otto modernos. Se pueden utilizar proporciones mayores, como de 12 a 1, aumentando as la eficiencia del motor, pero este diseo requiere la utilizacin de combustibles de alto ndice de octano. La eficiencia media de un buen motor Otto es de un 20 a un 25%: slo la cuarta parte de la energa calorfica se transforma en energa mecnica. Motores Diesel Artculo principal: Motor Diesel En teora, el ciclo Diesel difiere del ciclo Otto en que la combustin tiene lugar en este ltimo a volumen constante en lugar de producirse a una presin constante. La mayora de los motores Diesel tienen tambin cuatro tiempos, si bien las fases son diferentes de las de los motores de gasolina. En la primera fase se absorbe aire hacia la cmara de combustin. En la segunda fase, la fase de compresin, el aire se comprime a una fraccin de su volumen original, lo cual hace que se caliente hasta unos 440 C. Al final de la fase de compresin se inyecta el combustible vaporizado dentro de la cmara de combustin, producindose

el encendido a causa de la alta temperatura del aire. En la tercera fase, la fase de potencia, la combustin empuja el pistn hacia atrs, trasmitiendo la energa al cigeal. La cuarta fase es, al igual que en los motores Otto, la fase de expulsin. Algunos motores Diesel utilizan un sistema auxiliar de ignicin para encender el combustible para arrancar el motor y mientras alcanza la temperatura adecuada. La eficiencia de los motores Diesel depende, en general, de los mismos factores que los motores Otto, y es mayor que en los motores de gasolina, llegando a superar el 40%. Este valor se logra con un grado de compresin de 14 a 1, siendo necesaria una mayor robustez, y los motores Diesel son, por lo general, ms pesados que los motores Otto. Esta desventaja se compensa con una mayor eficiencia y el hecho de utilizar combustibles ms baratos. Los motores Diesel suelen ser motores lentos con velocidades de cigeal de 100 a 750 revoluciones por minuto (rpm o r/min), mientras que los motores Otto trabajan de 2.500 a 5.000 rpm. No obstante, en la actualidad, algunos tipos de motores Diesel trabajan a velocidades similares que los motores de gasolina, pero por lo general con mayores cilindradas debido al bajo rendimiento del gasoil respecto a la gasolina. Motor de dos tiempos Artculo principal: Motor de dos tiempos Con un diseo adecuado puede conseguirse que un motor Otto o Diesel que funcione a dos tiempos, con un tiempo de potencia cada dos fases en lugar de cada cuatro fases. La eficiencia de este tipo de motores es menor que la de los motores de cuatro tiempos, pero al necesitar slo dos tiempos para realizar un ciclo completo, producen ms potencia que un motor cuatro tiempos del mismo tamao. El principio general del motor de dos tiempos es la reduccin de la duracin de los periodos de absorcin de combustible y de expulsin de gases a una parte mnima de uno de los tiempos, en lugar de que cada operacin requiera un tiempo completo. El diseo ms simple de motor de dos tiempos utiliza, en lugar de vlvulas de cabezal, las vlvulas deslizantes u orificios (que quedan expuestos al desplazarse el pistn hacia atrs). En los motores de dos tiempos la mezcla de combustible y aire entra en el cilindro a travs del orificio de aspiracin cuando el pistn est en la posicin ms alejada del cabezal del cilindro. La primera fase es la compresin, en la que se enciende la carga de mezcla cuando el pistn llega al final de la fase. A continuacin,

el pistn se desplaza hacia atrs en la fase de explosin, abriendo el orificio de expulsin y permitiendo que los gases salgan de la cmara. Motor Wankel Artculo principal: Motor Wankel

En la dcada de 1950, el ingeniero alemn Flix Wankel complet el desarrollo un motor de combustin interna con un diseo revolucionario, actualmente conocido como Motor Wankel. Utiliza un rotor triangular-lobular dentro de una cmara ovalada, en lugar de un pistn y un cilindro. La mezcla de combustible y aire es absorbida a travs de un orificio de aspiracin y queda atrapada entre una de las caras del rotor y la pared de la cmara. La rotacin del rotor comprime la mezcla, que se enciende con una buja. Los gases se expulsan a travs de un orificio de expulsin con el movimiento del rotor. El ciclo tiene lugar una vez en cada una de las caras del rotor, produciendo tres fases de potencia en cada giro. El motor de Wankel es compacto y ligero en comparacin con los motores de pistones, por lo que gan importancia durante la crisis del petrleo en las dcadas de 1970 y 1980. Adems, funciona casi sin vibraciones y su sencillez mecnica permite una fabricacin barata. No requiere mucha refrigeracin, y su centro de gravedad bajo aumenta la seguridad en la conduccin. No obstante salvo algunos ejemplos practicos como algunos vehculos Mazda, ha tenido problemas de durabilidad. Motor de carga estratificada

Una variante del motor de encendido con bujas es el motor de carga estratificada, diseado para reducir las emisiones sin necesidad de un sistema de recirculacin de los gases resultantes de la combustin y sin utilizar un catalizador. La clave de este diseo es una cmara de combustin doble dentro de cada cilindro, con una antecmara que contiene una mezcla rica de combustible y aire mientras la cmara principal contiene una mezcla pobre. La buja enciende la mezcla rica, que a su vez enciende la de la cmara principal. La temperatura mxima que se alcanza es suficiente como para impedir la formacin de xidos de nitrgeno, mientras que la temperatura media es la suficiente para limitar las emisiones de monxido de carbono e hidrocarburos. TURBINA A continuacin se describe cada componente por separado COMPRESOR: El compresor se encuentra en la entrada del motor y se encuentra conectado al disco de turbina por medio de un eje, el compresor puede ser de tres tipos diferentes: Axial: la corriente de aire que atraviesa el compresor lo hace en el sentido del eje (de ah el nombre de axial), consta de varios discos giratorios (llamados etapas) en los cuales hay una serie de "palas" (alabes), entre cada disco rotor hay un disco fijo (estator) que tiene como funcin dirigir el aire con el ngulo correcto a las etapas rotoras. El compresor axial es l mas utilizado en las turbinas "de verdad" pero para las pequeas turbinas de aeromodelismo es muy difcil de construir y balancear, si bien algunos han construido turbinas con compresor axial, por el momento estn fuera del alcance de la mayora Radial o Centrifugo: la corriente de aire ingresa en el sentido del eje y sale en sentido radial, consta de un solo disco con alabes en una o ambas caras, es el compresor universalmente utilizado en las micro turbinas por ser fcil de obtener (proveniente de un turbo compresor de auto) y balancear, es mucho ms resistente que el axial pero como desventaja es mas pesado y tiene un rea frontal mayor Diagonal: es una cruza entre los dos anteriores, es prcticamente anecdtico puesto que salvo en los primeros intentos de construir micro-turbinas no se ha utilizado

Tubo de cojinetes pasaeje: Es un elemento cilndrico por cuyo interior pasa el eje de la turbina y adems se encarga de dar estructura al motor va fijado a la parte posterior del difusor y a la parte delantera del conjunto N.G.V., en su interior se colocan los cojinetes que soportan el eje estos deben tener adecuada refrigeracin y lubricacin para que sobrevivan las tremendas velocidades de rotacin a las que son sometidos, actualmente y para cualquier aplicacin por encima de las 100000 R.P.M. se recomienda usar rodamientos sin jaula con bolillas cermicas

DIFUSOR: Tiene como misin cambiar la velocidad de la corriente de aire que viene del compresor para aumentar la presin. Consta de una serie de pasajes que se ensanchan hacia atrs (conductos divergentes), el difusor es diferente segn el compresor sea axial o centrifugo

CMARA DE COMBUSTIN: Es una de las partes mas criticas de las turbinas de aeromodelismo, su diseo es critico dado que la temperatura de salida es fundamental as como la longitud de la cmara esta limitada por cuestiones de diseo que no vienen al caso, entonces esta parte debe ser diseada con sumo cuidado para permitir la completa combustin dentro de la longitud de la misma. Existen varios tipos de cmara de combustin, pero la universalmente utilizada para las micro turbinas es la denominada "anular", como su nombre lo indica tiene la forma de dos anillos concntricos

La mayora de las micro turbinas usan diversos mtodos basados en el pre-calentado del Kerosn que ingresa a la cmara para permitir la evaporacin o vaporizacin del combustible liquido, en algunos modelos esto se logra con una serpentina enrollada en el interior de la cmara, otros usan unos tubos en forma de gancho en la tapa frontal de la cmara en cuyo interior se inyecta el combustible aunque actualmente el mtodo ms usado es el que utiliza unos tubos vaporizadores que cruzan la cmara desde atrs hacia adelante inyectndose el kerosene en el extremo posterior de la cmara de combustin

ALABES GUA DE TURBINA ( N.G.V.): Esta parte tiene como funcin aumentar la velocidad de la corriente de gas caliente que sale de la cmara de combustin y dirigirla con el ngulo apropiado al disco de turbina. Esta pieza es la mas expuesta a altas temperaturas que en algunos casos superan los 700 C por lo tanto se construyen en aleaciones inoxidables para alta temperatura, bsicamente consta de una serie de alabes "estatores" que se cierran hacia la parte trasera (conducto convergente), tambin difieren si son para turbina radial o axial

Conjuntos N.G.V para turbina radial (Derecha) y para turbina axial (izquierda)

DISCO DE TURBINA: Es la parte encargada de extraer parte de la energa de la corriente de gas para convertirla en movimiento, su nica funcin es hacer rotar el compresor al cual se encuentra unido por medio de un eje, la turbina se halla sujeta a elevadas temperaturas y lo que es peor a elevadas cargas centrifugas que unido a la

disminucin de resistencia del material por causa de la temperatura hacen que este sea el elemento que mas importancia tiene en cuanto a la eleccin de materiales, sin excepcin se utilizan aleaciones con elevado contenido de nquel y cromo (comercialmente tienen diferentes nombres como ser INCONEL, NIMONIC etc.) aunque en los primeros modelos de turborreactores "caseros" se utiliza acero inoxidable con buenos resultados. Existen dos tipos de discos de turbina: Los axiales: Son los mas utilizados pues poseen excelentes caractersticas de aceleracin y un peso bastante reducido, su nica contra es que deben respetarse a estrictamente las temperaturas y velocidades mximas sino se corre el riesgo de que el disco se "desintegre" literalmente, este tipo puede ser fabricado con mucha paciencia y Herramientas comunes o con sofisticados sistemas (control numrico, electro erosin, etc.) o bien comprados a diferentes fabricantes para su uso especifico en turbinas de aeromodelismo, aunque su precio no es nada econmico

Las radiales: Si bien se utilizan menos (de hecho la primer marca que comercializo turbinas o sea JPX utiliza este tipo) por ser bastante ms pesadas y por lo tanto tardan ms en acelerar, tienen la particularidad de ser muy robustas, soportan ms revoluciones a mayor temperatura y tal vez como "ventaja" adicional para el constructor amateur es que estas turbinas son las utilizadas por los turbo compresores de auto, lo que las hace ms fciles de obtener (en cualquier casa que se dedique a turbo cargadores)

LA TOBERA DE ESCAPE: En esta parte los gases de escape son acelerados para aumentar el empuje producido por la turbina, bsicamente es un conducto cnico y algunas veces tambin posee un cono interior

El ciclo de funcionamiento es como sigue: El aire ingresa al compresor donde aumenta parcialmente la presin y temperatura, luego es llevado al difusor donde se produce el incremento final de presin, el aire ingresa a la cmara de combustin donde se mezcla con el combustible y se quema para incrementar la temperatura (y por lo tanto la energa total contenida en el gas), luego es dirigido hacia el conjunto de alabes estatores de la turbina (N.G.V., Next Gide Vane) estos tienen como misin dirigir el gas hacia el disco de turbina con el angulo correcto y adems incrementar su velocidad, luego el gas pasa por el disco de turbina donde parte de la energa que contiene es extrada para mover el compresor (en las micro turbinas se extrae una GRAN parte de la energa) al cual se encuentra unido por medio de un eje, el gas deja la turbina con gran temperatura y velocidad pero es acelerado aun mas en la tobera de escape, el gas que sale a gran velocidad es el responsable de la reaccin que se conoce como "empuje" de la turbina.

Las turbinas no pueden arrancar por si solas, necesitan ser llevadas a un determinado numero de RPM para crear suficiente presin en el motor para permitir el funcionamiento, en las turbinas de aeromodelismo esto suele estar cerca de las 20000 rpm, sin embargo el ralent de estas turbinas suele estar entre 30000 y 40000 rpm para mejorar la aceleracin y "suavizar" el comportamiento general

Mquina de Carnot .

Mquina Carnot "original", diagrama de 1824 La mquina de Carnot es una mquina ideal que utiliza calor para realizar un trabajo. En ella hay un gas sobre el que se ejerce un proceso cclico de expansin y contraccin entre dos temperaturas. El ciclo termodinmico utilizado se denomina ciclo de Carnot y fue estudiado por Sadi Carnot alrededor de 1820. Una mquina de Carnot es el procedimiento ms eficaz para producir un trabajo a partir de dos focos de temperatura.

Puede construirse a partir de un cilindro sobre el que discurre un pistn unido a una biela que convierte el movimiento lineal del pistn en movimiento circular. El cilindro contiene una cierta cantidad de un gas ideal y la mquina funciona intercambiando calor entre dos fuentes de temperaturas constantes T1 < T2. Las transferencias de calor entre las fuentes y el gas se hace isotrmicamante, es decir, manteniendo la temperatura constante. Esta parte del proceso es, por lo tanto, reversible. El ciclo se completa con una expansin y una compresin adiabticas, es decir, sin intercambio de calor, por lo que esta parte del ciclo es tambin reversible. Funcionamiento de la Mquina de Carnot

(1) Expansin isotrmica. Se parte de una situacin en que el gas ocupa el volumen mnimo Vmin a la temperatura T2 y a presin alta. En este estado se transfiere calor al cilindro desde la fuente de temperatura T2, haciendo que el gas se expanda. Al expandirse, el gas tiende a enfriarse, pero absorbe calor de T2 y mantiene su temperatura constante. El volumen del gas aumenta produciendo un trabajo sobre el pistn. Dado que la temperatura permanece constante durante esta parte del ciclo, el gas no cambia su energa interna y todo el calor absorbido de T2 se convierte en trabajo: dQ1 = dW1 > 0, dU1 = 0.

(2) Expansin adiabtica. La expansin isotrmica termina en un punto tal que el resto de la expansin pueda realizarse sin intercambio de calor. Esta expansin adiabtica hace que el gas se enfre hasta alcanzar exactamente la temperatura T1 en el momento en que el pistn alcanza el punto mximo de su carrera y el gas alcanza su volumen mximo Vmax. Durante esta etapa todo el trabajo realizado por el gas proviene de su energa interna: dQ2 = 0, dU2 = dW2 > 0.

(3) Compresin isotrmica. Se pone en contacto con el cilindro la fuente de calor de temperatura T1 y el gas comienza a comprimirse, pero no aumenta su temperatura porque va cediendo calor a la fuente fra. Durante esta parte del ciclo se hace trabajo sobre el gas pero, como la temperatura permanece constante, la energa interna no cambia y el trabajo es absorbido en forma de calor por la fuente T1: dQ3 = dW3 < 0, dU3 = 0.

(4) Compresin adiabtica. La fuente T1 se retira en el momento adecuado para que durante el resto de la compresin el gas eleve su temperatura hasta alcanzar exactamente el valor T2 al mismo tiempo que el volumen del gas alcanza su valor mnimo Vmin. Durante esta etapa no hay intercambio de calor y el trabajo realizado sobre el gas se convierte en energa interna: dQ4 = 0, dU4 = dW4 < = 0.

Trabajo realizado Por la Primera Ley de la Termodinmica, en cada ciclo la mquina realiza un trabajo mecnico dW igual al calor dQ transferido de T2 a T1, lo cual se puede comprobar usando las igualdades obtenidas en cada ciclo: dQ = dQ1 + dQ3 = dW1 + dW3 donde la segunda igualdad se obtiene de 1) y 3). Por otro lado, el estado del gas al terminar un ciclo es el mismo que al comenzarlo, por lo que el cambio de su energa interna debe ser cero: dU1 + dU2 + dU3 + dU4 = 0. De esta igualdad y de 1), 2), 3) y 4) se deduce que dW2 + dW4 = 0. Por lo tanto dQ = dW1 + dW3 = dW1 + dW2 + dW3 + dW4 = dW. El rendimiento de una mquina de Carnot (el cociente entre el calor absorbido y el trabajo desempeado) es mximo y puede calcularse como:

INTERCAMBIADOR DE CALOR

Seccin de un intercambiador de calor tipo U Un intercambiador de calor es un dispositivo diseado para transferir calor de un fluido a otro, sea que estos estn separados por una barrera slida o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de refrigeracin, acondicionamiento de aire, produccin de energa y procesamiento qumico. Un intercambiador tpico es el radiador del motor de un automvil, en el que el fluido refrigerante, calentado por la accin del motor, se refrigera por la corriente de aire que fluye sobre l y, a su vez, reduce la temperatura del motor volviendo a circular en el interior del mismo. Simon Singh (1998) describe los diferentes tipos de intercambiadores de calor. TRANSMISIN DE CALOR POR CONDUCCIN La conduccin de calor es un proceso de transferencia de energa trmica que tiene lugar en los medios materiales entre regiones de diferente temperatura. Cuando las molculas absorben energa trmica vibran alrededor de sus posiciones medias, aumentan la amplitud de la vibracin y, por lo tanto, aumentan su energa cintica. La conduccin puede darse en cualquier estado de agregacin de la materia, pero no en el vaco. La formula para calcular el calor por conduccin es (tomando H como el flujo de calor): H=kA (^T/1) k=conductividad trmica A=rea ^= diferencia T=temperatura Una teora ampliamente aceptada sugiere que la transferencia de calor por conduccin es debida, por una parte a la transmisin de las vibraciones entre molculas adyacentes, y por otra parte al movimiento de los electrones libres, transportando energa. Esta teora es acorde con que los materiales que son buenos conductores del calor, tambin suelen ser buenos conductores elctricos. TRANSMISIN DE CALOR POR CONVECCIN Cuando un fluido circula en contacto con un slido, por ejemplo por el interior de una tubera, existiendo una diferencia de temperatura entre ambos, tiene lugar un intercambio de calor. Esta transmisin de calor se debe al mecanismo de conveccin. El calentamiento y enfriamiento de gases y lquidos son los ejemplos ms habituales de transmisin de calor por conveccin. Dependiendo de si el flujo del fluido es provocado artificialmente o no, se distinguen dos tipos: conveccin forzada y conveccin libre (tambin llamada natural). La conveccin forzada implica el uso de algn medio mecnico, como una bomba o un ventilador, para provocar el movimiento

del fluido. Ambos mecanismos pueden provocar un movimiento laminar o turbulento del fluido. TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR Dada la multitud de aplicaciones de estos dispositivos, se puede realizar una clasificacin dependiendo de su construccin. Para la eleccin del mismo se consideran aspectos como tipo de fluido, densidad, viscosidad, contenido en slidos, lmite de temperaturas, conductividad trmica, etc.

De placas: formados por un conjunto de placas de metal corrugadas (acero inoxidable, titanio, etc.) contenidas en un bastidor. El sellado de las placas se realiza mediante juntas o bien pueden estar soldadas. Tubulares: formados por un haz de tubos corrugados o no, realizado en diversos materiales. El haz de tubos se ubica dentro de una carcasa para permitir el intercambio con el fluido a calentar o enfriar. Tubo aleteado: se compone de un tubo o haz de tubos a los que se sueldan aletas de diferentes tamaos y grosores para permitir el intercambio entre fluidos y gases. P. ej., radiador de un vehculo. Superficie rascada: muy similar al tubular, con la particularidad de ubicar dentro del tubo un dispositivo mecnico helicoidal que permite el paso del fluido que, por sus caractersticas, impide un trasiego normal con los medios de bombeo habituales.

APLICACIONES INDUSTRIALES FRECUENTES Son prcticamente innumerables dada su tipologa. Entran a formar parte de cualquier proceso donde se requiera intercambio trmico. Cabra destacar:

Industria alimentaria: enfriamiento, termizacin y pasteurizacin de leche, zumos, bebidas carbonatadas, salsas, vinagres, vino, jarabe de azcar, aceite, etc. Industria qumica y petroqumica: produccin de combustibles, etanol, biodisel, disolventes, pinturas, pasta de papel, aceites industriales, plantas de cogeneracin, etc. Industria del aire acondicionado: cualquier proceso que implique enfriamiento o calentamiento de los gases. Calefaccin y energa solar: produccin de agua caliente sanitaria, calentamiento de piscinas, produccin de agua caliente mediante paneles solares, etc. Industria marina: enfriamiento de motores y lubricantes mediante el empleo del agua del mar.

CEM Mkll REACTOR CONTINUO DE TANQUE AGITADO - Versin 5

Especificacin para pedidos | Posibilidades de demostracin | Descripcin tcnica Accesorios de Armfield esenciales | Accesorio Armfield opcional Especificacin de transporte y dimensiones

ESPECIFICACIN PARA PEDIDOS Un reactor continuo de tanque agitado de pequea escala diseado para demostrar el comportamiento de un reactor. La capacidad del reactor es ajustable de 1,5 a 0,4 litros. Equipado con agitador de turbina de pala cuadrada de velocidad variable, con velocidad de 0-230rpm. Fabricado de vidrio de borosilicato y PVC completo con serpentn de transferencia trmica de acero inoxidable y deflector de reactor desmontable. La tapa incorpora casquillos para la instalacin de los sensores apropiados. El reactor est montado en una base de PVC diseada para encajar en el plinto de la unidad de servicio de reactores qumicos. POSIBILIDADES DE DEMOSTRACIN > Variacin de la conversin segn el tiempo de permanencia > Determinacin de la constante de la velocidad de reaccin > Distribucin del tiempo de permanencia > Evaluacin de expresiones de velocidad emprica a partir de datos experimentales > Efecto de la temperatura sobre la velocidad de la reaccin > Efecto de la eficiencia de mezclado DESCRIPCIN TCNICA El volumen del reactor es ajustable con un mximo de 2 litros y un mnimo de 1 litros. El reactor est equipado con un agitador de turbina de velocidad variable y un sistema de deflectores para asegurar un mezclado a fondo. Se utiliza un serpentn sumergido de acero inoxidable para operar el reactor a diferentes temperaturas. Unos conectores de acoplamiento rpido facilitan el suministro de medios de transferencia trmica al serpentn y de reactivo desde las bombas de alimentacin de la unidad de servicio.

Unos casquillos situados en la tapa permiten la instalacin de las sondas de conductividad y temperatura de la unidad de servicio. Es posible operar la unidad por debajo de la temperatura ambiente. ACCESORIOS DE ARMFIELD ESENCIALES CEX Unidad de servicio de reactores qumicos ACCESORIO ARMFIELD OPCIONAL CEM MKII mimic diagram

CEM MKII graph

CEX 303IFD Accesorio de registro de datos ESPECIFICACIN DE TRANSPORTE Volumen: 0,1m Peso bruto: 10kg DIMENSIONES TOTALES Altura: 0,5m Anchura: 0,25m profundidad: 0,3m MUFLAS Utilizadas en laboratorios para realizar pruebas de calcinamiento de muestras, tratamientos de calor, procedimientos de calcificacin, pruebas de ignicin, etc. Disponemos de variedad de modelos que se adaptan a sus requerimientos. Muflas desde 1.3 l a 254 l de capacidad. Digitales, o, programables, de cmara tipo rectangular, oval o de tubo, Con temperaturas de 100C a 1700C en un amplio rango. Alimentacin disponible de 120 v, 208v, o, 240 v, 50/60Hz HORNO MUFLA PEQUEO THERMOLYNE, Tipo F1300, y F1400

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Puerta de apertura horizontal para facilitar el cargue y descargue de muestras Un interruptor de seguridad instalado en la puerta suspende la energa a los elementos alentadores cuando la puerta est abierta. Con control de temperatura manual, Lectura en pantalla digital de lectura actual y prefijada. Volumen de la cmara: 1.3 l(Modelo F1300) y de 2.1 l(Modelo F1400) ango de Temperatura: 100-1100C. Para 120 Voltios - 50/60 Hz. 1050 Vatios. Puerto en la parte superior de 0.95 cm de dimetro para monitorear la temperatura de forma independiente si se desea

Mufla de tamao pequeo de 1.3 litros de capacidad.

Amps: 8.8 Chamber Cubic Inches L: 76 (1.3) Chamber Dimensions D: 5.0 (13) Chamber Dimensions H: 3.8 (9.8) Chamber Dimensions W: 4 (10.3) Desc: Small Benchtop Muffle Furnace Hertz: 50/60 Operating Temp Range C: 100-1100 Overall Dimensions D: 13 (33) Overall Dimensions H: 14 (36) Overall Dimensions W: 9 (23) Product Line: Thermolyne Shipping Weight LK: 20 (9) Stability at 1000: 0.3C Sub Product Group Id: 95 Temp Control Group: A1 Uniformity at 1000: 7.8C Volts: 120 Watts: 1050 BOMBA HIDRULICA

Bomba de lbulos dobles

Bomba rotodinmica axial

Bomba de engranajes

Bomba centrfuga de 5 etapas Una bomba es una mquina hidrulica generadora que transforma la energa (generalmente energa mecnica) con la que es accionada en energa hidrulica del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser lquido o una mezcla de lquidos y slidos como puede ser el hormign antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energa del fluido, se aumenta su presin, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas segn el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presin de un lquido aadiendo energa al sistema hidrulico, para mover el fluido de una zona de menor presin o altitud a otra de mayor presin o altitud.

Existe una ambigedad en la utilizacin del trmino bomba, ya que generalmente es utilizado para referirse a las mquinas de fluido que transfieren energa, o bombean fluidos incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su fluido de trabajo, a diferencia de otras mquinas como lo son los compresores, cuyo campo de aplicacin es la neumtica y no la hidrulica. Pero tambin es comn encontrar el trmino bomba para referirse a mquinas que bombean otro tipo de fluidos, as como lo son las bombas de vaco o las bombas de aire. HISTORIA La primera bomba conocida fue descrita por Arqumedes y se conoce como tornillo de Arqumedes, descrito por Arqumedes en el siglo III adC, aunque este sistema haba sido utilizado anteriormente por Senaquerib, rey de Asiria en el siglo VII adC.1 En el siglo XII, Al-Jazari describi e ilustr diferentes tipos de bombas, incluyendo bombas reversibles, bombas de doble accin, bombas de vaco, bombas de agua y bombas de desplazamiento positivo. TIPOS DE BOMBAS Segn el principio de funcionamiento La principal clasificacin de las bombas se realiza atendiendo al principio de funcionamiento en el que se basan: Bombas de desplazamiento positivo o volumtricas, en las que el principio de funcionamiento est basado en la hidrosttica, de modo que el aumento de presin se realiza por el empuje de las paredes de las cmaras que varan su volumen. En este tipo de bombas, en cada ciclo el rgano propulsor genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, por lo que tambin se denominan bombas volumtricas. En caso de poder variar el volumen mximo de la cilindrada se habla de bombas de volumen variable. Si ese volumen no se puede variar, entonces se dice que la bomba es de volumen fijo. A su vez este tipo de bombas pueden subdividirse en

Bombas de mbolo alternativo, en las que existe uno o varios compartimentos fijos, pero de volumen variable, por la accin de un mbolo o de una membrana. En estas mquinas, el movimiento del fluido es discontinuo y los procesos de carga y descarga se realizan por vlvulas que abren y cierran alternativamente. Algunos ejemplos de este tipo de bombas son la bomba alternativa de pistn, la bomba rotativa de pistones o la bomba pistones de accionamiento axial. Bombas volumtricas rotativas o rotoestticas, en las que una masa fluida es confinada en uno o varios compartimentos que se desplazan desde la zona de entrada (de baja presin) hasta la zona de salida (de alta presin) de la mquina. Algunos ejemplos de este tipo de mquinas son la bomba de paletas, la bomba de lbulos, la bomba de engranajes, la bomba de tornillo o la bomba peristltica.

Bombas rotodinmicas, en las que el principio de funcionamiento est basado en el intercambio de cantidad de movimiento entre la mquina y el fluido, aplicando la hidrodinmica. En este tipo de bombas hay uno o varios rodetes con labes que giran generando un campo de presiones en el fluido. En este tipo de mquinas el flujo del fluido es continuo. Estas turbomquinas hidrulicas generadoras pueden subdividirse en:

Radiales o centrfugas, cuando el movimiento del fluido sigue una trayectoria perpendicular al eje del rodete impulsor. Axiales, cuando el fluido pasa por los canales de los labes siguiendo una trayectoria contenida en un cilindro. Diagonales o helicocentrfugas cuando la trayectoria del fluido se realiza en otra direccin entre las anteriores, es decir, en un cono coaxial con el eje del rodete.

SEGN EL TIPO DE ACCIONAMIENTO

Electrobombas. Genricamente, son aquellas accionadas por un motor elctrico, para distinguirlas de las motobombas, habitualmente accionadas por motores de explosin Bombas neumticas que son bombas de desplazamiento positivo en las que la energa de entrada es neumtica, normalmente a partir de aire comprimido. Bombas de accionamiento hidrulico, como la bomba de ariete o la noria. Bombas manuales. Un tipo de bomba manual es la bomba de balancn.

TIPOS DE BOMBAS DE MBOLO Bomba aspirante

Bomba aspirante de mbolo alternativo. En una "bomba aspirante", un cilindro que contiene un pistn mvil est conectado con el suministro de agua mediante un tubo. Una vlvula bloquea la entrada del tubo al cilindro. La vlvula es como una puerta con goznes, que solo se abre hacia arriba, dejando subir, pero no bajar, el agua. Dentro del pistn, hay una segunda vlvula que funciona en la misma forma. cuando se acciona la manivela, el pistn sube. Esto aumenta el volumen existente debajo del pistn, y, por lo tanto, la presin disminuye. La presin del aire normal que acta sobre la superficie del agua, del pozo, hace subir el lquido por el tubo, franqueando la vlvula-que se abre- y lo hace entrar en el cilindro. Cuando el pistn baja, se cierra la primera vlvula, y se abre la segunda, que permite que el agua pase a la parte superior del pistn y ocupe el cilindro que est encima de ste. El golpe siguiente hacia arriba hace subir el agua a la espita y, al mismo tiempo, logra que entre ms agua en el cilindro, por debajo del pistn. La accin contina mientras el pistn sube y baja. Una bomba aspirante es de accin limitada, en ciertos sentidos. No puede proporcionar un chorro continuo de lquido ni hacer subir el agua a travs de una distancia mayor a 10 m. entre la superficie del pozo y la vlvula inferior, ya que la presin normal del aire slo puede actuar con fuerza suficiente para mantener una columna de agua de esa altura. Una bomba impelente vence esos obstculos.

Bomba impelente

Bomba impelente de mbolo alternativo. La bomba impelente consiste en un cilindro, un pistn y un cao que baja hasta el depsito de agua. Asimismo, tiene una vlvula que deja entrar el agua al cilindro, pero no regresar. No hay vlvula en el pistn, que es completamente slido. Desde el extremo inferior del cilindro sale un segundo tubo que llega hasta una cmara de aire. La entrada a esa cmara es bloqueada por una vlvula que deja entrar el agua, pero no salir. Desde el extremo inferior de la cmara de aire, otro cao lleva el agua a un tanque de la azotea o a una manguera. CEBADO DE BOMBAS ROTODINMICAS Para el correcto funcionamiento de las bombas rotodinmicas se necesita que estn llenas de fluido incompresible, es decir, de lquido, pues en el caso estar llenas de fluido compresible (cualquier gas como el aire) no funcionaran correctamente. El cebado de la bomba consiste en llenar de lquido la tubera de aspiracin succin y la carcasa de la bomba, para facilitar la succin de lquido, evitando que queden bolsas de aire en el interior. Al ser necesaria esta operacin en las bombas rotodinmicas, se dice que no tienen capacidad autocebante. Sin embargo,las bombas de desplazamiento positivo son autocebantes, es decir, aunque estn llenas de aire son capaces de llenar de fluido el circuito de aspiracin.

Esquema de una bomba instalada por encima del nivel de agua. En un circuito como el mostrado en el esquema adjunto sin ningn dispositivo adicional, al detener la bomba centrfuga el fluido del circuito de aspiracin cae hacia el depsito vacindose la bomba. La altura de elevacin H que proporciona la bomba es siempre la misma y responde a la siguiente frmula:

donde PI es la presin de impulsin, PA es la presin de aspiracin, es la densidad del fluido y g la aceleracin de la gravedad. Despejando la diferencia de presiones se tiene que:

De esta frmula se puede observar que la diferencia de presiones que consigue la bomba entre la impulsin y la aspiracin es mayor cuanto mayor sea la densidad del fluido a mover. De tal forma que para el caso concreto del agua se tiene:

Con lo cual:

Es decir, si la bomba est llena de aire la presin de aspiracin es 0,00129 veces la que conseguira dicha bomba si estuviese llena de agua, es decir, si estuviese cebada. Por lo que si la bomba est vaca la altura que se eleva el agua en el circuito de aspiracin sobre el nivel del agua en el depsito es mnima y totalmente insuficiente para que el agua llegue a la bomba. Por otra parte el funcionamiento de una bomba centrfuga en vaco puede estropear el sellado de la bomba debido a una deficiente refrigeracin dado que no circula fluido por su interior que ayuda a mejorar la disipacin del calor producido por la bomba. Por lo tanto en instalaciones de bombeo cuyo esquema coincide con el indicado en el esquema adjunto es necesario un sistema adicional para evitar que la bomba se descebe. Algunos de estos sistemas se enumeran a continuacin:

Se puede construir un orificio en la parte superior de la carcasa de la bomba y arrojar agua sobre el mismo para que la bomba al encenderse est llena de agua y pueda bombear correctamente. No se trata de un sistema muy eficiente. Se puede usar una vlvula de pie (sin retorno o unidireccional). Permite el paso del lquido hacia la bomba pero impiden su regreso al depsito una vez se ha apagado la bomba con lo que impide el descebe de la tubera de impulsin. Puede presentar problemas cuando el fluido tiene suciedad que se deposita en el asiento de la bomba disminuyendo su estanqueidad, por otra parte supone una prdida de carga ms o menos importante en la tubera de impulsin por lo que aumenta el riesgo de que se produzca cavitacin en la bomba. Uso de una bomba de vaco. La bomba de vaco es una bomba de desplazamiento positivo que extrae el aire de la tubera de impulsin y hace que el fluido llegue a la bomba centrfuga y de este modo quede cebada.

Por ltimo otra posibilidad consiste en instalar la bomba bajo carga, es decir por debajo del nivel del lquido, aunque esta disposicin no siempre es posible, a no ser que se instale sumergida, con lo cual la bomba tiene que ser especial.

TURBINA Turbina es el nombre genrico que se da a la mayora de las turbomquinas motoras. stas son mquinas de fluido, a travs de las cuales pasa un fluido en forma continua y este le entrega su energa a travs de un rodete con paletas o labes. Las turbinas constan de una o dos ruedas con paletas, denominadas rotor y estator, siendo la primera la que, impulsada por el fluido, arrastra el eje en el que se obtiene el movimiento de rotacin. El trmino turbina suele aplicarse tambin, por ser el componente principal, al conjunto de varias turbinas conectadas a un generador para la obtencin de energa elctrica.

TIPOS DE TURBINAS Las turbinas, por ser Turbomquinas, pueden clasificarse de acuerdo a los criterios expuestos en aqul artculo. Pero en el lenguaje comn de las turbinas suele hablarse de dos subgrupos principales: Turbinas Hidrulicas

Turbina Pelton, sta es una turbina hidrulica de accin de admisin parcial. Son aquellas cuyo fluido de trabajo no sufre un cambio de densidad considerable a travs de su paso por el rodete o por el estator; stas son generalmente las turbinas de agua, que son las ms comunes, pero igual se pueden modelar como turbinas hidrulicas a los molinos de viento o aerogeneradores. Dentro de este gnero suele hablarse de:

Turbinas de accin: Son aquellas en que el fluido no sufre ningn cambio de presin a travs de su paso por el rodete. Turbinas de reaccin: Son aquellas en que el fluido si sufre un cambio de presin considerable a travs de su paso por el rodete.

Turbinas Trmicas Son aquellas cuyo fluido de trabajo sufre un cambio de densidad considerable a travs de su paso por la mquina. Estas se suelen clasificar en dos subconjuntos distintos debido a sus diferencias fundamentales de diseo:

Turbinas a Vapor: su fluido de trabajo puede sufrir un cambio de fase durante su paso por el rodete; este es el caso de las turbinas a mercurio, que fueron populares en algn momento, y el de las turbinas a vapor de agua, que son las ms comunes. Turbinas a Gas: En este tipo de turbinas no se espera un cambio de fase del fluido durante su paso por el rodete.

Tambin al hablar de turbinas trmicas, suele hablarse de los siguientes subgrupos:

Turbinas a accin: en este tipo de turbinas el salto entlpico ocurre slo en el estator, dndose la transferencia de energa slo por accin del cambio de velocidad del fluido. Turbinas a reaccin: el salto entlpico se realiza tanto en el rodete como en el estator, o posiblemente, slo en rotor.

Igual de comn es clasificar las turbinas por la presin existente en ellas, esto dentro de turbinas de varias etapas, es decir:

Turbinas de alta presin: son las ms pequeas de entre todas las etapas y son las primeras por donde entra el fluido de trabajo a la turbina. Turbinas de media presin. Turbinas de baja presin: Son las ltimas de entre todas las etapas, son las ms largas y ya no pueden ser ms modeladas por la descripcin euleriana de las turbomquinas.

Turbinas elicas Una turbina elica es un dispositivo mecnico que convierte la energa del viento en energa elctrica. Las turbinas elicas se disean para convertir la energa del movimiento del viento (energa cintica) en la energa mecnica, movimiento de un eje. Luego, en los generadores de la turbina, esta energa mecnica se convierte en energa elctrica. La energa elctrica generada se puede almacenar en bateras, o utilizar directamente. Hay tres leyes fsicas bsicas que gobiernan la cantidad de energa aprovechable del viento: La primera ley indica que la energa generada por la turbina es proporcional a la velocidad del viento al cuadrado. La segunda ley indica que la energa disponible es directamente proporcional al rea barrida de las paletas. La energa es proporcional al cuadrado de la longitud de las paletas.

La tercera ley indica que existe una eficacia terica mxima de los generadores elicos del 59%. En la prctica, la mayora de las turbinas de viento son mucho menos eficientes que esto, y se disean diversos tipos para obtener la mxima eficacia posible a diversas velocidades del viento. Los mejores generadores elicos tienen eficacias del 35% al 40%.

Turbina Submarina Una Turbina Submarina es un dispositivo mecanico que convierte la energa de las Corrientes Submarinas en energa electrica. Consiste en aprovechar la energa cinetica de las Corrientes Submarinas,fijando al fondo submarino turbinas montadas sobre torres prefabricadas para que puedan rotar en busca de las corrientes submarinas, ya que la velocidad de las corrientes submarinas varia a lo largo de un ao se han de ubicar en los lugares ms propicios en dnde la velocidad de las corrientes varian entre 3 KM/hora y 10 KM/hora para implantar Centrales turbinicas preferentemente en profundidades lo ms someras posibles y que no daen ningn ecosistema submarino. Las turbinas tendran una malla de proteccin que impedira la absorcin de animales acuaticos. Turbina de vapor

Rotor de una turbina de vapor producida por Siemens, Alemania. Una turbina de vapor es una turbomquina motora, que transforma la energa de un flujo de vapor en energa mecnica a travs de un intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido de trabajo (entindase el vapor) y el rodete, rgano principal de la turbina, que cuenta con palas o labes los cuales tienen una forma particular para poder realizar el intercambio energtico. Las turbinas de vapor estn presentes en diversos ciclos de potencia que utilizan un fluido que pueda cambiar de fase, entre stos el ms importante es el Ciclo Rankine, el cual genera el vapor en una caldera, de la cual sale en unas condiciones de elevada temperatura y presin. En la turbina se transforma la energa interna del vapor en energa mecnica que, tpicamente, es aprovechada por un generador para producir electricidad. En una turbina se pueden distinguir dos partes, el rotor y el estator. El rotor est formado por ruedas de labes unidas al eje y que constituyen la parte mvil de la turbina. El estator tambin est formado por labes, no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina. El trmino turbina de vapor es muy utilizado para referirse a una mquina motora la cual cuenta con un conjuntos de turbinas para transformar la energa del vapor, tambin al conjunto del rodete y los labes directores.

Clasificacin Existen las turbinas de vapor en una gran variedad de tamaos, 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 turbomquinas son susceptibles a los mismos criterios de clasificacin de stas. Por otro lado, es comn clasificarlas de acuerdo a su grado de reaccin:

Turbinas de Accin: El cambio o salto entlpico o expansin es realizada en los labes directores o las toberas de inyeccin si se trata de la primera etapa de un conjunto de turbinas, estos elementos estn sujetos al estator. En el paso del vapor por el rotor la presin se mantendr constante y habr una reduccin de la velocidad. Turbinas de Reaccin: La expansin, es decir, el salto entlpico del vapor puede realizarse tanto en el rotor como en el estator, cuando este salto ocurre nicamente en el rotor la turbina se conoce como de reaccin pura.

Principio de Funcionamiento La ecuacin general de las turbomquinas fue hallada por Euler y su demostracin se encuentra en el artculo de turbomquinas. La forma para el trabajo por unidad de masa que atraviesa el rotor de las turbomquinas motoras axiales es: L = u[c1cos(1) c2cos(2)] donde u es conocida como velocidad perifrica y es la velocidad lineal del rotor, c1 y c2 son las velocidades absolutas del fluido de trabajo antes y despus de pasar por el rotor respectivamente, 1 y 2 son los ngulos entre la velocidad absoluta y la velocidad perifrica antes y despus de pasar por el rotor. Si introducimos el concepto de velocidad relativa , que es la velocidad del fluido respecto al rodete, y definimos el ngulo como aqul que existe entre la velocidad perifrica y podemos reescribir la ecuacin anterior, por propiedades del triangulo como:

Ahora escribamos la primera ley de la termodinmica para un balance de energa del fluido de trabajo en su paso por el rotor, suponiendo a ste un proceso adiabtico:

Recuerdese que consideramos que L es definido positivo.

Encontramos as que el cambio entlpico es igual al cambio de los cuadrados de la velocidad relativa:

Abastecimiento de Vapor y Condiciones de Escape Estas categoras incluyen turbinas recalentamiento, extraccin e induccin. condensadoras, no condensadoras, de

Las turbinas de No condensacin o de contrapresin son ms ampliamente usadas para aplicaciones de vapor en procesos. La presin de salida es controlada por una vlvula reguladora para satisfacer las necesidades de presin en el vapor del proceso. Se encuentran comnmente en refineras, plantas de papel y pulpa y en instalaciones de desalinizacin, donde se dispone de grandes cantidades de vapor de proceso a baja presin. Las turbinas condensadoras se encuentran comnmente en plantas de potencia elctrica. Estas turbinas expelen vapor en estado parcialmente saturado, generalmente con calidad mayor al 90%, a una presin bastante inferior a la atmosfrica hacia un condensador. Las turbinas de recalentamiento tambin son usadas casi exclusivamente en plantas de potencia elctrica. En una turbina de recalentamiento, el flujo de vapor sale de una seccin a alta presin de la turbina y es regresado a la caldera donde se le vuelve a sobrecalentar. El vapor entonces regresa a una seccin de presin intermedia de la turbina y contina su expansin. Las turbinas de extraccin se encuentran en todo tipo de aplicaciones. En una turbina de extraccin, el vapor es liberado en diversas etapas y aprovechado en distintos procesos industriales, tambin puede ser enviado a calentadores de agua para mejorar la eficiencia del ciclo. Turbina de gas

Esquema de un ciclo Brayton. C representa al compresor, B al quemador y T a la turbina. Una Turbina a Gas, es una turbomquina motora, cuyo fluido de trabajo es un gas. Como la compresibilidad de los gases no puede ser despreciada, las turbinas a gas son turbomquinas trmicas. Comnmente se habla de las turbinas a gas por separado de las turbinas ya que, aunque funcionan con sustancias en estado gaseoso, sus caractersticas de diseo son diferentes, y, cuando en estos trminos se habla de

gases, no se espera un posible cambio de fase, en cambio cuando se habla de vapores s. Las turbinas a gas son usadas en los ciclos de potencia como el ciclo Brayton y en algunos ciclos de refrigeracin .

Montaje de una turbina a gas. Es comn en el lenguaje cotidiano referirse a los motores de los aviones como turbinas, pero esto es un error conceptual, ya que stos son turboreactores los cuales son mquinas que, entre otras cosas, contienen una turbina a gas. Anlisis Termodinmico Durante el paso del fluido de trabajo a travs de una turbina a gas el primero le entrega energa a la segunda, y durante este proceso el fluido se expande y disminuye su temperatura. Podemos hacer un anlisis termodinmico de este proceso haciendo un balance de energa:

Esta ecuacin es la primera ley de la termodinmica en propiedades especficas, pero a diferencia de otras nomenclaturas el trabajo L es considerado positivo si sale del volumen de control, el cual en este caso contiene al fluido en su paso a travs de la turbina; c es la velocidad, u es la energa interna, p es la presin, z es la altura, q es el calor transferido por unidad de masa y v es el volumen especfico. Los subndices s se refieren a la salida y e se refieren a la entrada. Para simplificar nuestro trabajo haremos las siguientes consideraciones: q=0 Consideraremos este proceso como adiabtico.

El cambio de energa potencial (gravitatoria) es despreciable debido a la baja densidad de los gases.

gze gzs = 0 Entonces de la primera ley de la termodinmica podemos deducir la expresin para obtener el trabajo especfico en funcin de las propiedades de entrada y salida de la turbina del fluido de trabajo:

El termino h es la entalpa la cual se define como h = u + pv.

NOTA: En los archivos se mantienen los links de enlace.