TEMA:

EQUIPOS AUXILIARES

MATERIA:

MAQUINAS Y EQUIPOS TERMICOS I

1

VALVULAS

Son elementos que bloquean el paso M caudal preferentemente en un sentido y lo

permiten únicamente en el otro sentido. La presión de¡ lado de salida actúa sobre la

pieza obturadora y apoya el efecto de cierre hermético de la válvula.

Válvula antirretorno

Las válvulas antirretorno impiden el paso absolutamente en un sentido; en el sentido

contrario, el aire circula con una pérdida de presión mínima. La obturación en un sentido

puede obtenerse mediante un cono, una bola, un disco o una membrana.

Símbolo:

-Válvula antirretorno, que cierra por el efecto de una fuerza que actúa sobre la parte a

bloquear.

-Válvula antirretorno con cierre por contrapresión, p.ej., por muelle. Cierra cuando la

presión de salida es mayor o igual que la de entrada.

Válvula selectora de circuito

También se llama válvula antirretorno de doble mando o antirretorno doble.

Esta válvula tiene dos entradas X y Y y una salida A. Cuando el aire comprimido entra

por la entrada X, la bola obtura la entrada Y y el aire circula de X a A. Inversamente, el

aire pasa de Y a A cuando la entrada X está cerrada. Cuando el aire regresa, es decir,

cuando se desairea un cilindro o una válvula, la bola, por la relación de presiones,

permanece en la posición en que se encuentra momentáneamente.

2

Válvula selectora de circuito

Esta válvula se denomina también «elemento 0 (OR)»; aísla las señales emitidas por

válvulas de señalización desde diversos lugares e impide que el aire escape por una

segunda válvula de señalización.

Si se desea mandar un cilindro o una válvula de mando desde dos o más puntos, será

necesario montar esta válvula.

Ejemplo:

-El vástago de un cilindro debe salir al accionar un mando manual o un pedal.

-Mando de un cilindro de simple efecto.

-Mando de un cilindro de doble efecto.

Válvula antirretorno y de estrangulación

También se conoce por el nombre de regulador de velocidad o regulador unidireccional.

Estrangula el caudal de aire en un solo sentido. Una válvula antirretorno cierra el paso

del aire en un sentido, y el aire puede circular sólo por la sección ajustada. En el sentido

contrario, el aire circula libremente a través de la válvula antirretorno abierta. Estas

válvulas se utilizan para regular la velocidad de cilindros neumáticos.

Para los cilindros de doble efecto, hay por principio dos tipos de estrangulación. Las

válvulas antirretorno y de estrangulación deben montarse lo más cerca posible de los

cilindros.

Regulador unidireccional

La función es la misma, sólo que en este caso el paso del aire comprimido no se cierra

mediante una membrana Se hace cargo de hermetizar una espiga con cabeza

semirredonda.

Estas válvulas se montan directamente en el cilindro. Pueden emplearse para limitar el

caudal de ampo o también el caudal de alimentación. En este último caso, hay que

montar adicionalmente dos racores.

3

Regulador unidireccional

En este caso, las válvulas antirretorno y de estrangulación se montan de modo que se

estrangule el aire que va al cilindro. El aire de escape puede escapar libremente por la

válvula antirretorno. La más mínima variación de la carga, p.ej. el momento de pasar

sobre un final de carrera, supone una gran variación de la velocidad de avance. Por eso,

esta limitación de caudal se utiliza únicamente para cilindros de simple efecto y de

volumen pequeño.

Limitación del caudal de escape: (estrangulación secundaria)

En este caso el aire de alimentación entra libremente en el cilindro; se estrangula el aire

de escapo. El émbolo se halla entro dos cojinetes de aire. Esta disposición mejora

considerablemente el comportamiento del avance. Por esta razón, es el método más

adecuado para cilindros de doble efecto.

En el caso de cilindros de volumen pequeño y de carrera corta, la presión en el lado de

escape no puede formaras con la suficiente rapidez, por lo que en algunos casos habrá

que emplear la limitación M caudal de alimentación junto con la del caudal de escape.

Regulador unidireccional, con estrangulador regulable mecánicamente (con

rodillo)

Estas válvulas se emplean para variar, durante el movimiento, la velocidad de los

émbolos de cilindros de simple o doble efecto.

Para los cilindros de doble efecto, esta válvula puede servir de amortiguación final de

carrera. Antes de alcanzar el cilindro su extremo, la masa M émbolo es frenada por

obturación o a minoración oportuna de la sección de escape del aire. Este sistema se

utiliza cuando el amortiguador interno del cilindro es insuficiente.

Por medio de un tornillo puede ajustarse la velocidad inicial del émbolo. La forma de la

leva que acciona el rodillo, en su descenso, aminora correspondientemente la sección

de paso. Al purgar de aire el elemento de trabajo, un disco estanqueizante se levanta de

su asiento, y el aire puede pasar libremente.Esta válvula puede emplearse como válvula

normalmente abierta o normalmente cerrada.

4

Válvula de escape rápido

Esta válvula permite elevar la velocidad de los émbolos de cilindros. Con ella se ahorran

largos tiempos de retorno, especialmente si se trata de cilindros de simple efecto.

La válvula tiene un empalme de alimentación bloqueable P, un escape bloqueable R y

una salida A.

Cuando se aplica presión al empalme P, la junta se desliza y cubre el escape R. El aire

comprimido circula entonces hacia A. Si se deja de aplicar aire comprimido a P, el aire

proveniente de A empuja la junte contra el empalme P cerrando éste. Puede escapar

rápidamente por R, sin recorrer conductos largos y quizá estrechos hasta la válvula de

mando. Se recomienda montar esta válvula directamente sobre el cilindro o lo más cerca

posible de éste.

Expulsor neumático

En la industria hace tiempo que el aire comprimido se utiliza para soplar y expulsar las

piezas elaboradas. Entonces se produce un gran consumo de aire. En contraposición al

método empleado hasta ahora, en el que se tomaba aire continuamente de la red de aire

comprimido, se puede trabajar económicamente con un expulsor, puesto que se

compone de un depósito y una válvula de escape rápido incorporado. El volumen del

depósito se adapta a la cantidad de aire precisada.

Una válvula distribuidora 3/2, abierta en posición inicial, se emplea como elemento de

señalización. El aire atraviesa dicha válvula y la válvula de escape rápido en el depósito,

rellenando éste. Al accionar la válvula distribuidora 3/2 se cierra el paso hacia el

depósito, y la tubería se pone a escape hacia la válvula de escape rápido. El aire del

depósito escapa entonces rápidamente por la válvula de escape rápido al exterior. El

chorro concentrado de aire permite expulsar piezas de dispositivos y herramientas de

troquelado, de cintas de transporte, de dispositivos clasificadores y de equipos

envasadores.

La señal de expulsión puede darse de forma manual o mediante medios mecánicos,

neumáticos o eléctricos.

5

Válvula de simultaneidad

Esta válvula tiene dos entradas X o Y y una salida A. El aire comprimido puede pasar

únicamente cuando hay presión en ambas entradas. Una señal de entrada en X ó Y

interrumpo el caudal, en razón M desequilibrio de las fuerza que actúan sobre la pieza

móvil. Cuando las señales están desplazadas cronológicamente, la última es la que llega

a la salida A. Si las señales de entrada son de una presión distinta, la mayor cierra la

válvula y la menor se dirige hacia la salida A. Esta válvula se denomina también

»módulo Y (AND). Se utiliza principalmente en mandos de

enclavamiento, funciones de control y operaciones lógicas.

Reguladores de presión

Estas válvulas Influyen principalmente sobre la presión, o están acondicionadas

al valor que tome la presión. Se distinguen:

- Válvulas de regulación de presión

- Válvulas de limitación de presión

- Válvulas de secuencia

Válvula de regulación de presión

Tiene la misión de mantener constante la presión, es decir, de transmitir la presión

ajustada en el manómetro sin variación a los elementos de trabajo o servo elementos,

aunque se produzcan fluctuaciones en la presión de la red. La presión de entrada

mínima debe ser siempre superior a la de salida.

Regulador de presión sin orificio de escape

El funcionamiento de esta válvula es igual al descrito, no tiene el segundo asiento de

válvula en el centro de la membrana y por tanto, el aire no puede escapar cuando la

presión secundaria es mayor.

6

Regulador de presión con orificio de escape

El funcionamiento de esta válvula es al contrario de lo que sucede en la precedente, es

posible compensar una sobrepresión secundaria. El exceso de presión en el lado

secundario con respecto a la presión ajustada se elimina a través del orificio de escape.

Válvula limitadora de presión

Estas válvulas se utilizan, sobre todo, como válvulas de seguridad (válvulas de

sobrepresión). No admiten que la presión en el sistema sobrepase un valor máximo

admisible. Al alcanzar en la entrada de la válvula el valor máximo de presión, se abre la

salida y el aire sale a la atmósfera. La válvula permanece abierta, hasta que el muelle

incorporado, una vez alcanzada la presión ajustada en función de la característica del

muelle, cierra el paso.

Válvula de secuencia

Su funcionamiento es muy similar al de la válvula limitadora de presión. Abre el paso

cuando se alcanza una presión superior a la ajustada mediante el muelle. El aire circula

de P hacia la salida A. Esta no se abre, hasta que en el conducto de mando Z no se ha

formado una presión ajustada. Un émbolo de mando abre el paso de P hacia A.

Estas válvulas se montan en mandos neumáticos que actúan cuando se precisa una

presión fija para un fenómeno de conmutación (mandos en función de la presión). La

señal sólo se transmite después de alcanzar la presión de sujeción.

Válvulas de caudal

Estas válvulas influyen sobre la cantidad de circulación de aire comprimido; el caudal se

regula en ambos sentidos de flujo.

Válvulas de cierre

Son elementos que abren o cierran el paso del caudal, sin escalones. Utilización

sencilla: Grifo de cierre.

7

Válvulas combinadas

El bloque de mando consta de:

1 válvula distribuidora 5/2 (aplicación bilateral de presión)

2 válvulas distribuidoras 3/2 (accionamiento mecánico)

2 válvulas selectoras de circuito

2 válvulas reguladoras de caudal

El bloque de mando puede invertirse accionando mecánicamente las válvulas

distribuidoras 3/2 o aplicando aire comprimido a través de las válvulas selectoras de

circuito (módulos 0 [OR]).

Las dos válvulas distribuidoras 3/2 (válvulas 1 y 2) están unidas al conducto P. Al

accionar la válvula 2, el aire de pilotaje pasa al lado Y. El aire comprimido circula de P

hacia B. El conducto A se pone en escape hacia S. Al accionar la válvula 1 tiene lugar el

mismo proceso en el lado izquierdo del émbolo de mando. Este se conmuta, y se

establece la unión de P hacia A, y de B hacia R.

Si esta válvula debe ser conmutada desde otro punto y no directamente desde ella

misma, mandamos la señal a Z ó Y, a través de las válvulas selectoras de circuito. El

proceso dentro de la válvula es idéntico al de accionamiento directo.

En el bloque de mando están incorporados dos reguladores de caudal. Con ellos se

puede limitar el aire de escape en las salidas R ó S.

Con esta válvula y otra de doble efecto se pueden efectuar movimientos individuales o

alternativos.

Ejemplo: Unidad de avance autónoma Unidad de

Bloque neumático de mando (pilotaje a presión).

8

TRAMPAS DE VAPOR

Las trampas de vapor son un tipo de válvula automática que filtra el condensado (es

decir vapor condensado) y gases no condensables como lo es el aire esto sin dejar

escapar al vapor. En la industria, el vapor es regularmente usado para calentamiento o

como fuerza motriz para un poder mecánico. Las trampas de vapor son usadas en tales

aplicaciones para asegurar que no se desperdicie el vapor.

¿Para Qué Fin son Instaladas las Trampas de Vapor?

El vapor se forma cuando el agua es evaporada para formar un gas. Para que el proceso

de evaporación se produzca, las moléculas de agua deben recibir suficiente energía de

tal manera que las uniones entre las moléculas (uniones de hidrogeno, etc.) se rompan.

Esta energía que se da para convertir un líquido a gas recibe el nombre de "calor

latente".

Los procesos basados en el calentamiento utilizan el calor latente y lo transfieren al

producto. Cuando se realiza este trabajo (es decir el vapor a cedido su calor latente), el

vapor se condensa y se convierte en condensado. En otras palabras, el condensado no

tiene la habilidad de hacer el trabajo que el vapor realiza. Por lo tanto la eficiencia de

calentamiento se ve afectada si el condensado no es removido propia y rápidamente

como sea posible, ya sea en un tubería para transportar el vapor o en un intercambiador

de calor.

¿Qué hay de malo con el uso de una Válvula Normal?

En algunas ocasiones se cree que la carga de condensado puede ser regulada con una

válvula común y corriente en lugar de una trampa de vapor esto con el solo hecho de

ajustar manualmente la apertura de la válvula para emparejar la cantidad de condensado

que se genera. Teóricamente, esto es posible. Sin embargo, el rango de las condiciones

necesarias para lograr esto son bastante limitadas que en la práctica no es una solución

realista.

El mayor problema con este método es que al tener fija la apertura de la válvula para

descargar una cantidad fija de fluido significa que las fluctuaciones en la carga de

9

condensado no podrán ser compensadas. De hecho, la cantidad de condensado que es

generado en un determinado sistema no es fija. En el caso de algún equipo, la carga de

condensado al arranque difiere de que se genera durante una operación normal. Las

fluctuaciones en la carga del producto también resultan con diferencias en la cantidad de

condensado generado. De manera similar, en el caso de tuberías para el transporte de

vapor, la carga de condensado podría diferir dependiendo de la temperatura o aire

exterior o como resultado de una fuerte nevada o lluvia.

Si el dispositivo no puede responder a las fluctuaciones en la carga del condensado, el

condensado que debería ser descargado se acumulara dentro del equipo/tubería y se

verá afectada la eficiencia de calentamiento. Por otro lado, cuando la carga de

condensado disminuye, podría resultar en la fuga de vapor y el vapor se desperdiciara.

Las Trampas de Vapor vienen en varios mecanismos diferentes

Diversos tipos de mecanismos (Principios de Operación) han sido desarrollados para la

descarga automática de condensado y gases no condensables. Los mecanismos

mayormente usados son aquellos que dependen de las diferencias en temperatura,

gravedades específicas y presión. Cada uno de estos tipos de trampas de vapor tiene

sus propias ventajas y aplicaciones.

10

INSTRUMENTOS DE MEDICION (MANOMENTROS, TERMOMETROS Y

PIROMETROS)

Los instrumentos de medición son elementos claves para el análisis de cualquier

sustancia química o en aplicaciones industriales. Dos de ellos destacan por su

versatilidad y funcionalidad: los manómetros y los termómetros.

¿Qué son los manómetros?

Un manómetro es un instrumento o aparato útil en la medición de la presión de los

fluidos de algún recipiente cerrado. Por lo general, estos instrumentos llegan a medir

tanto la presión de los líquidos como de los gases. Su funcionamiento se basa en la

medición de la presión atmosférica, es decir, miden la diferencia entre la presión real y la

presión atmosférica; a esta medición se le denomina presión manométrica.

¿Qué son los termómetros?

Un termómetro es un instrumento de medición de temperatura. Se puede encontrar ya

sea análogo o digital. Este instrumento es muy común para emplearse como medidor de

temperatura corporal, aunque también suele ser utilizado para medir temperaturas a

nivel industrial. Existen diferentes tipos de termómetros, el clásico de mercurio, el

utilizado en fábricas de vidrio (pirómetro), el termómetro de gas y el termómetro de

resistencia.

Manómetros Ashcroft

Cuando se trata de medición y monitoreo industrial, Ashcroft es la marca reconocida por

su confiabilidad y durabilidad. Los manómetros Ashcroft están disponibles en una gran

variedad de modelos para uso industrial o comercial, en tamaños desde 1” a 12” y en

rangos de presión hasta 100,000 psi.  En el caso de los manómetros de proceso y acero

inoxidable, está disponible la opción Plus, patentada y acreedora de varios premios, que

resuelve los problemas de vibración y pulsación en sus aplicaciones. La opción Plus

proporciona el mismo desempeño que un manómetro relleno de líquido, sin los

problemas asociados a éste. Esta opción también aumenta significativamente la vida de

un termostato en seco hasta en un 50% en condiciones de vibración severa y

aplicaciones de alta pulsación.

11

Termómetros Ashcroft

Ashcroft ofrece tres tipos de termómetros: termómetros bi-metálicos, termómetros

DúratemP® actuados por gas y termómetros digitales. El termómetro bi-metal mide

rangos de -80°F a 1000°F. La línea de termómetros Duratemp® actuados por gas mide

temperaturas desde -320°F hasta 1200°F. Los termómetros digitales están diseñados

para ser montados en panel, poseen resistencia al shock y a la vibración y poseen una

caja ultrasónica sellada y contra agua.

Los Termo pozos están disponibles en acero inoxidable 304 y acero inoxidable 316 y

con un diámetro interior de .260 y .385. Confiables y exactos, los instrumentos de

medición de temperatura Ashcroft son ideales para el uso en una gran variedad de

aplicaciones de medición y monitoreo industrial.

Pirómetro

Un pirómetro óptico.

Un pirómetro, dispositivo capaz de medir la temperatura de una sustancia sin necesidad

de estar en contacto con ella. El término se suele aplicar a aquellos instrumentos

capaces de medir temperaturas superiores a los 600 grados celsius. El rango de

temperatura de un pirómetro se encuentra entre -50 grados celsius hasta +4000 grados

celsius. Una aplicación típica es la medida de la temperatura

deméntales incandescentes en molinos de acero o fundiciones.

Es difícil establecer el inventor de este pirómetro. Pieter van Musschenbroek y Josiah

Wedgwood encontraron algo al respecto, que en su tiempo era llamado pirómetro. De

todas formas ese aparato no tiene punto de comparación con los pirómetros actuales.

Principio básico

Cualquier objeto con una temperatura superior a los 0 Kelvin emite radiación térmica.

Esta radiación será captada y evaluada por el pirómetro. Cuando el objeto de medida

tiene una temperatura inferior al pirómetro, es negativo el flujo de radiación. De todas

formas se puede medir la temperatura.

Uno de los pirómetros más comunes es el pirómetro de absorción-emisión, que se utiliza

para determinar la temperatura de gases a partir de la medición de la radiación emitida

12

por una fuente de referencia calibrada, antes y después de que esta radiación haya

pasado a través del gas y haya sido parcialmente absorbida por éste. Ambas medidas

se hacen en el mismo intervalo de las longitudes de onda.

Para medir la temperatura de un metal incandescente, se observa éste a través del

pirómetro, y se gira un anillo para ajustar la temperatura de un filamento incandescente

proyectado en el campo de visión. Cuando el color del filamento es idéntico al del metal,

se puede leer la temperatura en una escala según el ajuste del color del filamento.

13

TURBOBOMBA

Una turbobomba es una turbomáquina formada por dos componentes básicos:

una bomba rotodinámica y una turbina de gas propulsora. A menudo están montadas

solidarias sobre el mismo eje, pero que también pueden ir engranadas. El objetivo de

una turbobomba es generar un flujo de un fluido, generalmente líquido, a presión para

alimentar unacámara de combustión u otro dispositivo.

Turbobomba axial diseñada y construida para el motor de cohete M-1

Las turbobombas pueden ser de dos tipos en función del tipo de bomba: con bomba

centrífuga, en la que el bombeo se lleva a cabo expulsando un fluido a alta velocidad, o

una bomba axial, en el que la alternancia de álabes rotativos y estáticos aumenta la

presión del fluido gradualmente.

Las bombas axiales tienen un diámetro reducido pero proporcionan un aumento de

presión relativamente bajo, por lo que necesitan varias fases de compresión. Las

bombas centrífugas son mucho más potentes pero su diámetro es mucho mayor.

Las turbobombas funcionan de manera muy similar a las unidades turbo de los motores

alternativos, con la salvedad que trabajas con fluidos incompresibles. Una presión más

elevada del combustible permite el suministro de combustible a la cámara de combustión

de alta presión en motores de alto rendimiento.

Tipo de turbobomba

Las turbobombas se dividen en dos tipos según el tipo de bomba que empleen:

centrifuga o axial. La morfología de la turbina no se suele considerar.

Turbobomba centrífuga

La mayoría de turbobombas son centrífugas. El líquido entra radialmente en la bomba

cerca del eje y el rotor, también llamado rodete, acelera el fluido a alta velocidad. El

líquido pasa a través de un difusor que es un tubo de forma progresivamente ampliada,

que permite la recuperación de la presión dinámica a estática. El difusor convierte la

energía cinética en altas presiones (no es raro cientos de bar), y si la toma de

contrapresión no es demasiado alta, se puede lograr altas tasas de flujo.

14

Turbobomba axial

También existen turbobombas axiales. En este caso el eje esencialmente tiene alabes

unidos al eje y el fluido es forzado por estos paralelos al eje principal de la bomba. En

general, las bombas axiales generan presiones mucho más bajas que las bombas

centrífugas, no es infrecuente unos pocos un bares. Sin embargo, poseen su utilidad - se

utilizan comúnmente bombas axiales como "inductores" de las bombas centrífugas,

elevan la presión de entrada a la bomba centrífuga lo suficiente para prevenir un exceso

de cavitación. Este efecto también se puede conseguir presurizando los depósitos.

Características de las turbobombas

Aunque las turbobombas pueden ser de una gran simplicidad, diseñar una de gran

rendimiento es una tarea difícil. Mientras que una bomba bien diseñada y depurada

puede alcanzar entre el 70 al 90% de eficiencia, sin embargo, no son infrecuentes las

cifras de menos de la mitad. La baja eficiencia puede ser aceptable en algunas

aplicaciones, pero en los cohetes es un grave problema. Turbobombas de cohetes son

importantes y bastante problemático que los vehículos de lanzamiento con cierto

sarcasmo se han descrito como 'una turbobomba unida a un cohete'- hasta el 55% del

costo total se puede deber a esta.

Los problemas más comunes son:

un flujo excesivo desde el borde alta de presión a la entrada de baja presión a lo

largo de la holgura entre la carcasa de la bomba y el rotor

recirculación excesiva de líquido de entrada.

excesiva turbulencia del fluido que sale de la carcasa de la bomba.

daños por cavitación en las superficies del impulsor en zonas donde el líquido esta a

baja presión.

Además, es fundamental construir la forma precisa del propio rotor. Y otro problema es

la lubricación, ya que además de girar a altas velocidades las temperaturas son muy

distintas, ya que la turbina puede funcionar con gases de escape calientes, el

combustible estar a temperatura ambiente y el comburente ser criogénico.

15

Empleo de las turbobombas

Aeronáutica

Uno de los usos más habituales es para bombear a presión combustible y comburente a

la cámara de combustión de los motores cohete. Esto es necesario para los grandes

cohetes líquidos, ya que forzar a los líquidos a fluir por simple presurización de los

tanques a menudo no es factible, la alta presión necesaria conllevaría a tanques muy

resistente y por consiguiente pesados. Los 20 bares es la frontera, por debajo de esta

presión se suele emplear un ciclo con presurización de los tanques y por encima

turbobombas.

En los motores estatorreactor también se suele emplear una turbobomba para el

suministro de combustible. La turbina es accionado directamente por el aire externo de

la corriente libre o internamente por el flujo de aire desviado desde la entrada de

cámaras de combustión. En ambos casos la corriente de escape de la turbina se vierte

al exterior.

Bombeo

Existen turbobombas en las cuales la turbina está alimentada por vapor. Se utilizan

cuando hay una fuente de vapor disponible, por ejemplo, en las de calderas de los

barcos a vapor. Las turbinas de gas se utilizan generalmente cuando la electricidad o el

vapor no están disponibles y las restricciones de lugar o de peso no permiten de otras

fuentes de energía mecánica.

16

BOMBAS TURBOSOLPANTES

Bomba de aire diseñada para spas, bañeras e hidromasaje y aplicaciones similares que

produce burbujas al bombear volúmenes medios y altos de aire, de forma continua.

También se utiliza para remover el lecho filtrante, en sistemas de lavado, o donde se

necesite una corriente baja de aire. La carcasa de la bomba y el rodete están fabricados

en aleación de aluminio inyectado mientras que el eje del motor está fabricado en acero

inoxidable y tiene el rodete directamente adaptado al eje y equilibrado dinámicamente.

Los motores, de 2 polos monofásicos o trifásicos para uso continuo, están fabricadas de

acuerdo a las normas CEI 2/3 1988, e incorporan una protección IP54 externa y un

aislamiento de la clase F. Las tensiones sándaras son 100-120/200-240V para la gama

monofásica y 200-240/380-440V para la gama trifásica, con 50/60Hz. Las turbinas

pueden trabajar a una temperatura máxima de 40ºC. No se pueden utilizar gases

agresivos, inflamables o explosivos. Consultar para variaciones técnicas.

17

18

5.6

Tipo de turbobomba[editar]

Las turbobombas se dividen en dos tipos según el tipo de bomba que empleen:

centrifuga o axial. La morfología de la turbina no se suele considerar.

Turbobomba centrífuga[editar]

Esquema de una bomba centrífuga

La mayoría de turbobombas son centrífugas. El líquido entra radialmente en la bomba

cerca del eje y el rotor, también llamado rodete, acelera el fluido a alta velocidad. El

líquido pasa a través de un difusor que es un tubo de forma progresivamente ampliada,

que permite la recuperación de la presión dinámica a estática. El difusor convierte la

energía cinética en altas presiones (no es raro cientos de bar), y si la toma de

contrapresión no es demasiado alta, se puede lograr altas tasas de flujo.

Turbobomba axial[editar]

También existen turbobombas axiales. En este caso el eje esencialmente tiene alabes

unidos al eje y el fluido es forzado por estos paralelos al eje principal de la bomba. En

19

general, las bombas axiales generan presiones mucho más bajas que las bombas

centrífugas, no es infrecuente unos pocos un bares. Sin embargo, poseen su utilidad - se

utilizan comúnmente bombas axiales como "inductores" de las bombas centrífugas,

elevan la presión de entrada a la bomba centrífuga lo suficiente para prevenir un exceso

de cavitación. Este efecto también se puede conseguir presurizando los depósitos.

Características de las turbobombas[editar]

Aunque las turbobombas puede ser de una gran simplicidad, diseñar una de gran

rendimiento es una tarea difícil. Mientras que una bomba bien diseñada y depurada

puede alcanzar entre el 70 al 90% de eficiencia, sin embargo, no son infrecuentes las

cifras de menos de la mitad. La baja eficiencia puede ser aceptable en algunas

aplicaciones, pero en los cohetes es un grave problema. Turbobombas de cohetes son

importantes y bastante problemático que los vehículos de lanzamiento con cierto

sarcasmo se han descrito como 'una turbobomba unida a un cohete'- hasta el 55% del

costo total se puede deber a esta.

Los problemas más comunes son:

un flujo excesivo desde el borde alta de presión a la entrada de baja presión a lo

largo de la holgura entre la carcasa de la bomba y el rotor

recirculación excesiva de líquido de entrada.

excesiva turbulencia del fluido que sale de la carcasa de la bomba.

daños por cavitación en las superficies del impulsor en zonas donde el líquido esta a

baja presión.

Además, es fundamental construir la forma precisa del propio rotor. Y otro problema es

la lubricación, ya que además de girar a altas velocidades las temperaturas son muy

distintas, ya que la turbina puede funcionar con gases de escape calientes, el

combustible estar a temperatura ambiente y el comburente ser criogénico.

Empleo[editar]

Aeronaútica[editar]

Uno de los usos mas habituales es para bombear a presión combustible y comburente a

la cámara de combustión de los motores cohete. Esto es necesario para los grandes

20

cohetes líquidos, ya que forzar a los líquidos a fluir por simple presurización de los

tanques a menudo no es factible, la alta presión necesaria conllevaría a tanques muy

resistente y por consiguiente pesados. Los 20 bares es la frontera, por debajo de esta

presión se suele emplear un ciclo con persurización de los tanques y por encima

turbobombas.1

En los motores estatorreactor también se suele emplear una turbobomba para el

suministro de combustible. La turbina es accionado directamente por el aire externo de

la corriente libre o internamente por el flujo de aire desviado desde la entrada de

cámaras de combustión. En ambos casos la corriente de escape de la turbina se vierte

al exterior.

Bombeo[editar]

Existen turbobombas en las cuales la turbina está alimentada por vapor. Se utilizan

cuando hay una fuente de vapor disponible, por ejemplo, el las de calderas de los barcos

a vapor. Las turbinas de gas se utilizan generalmente cuando la electricidad o el vapor

no está disponible y las restricciones de lugar o de peso no permiten de otras fuentes de

energía mecánica.

21

Historia[editar]

El misil V-2 empleaba una turbobomba circular para presurizar los propergoles.

Desarrollo inicial[editar]

Los pioneros de los cohetes, como Hermann Oberth, ya consideraron el empleo de

bombas de alta presión para realizar grandes misiles.

A mediados de 1935 Wernher von Braun emprendió un proyecto de una bomba de

combustible con la firma alemana Klein, Schanzlin & Beckerque poseía experiencia en la

construcción de grandes bombas contraincendios.2

El cohete V-2 utilizaba la descomposición del peróxido de hidrógeno a través de

un generador de vapor Walther para alimentar una turbo bomba sin ningún mecanismo

de control.2 Dichas turbobombas se fabricaban en la planta de Heinkel en Jenbach,3 las

turbobombas y la cámara de combustión de las V-2 se han probado y adaptado para

evitar que la bomba sobrepresurice la cámara.2 El primer motor se encendido con éxito

en septiembre, y el 16 de agosto de 1942, un cohete de prueba se detuvo en el aire y se

22

estrelló debido a un fallo en el turbo.2 El primer lanzamiento exitoso de una V-2 se

realizó el 3 de octubre de 1942.4

Desarrollo de postguerra 1947 a 1949[editar]

Después de la Segunda Guerra Mundial el desarrollo continuó principalmente en EE.

UU. y en la URSS.

Estados Unidos de América[editar]

Por parte de EE.UU. el ingeniero principal para el desarrollo de la turbobomba

de Aerojet fue George Bosco. Durante la segunda mitad de 1947, Bosco y su equipo

estudiaron el trabajo de sobre turbobomba de otros y realizaron estudios preliminares de

diseño. Representantes de Aerojet visitaron la Universidad de Ohio, donde Florant

estaba trabajando en bombas para hidrógeno, y consultaron con Dietrich Singelmann, un

experto alemán en bombas en Wright Field. Bosco posteriormente utilizó los datos de

Singelmann en el primero diseño de una bomba para hidrógeno de Aerojet.5

A mediados de 1948, Aerojet había seleccionado las bombas centrífugas, tanto para

hidrógeno como para oxígeno líquidos. Obtuvo unas pocas bombas radial de paletas

alemanas de la Marina de EEUU y las puso a prueba durante la segunda mitad del año.5

A finales de 1948, Aerojet había diseñado, construido y probado una bomba de

hidrógeno líquido de 15 cm de diámetro. Inicialmente se utilizó rodamientos de bolas que

rodaban limpios y secos, debido a que las bajas temperaturas impedían la lubricación

convencional. La bomba funciono por primera vez a baja velocidad para permitir que sus

partes se enfríe a temperatura de funcionamiento. Cuando los indicadores de

temperatura mostraron que el hidrógeno líquido había llegado a la bomba, se hizo un

intento para acelerar el 5000 a 35000 revoluciones por minuto. La bomba falló y el

examen posterior de las piezas apuntaban a un fallo de los rodamientos, así como en el

impulsor. Después de algunas pruebas, se utilizaron super-rodamientos de precisión,

lubricado por el aceite atomizado y dirigido por una corriente de nitrógeno gaseoso. En la

próxima ejecución, los rodamientos funcionado de manera satisfactoria, pero las

tensiones eran demasiado grandes para los rodetes soldados y salieron despedidos. Se

realizó de nuevo mecanizando un bloque sólido de aluminio. Se término a tiempo, ya

que el contrato tenía menos de seis meses para finalizar. Los siguientes dos ensayos

con la nueva bomba fueron una gran decepción, los instrumentos no mostró flujo

23

significativo o aumento de la presión. El problema se debía a la salida del difusor de la

bomba, que era demasiado pequeño y se enfría lo suficientemente durante el ciclo de

enfriamiento de modo que limita el flujo. Esto fue corregido mediante la adición de los

orificios de ventilación en la carcasa de la bomba, las rejillas de ventilación se abrían

durante el enfriamiento y se cerraban cuando la bomba estaba fría. Con esta

modificación, se realizaron dos ensayos adicionales en marzo de 1949 y ambos tuvieron

éxito. El caudal y la presión se encontraban de acuerdo aproximadamente con las

predicciones teóricas. La presión máxima fue de 26 atmósferas y el flujo de 0,25

kilogramos por segundo.5

Unión Soviética[editar]

El estudio de material capturado y el desarrollo de nuevos motores recayó sobre la

Agencia de Diseño y Laboratorio Experimental de Dinámica de Gases (OKB-456), bajo

la dirección de Valentín Glushkó. En 1957 lograron unos motores, RD-107 y RD-108, lo

suficientemente potentes para crear el primer misil intercontinental ICBM del mundo,

el R-7.

Esquema de la turbobomba de motor RD-107 y RD-108.

24

Desarrollo posterior[editar]

Una de las turbobombas de un motor Vulcan del Ariane 5.

En los primeros tiempos las gases necesarios para accionar la turbina provenían de un

generador de gas. En los primeros modelos el gas se producía por la descomposición

catalítica del peróxido de hidrógeno siguiendo las ideas de Walter, pero más adelante el

generador de gas es una pequeña cámara de combustión en la que se quema una

pequeña parte del propulsor y los gases producidos por la combustión impulsan la

turbina unida a las bombas. La energía necesaria para hacer girar las turbinas: desde

370 kW en el pequeño motor HM-7 (60 kN de empuje) hasta los 41 MW en el motor F1.

Gran parte de esta energía se pierde y los motores más potentes llamados "combustión

por etapas", que se recupera a costa de una mayor complejidad: el combustible de todo

y la parte de la cámara de combustión a través de un de pre-combustión, en lugar del

generador de gas antes de la turbina puede provocar que el gas producido es

reinyectado en la cámara de combustión principal.6

En los motores actuales más potentes las turbobombas puede alcanzar alta presión: 423

bares en la salida de la bomba del motor criogénico SSME del transbordador espacial,

270 bar para el motor del cohete japonés H2, altas velocidades de rotación (100 000 rpm

para el motor de turbobomba del hidrógeno Vinci ), flujo (4 toneladas por segundo para

el SSME) y junto a las temperaturas extremas de los propelentes criogénicos convierte a

las turbobomba en la parte más complejas el diseño de un cohete.

25

Función del condensador[editar]

La función principal del condensador en una central térmica es ser el foco frío o

sumidero de calor dentro del ciclo termodinámico del grupo térmico. Por tanto, su misión

principal es condensar el vapor que proviene del escape de la turbina de vapor en

condiciones próximas a la saturación y evacuar el calor de condensación (calor latente)

al exterior mediante un fluido de intercambio (aire o agua).

En el caso de una máquina frigorífica, el condensador tiene por objetivo la disipación del

calor absorbido en el evaporador y de la energía del compresor.

Además, el condensador recibe los siguientes flujos:

Las purgas de los calentadores y otros elementos, que una vez enfriadas son

incorporadas al circuito de condensado.

El aire que procede de entradas furtivas en los diversos elementos del ciclo agua-

vapor, a través de los cierres de la turbina de vapor o con el agua de reposición al

ciclo. Éste debe ser extraído y enviado al exterior mediante eyectores o bombas de

vacío.

El vapor procedente del escape de la turbo-bomba de agua de alimentación si la hay

en la instalación.

El vapor de los by-passes de turbina de vapor, que en determinados modos de

operación transitorios (arranques, paradas, disparos, cambios bruscos de carga)

conducen directamente al condensador todo el vapor generador en la caldera una

vez atemperado.

El agua de aportación al ciclo para reponer las purgas, fundamentalmente la purga

continua. Esta agua es desmineralizada y proviene del tanque de reserva de

condensado.

Las condiciones en el interior del condensador son de saturación, es decir, está a la

presión de saturación correspondiente a la temperatura de condensación del vapor. Esta

presión es siempre inferior a la atmosférica, es decir, se puede hablar de vacío.

26

Disposición constructiva de un condensador en centrales térmicas[editar]

Los condensadores que emplean aire como fluido refrigerante,

llamados Aerocondensadores, tienen un bajo rendimiento y, por tanto, necesitan de

grandes superficies para ser instalados. Este es el motivo de que el uso de este tipo de

condensadores no esté generalizado, pasando a usarse sólo en los casos en los que no

haya disponibilidad de agua.

Nos centraremos, por tanto, en los condensadores de agua como fluido refrigerante. Los

condensadores de las central térmica son cambiadores de calor tubulares, de superficie,

del tipo carcasa y tubo en los que el agua (fluido refrigerante) circula por los tubos y el

vapor (fluido enfriado) circula por el lado de la carcasa. Los tubos están dispuestos de

forma horizontal, con una pequeña pendiente para poder ser drenados con facilidad y

agrupados en paquetes.

Las partes más significativas de un condensador son:

Cuello. Es el elemento de unión con el escape de la turbina de vapor. Tiene una

parte más estrecha que se une al escape de la turbina de vapor bien directamente

mediante soldadura o bien a través de una junta de expansión metálica o de goma

que absorbe los esfuerzos originados por las dilataciones y el empuje de la presión

atmosférica exterior. La parte más ancha va soldada a la carcasa del condensador.

Carcasa o cuerpo. Es la parte más voluminosa que constituye el cuerpo

propiamente dicho del condensador y que alberga los paquetes de tubos y las

placas. Suele ser de acero al carbono.

Cajas de agua. Colector a la entrada y a la salida del agua de refrigeración (agua de

circulación) con el objeto de que ésta se reparta de forma uniforme por todos los

tubos de intercambio. Suelen ser de acero al carbono con un recubrimiento de

protección contra la corrosión que varía desde la pintura tipo epoxy (para el agua de

río) hasta el engomado(para el agua de mar). Suelen ir atornillados al cuerpo del

condensador.

Tubos. Son los elementos de intercambio térmico entre el agua y el vapor. Su

disposición es perpendicular al eje de la turbina. Suelen ser de acero inoxidable

(agua de río) y titanio (agua de mar).

27

Placas de tubos. Son dos placas perforadas que soportan los dos extremos de los

tubos. Constituyen la pared de separación física entre la zona del agua de las cajas

de agua y la zona de vapor del interior de la carcasa. Suelen ser de acero al carbono

con un recubrimiento (cladding) de titanio en la cara exterior cuando el fluido de

refrigeración es agua de mar. La estanqueidad entre los extremos de los tubos y las

placas de tubos se consigue mediante el aborcardado de los extremos de los tubos y

mediante una soldadura de sellado.

Placas soporte. Placas perforadas situadas en el interior de la carcasa y

atravesadas perpendicularmente por los tubos. Su misión es alinear y soportar los

tubos, así como impedir que éstos vibren debido a su gran longitud. Su número

depende de la longitud de los tubos. Suelen ser de acero al carbono.

Pozo caliente. Depósito situado en la parte inferior del cuerpo que recoge y acumula

el agua que resulta de la condensación del vapor. Tiene una cierta capacidad de

reserva y contribuye al control de niveles del ciclo. De este depósito aspiran la

bombas de extracción de condensado.

Zona de enfriamiento de aire. Zona situada en el interior de los paquetes de tubos,

protegida de la circulación de vapor mediante unas chapas para conseguir

condiciones de subenfriamiento. De esta manera, el aire disuelto en el vapor se

separa del mismo y mediante un sistema de extracción de aire puede ser sacado al

exterior.

Sistema de extracción de aire. Dispositivos basados en eyector que emplean vapor

como fluido motriz o bombas de vacío de anillo líquido. Su misión, en ambos casos,

es succionar y extraer el aire del interior del condensador para mantener el vacío.

Estos dispositivos aspiran de la zona de enfriamiento de aire.

Tipos de condensadores para centrales térmicas[editar]

Según su disposición relativa con respecto de la turbina de vapor, los condensadores

pueden clasificarse en:

Axiales. Están situados al mismo nivel que la turbina de vapor. Son típicos de

turbina de vapor hasta 150 MW, potencias hasta las cuales el cuerpo de baja presión

es de un solo flujo y escape axial.

28

Laterales. Están situados al mismo nivel que la turbina de vapor. El cuerpo de baja

presión de la turbina de vapor es de dos flujos.

Inferiores. Están situados debajo de la turbina de vapor de baja presión, lo que les

obliga a estar metidos en un foso y que el pedestal del grupo turbogenerador esté en

una cota más elevada, encareciéndose la obra civil. Dadas las potencias de las

centrales convencionales actuales, éste es el tipo de condensador más usualmente

empleado. La turbina de vapor de baja tiene doble flujo, pudiendo haber además

varios cuerpos.

Según el número de pasos, pueden ser:

De un paso. Hay una única entrada y una única salida de agua en cada cuerpo del

condensador. Típica en circuitos abiertos de refrigeración.

De dos pasos. El agua entra y sale dos veces en el cuerpo del condensador con la

finalidad de causar función refrigerante.

Según el número de cuerpos:

De un cuerpo. El condensador tiene una sola carcasa.

De dos cuerpos. El condensador tiene dos carcasas independientes. Esta

disposición es muy útil, ya que permite funcionar sólo con medio condensador.

Tipos de condensadores para máquinas frigoríficas[editar]

Los tipos de condensadores más utilizados en una máquina frigorífica son los siguientes:

Tubos y aletas. Se utilizan cuando se disipa el calor a una corriente de aire.

De placas. Se utilizan cuando se disipa el calor a una corriente de agua.

29

5.7

2. Eyectores

Ordinariamente cuando uno se refiere a los aparatos de chorro se acostumbra usar el

término "eyector " que cubre todos los tipos de bombas de chorro que no cuentan con

partes móviles, que utilizan fluidos en movimiento bajo condiciones controladas y que

descargan a una presión intermedia entre las presiones del fluido motor y de succión. El

eyector a chorro de vapor es el aparato más simple que hay para extraer el aire,gases o

vapores de los condensadores y de los equipos que operan a vacío en los procesos

industriales. Es un tipo simplificado de bomba de vacío o compresor, sin partes móviles,

como válvulas, pistones, rotores, etc. Su funcionamiento está dado por el principio de

conservación de la cantidad de movimiento de las corrientes involucradas.

Los eyectores o bombas de chorros, son máquinas cuyo trabajo se basa en la

transmisión de energía por impacto de un chorro fluido a gran velocidad, contra otro

fluido en movimiento o en reposo, para proporcionar una mezcla de fluido a una

velocidad moderadamente elevada, que luego disminuye hasta obtener una presión final

mayor que la inicial del fluido de menor velocidad.

Los eyectores se emplean muy comúnmente para extraer gases de los espacios donde

se hace vacío, por ejemplo, en los condensadores, en los sistemas de evaporación, en

torres de destilación al vacío y en los sistemas de refrigeración, donde los gases

extraídos son generalmente incondensables, tales como el aire. Aunque también se

30

usan en el mezclado de corrientes como por ejemplo en los procesos de sulfitación en

ingenios azucareros.

Los intervalos típicos del vacío producido por lo diferentes arreglos de eyectores son los

siguientes:

Vacío que es capaz de proporcionar Tipo de arreglo de eyectores

pulg Hg mm Hg

26 66 un eyector de una etapa

29.3 74.4 un eyector de dos etapas

29.9 75.95 un eyector de tres etapas

 

Un eyector no es más que una combinación de tobera con un difusor, acoplado

convenientemente en un mismo equipo y está formado, en general, por cinco partes

como se muestra en la figura:

Fuente:

http://www.kinetic-therm.com/anglais/produit/ejec-termo-vacc/ejec-termo-vacc.htm

La tobera permite la expansión de la corriente o fluido motriz (también llamado primario o

actuante) hasta un estado con alta velocidad. La cámara de eyección incluye la sección

de entrada de la corriente o fluido eyectado (también llamado secundario); en esta

cámara, el fluido eyectado es arrastrado por el fluido motriz. La cámara de mezcla

permite el mezclado íntimo entre los fluidos motriz y eyectado, lo que implica la

aceleración del fluido eyectado y la desaceleración del fluido mezclado (mezcla del

31

motriz y el eyectado), con el consiguiente aumento de presión.

De acuerdo al fluido motriz el eyector, se denomina: de vapor, cuando lo que circula por

su interior es vapor de agua o hidráulico, cuando su fluido motriz es agua.

Los cálculos para el diseño de un eyector son engorrosos (ocurren tres procesos

distintos: expansión, compresión y mezclado, por lo que hay métodos específicos para

cada tipo de eyector), el mismo consiste en determinar las longitudes de la tobera, el

difusor y la cámara de mezcla, así como las áreas de flujo y sus ángulos. Una vez

diseñado el equipo, el mismo debe operar a las condiciones estacionarias para las

cuales se diseñó y el cálculo fundamental es el del coeficiente de eyección o relación de

arrastre:

coeficiente de eyección = flujo motor / flujo arrastrado

Con el objetivo de aumentar la capacidad de arrastre del eyector y disminuir la presión

en la succión, se pueden utilizar sistemas de eyectores, en cuyo caso entre eyector y

eyector se acopla un condensador barométrico.

Ventajas

Son de diseño simple con gran flexibilidad, fáciles de construir, ocupan poco espacio,

son fáciles de manejar, confiables.

Su costo de mantenimiento (no necesita lubricación, ni se desgasta) es bajo, no tienen

partes móviles como válvulas, pistones, rotores, etc. y las sustituciones de piezas o

partes son poco frecuentes (los más comunes son de toberas de acero inoxidable y de

cámara y difusor de hierro fundido, los materiales cambian según su uso), y bajo costo

de servicio o operación.

No necesita cimentación y puede ser sujetado conectando las tuberías.

Desventajas

Su costo operacional es relativamente alto debido al consumo de fluido motor,

generalmente vapor. En este caso utiliza vapor tomado directamente de los generadores

(alta presión), el que, después de expandirse, mezclarse y comprimirse es totalmente

condensado, descargándose al pozo barométrico con pérdidas de todo su calor latente.

Sobre base anual el costo de operación es generalmente mayor que el costo inicial del

equipo, de aquí que su rendimiento económico sea bajo.

Tienen una baja eficacia mecánica y falta de flexibilidad para las variaciones de las

condiciones de operación.

32

3. Clasificación

De acuerdo con las condiciones mantenidas en la cámara de mezcla se clasifican en dos

tipos, de sección que permite mantener la presión constante y con sección de área

constante.

Dadas sus ventajosas características de construcción, operación, instalación,

mantenimiento y costo, las bombas de chorro han encontrado una vasta aplicación en la

industria, desarrollándose constantemente nuevos usos para los mismos. Esta variedad

de aplicaciones ha originado a su vez una nueva terminología que describe grupos de

aparatos con características especificas como sigue:

Eyector: Cubre todos los tipos de bombas de chorro descargando a una presión entre

las presiones motriz y de succión.

Inyector: Usa un gas condensable para introducir o aspirar un liquido y descargar contra

una presión mayor que cualquiera de las de succión o motriz. En la actualidad está

restringido a los alimentadores de las calderas de vapor.

Sifón: Es una bomba de chorro para liquido que usa vapor como fluido motriz.

Eductor: Bomba de chorro para liquido que usa un liquido como fluido motor.

Extractor: Bomba de chorro para gas que utiliza un liquido o un gas como fluido motriz.

Soplador de chorro: Bomba de chorro para gas que bombea gases contra presiones

diferenciales muy bajas.

Compresor de chorro: Bomba de chorro para gas usada para levantar la presión de

gases.

Lavador de gas: Para bombear aire y gases contra presiones diferenciales muy bajas

usando un liquido como fluido motor. Son llamados también "lavadores de vapor,

aspirador de humos o absorbedores de vapores" y se usan para lavar gases, así como

vapores y emanaciones molestas.

Termocompresor: Para comprimir un vapor utilizando como fluido motriz vapor.

4. Termocompresores

La práctica de recomprimir un vapor para aumentar su temperatura y permitir

nuevamente su uso, se llama TERMOCOMPRESION. Este principio encuentra

continuamente aplicaciones más amplias en la industria.

En una fábrica de azúcar de caña bien diseñada o equilibrada, el vapor necesario para el

proceso es aproximadamente un 15 % menor que la cantidad disponible procedente del

33

escape de los turbogeneradores, o sea, que las necesidades de vapor de escape para la

concentración son muy superiores a las cantidades de vapor de escape disponibles. Una

fábrica así debe entonces expandir una cantidad importante de vapor vivo, para

completar su vapor de escape. Esta expansión se lleva a cabo generalmente en una

válvula reductora sin obtener ningún beneficio. Dadas sus ventajosas posibilidades de

ahorro de vapor se podría hacer esta expansión en un termocompresor. La energía del

vapor directo, o vapor de alta, en un central azucarero se utiliza para producir energía

eléctrica y energía mecánica. Una cantidad determinada de vapor de alta se reduce

hasta los parámetros de vapor de escape para complementar las necesidades de vapor.

En este caso, la capacidad de trabajo del vapor directo que se reduce se pierde y

precisamente para no perder esta capacidad de trabajo es que se utilizan estos equipos.

El termocompresor es un eyector vapor–vapor destinado a economizar vapor. Puede

instalarse en cualquier posición, horizontal, vertical o inclinado para equilibrar

automáticamente el consumo de vapor del proceso entre el vapor vivo y el vapor de

escape. Permite elevar los parámetros de presión del vapor en cierta medida y por

consecuencia, su temperatura; con la ayuda de otro vapor que tenga mayor potencial de

presión y temperatura.

Ecuaciones Básicas

Para el cálculo de termocompresores las ecuaciones fundamentales son:

Balance de materiales en el termocompresor:

mA + mC = mb(1)

mA = mB y ma = mb

Balance de cantidad de movimiento en la cámara de mezcla:

y  (2)

34

(3)

(4)

Balance de energía en el termocompresor:

(5)

Como no se realiza trabajo(WS =0), y despreciando D Ek, D Ep y las pérdidas de calor al

medio (Q = 0) queda que:

(6)

(7)

(8)

(9)

Según Kern:

(10)

e1 . e2 . e3 = 0 .75 - 0.8 (eficiencia total)

e1 = 0.95 -0.98 (eficiencia en la boquilla)

e2 = 0.9 - 0.95 (eficiencia de compresión en el difusor) 

e3 = 0.8 - 0.85 (eficiencia de la transferencia de momentum)

HA - entalpía del vapor vivo, Btu / lb.

HB - entalpía del vapor vivo después de su expansión isoentrópica a la presión p2, Btu /

lb.

Ha - entalpía de la mezcla al principio de la compresión en la sección del difusor a p2,

Btu / lb.

Hb - entalpía de la mezcla después de la compresión isoentrópica de p2 a la presión de

descarga p3, Btu / lb.

mC / mA - (lb de vapor arrastrado / lb de vapor motriz).

Según Espinosa:

Partiendo de la ecuación de continuidad se llega a la siguiente ecuación empírica:

35

(11)

De – Consumo de vapor del termocompresor (kg de vapor / h).

d - Diámetro del estrangulamiento en la tobera (cm).

P – Presión del vapor de entrada (kg / cm 2 abs. ).

Ve – Volumen específico del vapor (m 3 / kg).

Para valorar la efectividad en el funcionamiento de este equipo se han definido varios

parámetros:

Hugot define:

Relación de arrastre ( m ) = Flujo másico de vapor aspirado / Flujo másico de vapor

motriz

El propio autor hace el cálculo por las fórmulas de Truffault.

(12)

(13)

T0 - Temperatura del vapor por comprimirse (° C).

Tm - Temperatura correspondiente a la presión pm de la mezcla, es decir del vapor en la

calandria (° C).

p - Presión absoluta del vapor motriz (kgf / cm2 ).

m o - Relación de arrastre en una boquilla nueva.

pm - Relación absoluta de la mezcla de vapores(kgf / cm2).

po - Presión absoluta del vapor por comprimirse (kgf / cm2).

m - Relación de arrastre integrando el desgaste de las boquillas.

Jenkins plantea que este parámetro toma el valor de tres[ Jen85] y Tromp que toma

valor igual a uno.

Socolov utiliza además del coeficiente de eyección:

Relación de expansión (PA / PC), es la relación que existe entre la presión del vapor de

alta y la del vapor aspirado. La eficiencia del termocompresor es directamente

proporcional a la relación de expansión. Básicamente, para una presión del vapor de

baja determinada, mientras mayor sea la presión del vapor de alta, mayor será la

eficiencia del mismo.

Grado de compresión (Pb / PC) es la relación que existe entre la presión del vapor

36

comprimido y la del vapor aspirado. La eficiencia del termocompresor es inversamente

proporcional al grado de compresión, esto significa que para una mayor presión del

vapor comprimido, menor será la eficiencia del equipo.

Aplicaciones

Se utilizan en varias industrias:

Pulpa y papel, Como compensador para cambios de temperatura y presión de descarga

de los secadores de vapor en el aprovechamiento de las corrientes residuales.

Farmacéutica, Recuperación de corrientes residuales de secado al vacío

de productos sensibles al calor y obtención de extractos de hormonas.

Alimentaria, Recuperación de vapores extraídos de los alimentos (jugos de frutas,

etcétera) durante el proceso de concentración.

Química y Petroquímica, Recuperación de vapores de equipos tales como secadores,

deodorizadores, etc. , en la desalinización y en la obtención de productos orgánicos.

Generación de electricidad.

Aerospacial.

Azucarera:

Para elevar la presión del vapor a la entrada de la calandria del primer vaso de múltiple.

Para aumentar la evaporación del primer vaso del múltiple.

Para elevar la presión del vapor de escape en un pre o vaporcell.

Para mejorar la evaporación y el calentamiento en calentadores.

Para poder rectificar utilizando vapor de escape con poca presión.

Para mejorar la evaporación en el primer y segundo vaso del múltiple efecto.

Para mejorar la evaporación en los evaporadores y el trabajo de los calentadores.

Recuperación de condensados.

En cristalizadores.

Para auxiliar vacío en los tachos.

5. Limitaciones para su utilización

Si una fábrica produce en sus máquinas, el vapor de escape que consume en la

concentración, la termocompresión no presenta ningún interés. Por lo que los

turbogeneradores de la fábrica deben producir menos vapor de escape que la cantidad

requerida en el proceso. Es decir que el vapor de alta que va a la reductora sea siempre

más del 15 % del total de las necesidades de vapor en el proceso tecnológico, en una

37

fábrica donde lógicamente no estén sobrepotenciados sus equipos primarios, ni mal

aprovechados o utilizados sus equipos del proceso.

El aumento de presión entre los vapores a la salida y a la entrada del termocompresor

tiene que ser necesariamente pequeño, (TA – Tb ) < = 10 ºC.

Una elevación del punto de ebullición (EPE) pequeña.

6. Conclusiones

El eyector cubre todos los tipos de bombas de chorro que no cuentan con partes

móviles, que utilizan fluidos en movimiento bajo condiciones controladas y que

descargan a una presión intermedia entre las presiones del fluido motor y de succión.

El termocompresor es un tipo de eyector vapor-vapor destinado a economizar vapor en

las industrias.

Se lograron reunir las ecuaciones para la evaluación de estos equipos, así como las

ventajas y desventajas, aplicaciones y límites de utilización de los mismos.

La información que se presenta constituye una herramienta útil para los cálculos

ingenieriles de este tipo de equipo.

Leer más: http://www.monografias.com/trabajos10/eyec/eyec.shtml#ixzz3cXGtHkdY

5.8

Pdf

38