monografia fuerza motriz

82
Leyes de la termodinamica PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA El primer principio es una ley de conservación de la Afirma que, como la energía no puede crearse ni destruirse, la cantidad de energía transferida a un sistema en forma de calor más la cantidad de energía transferida en forma de trabajo sobre el sistema debe ser igual al aumento de la energía interna (U) del sistema. El calor y el trabajo son mecanismos por los que los sistemas intercambian energía entre sí. Q + L = U (1) ó: ΔQ + ΔL = ΔU (2) Cuando un sistema se pone en contacto con otro de menor nivel que él, tiene lugar un proceso de igualación de los niveles de energía de ambos. El primer principio de la termodinámica identifica el calor, como una forma de energía. Puede convertirse en trabajo mecánico y almacenarse. En cualquier máquina, hace falta cierta cantidad de energía para producir trabajo; es imposible que una máquina realice trabajo sin necesidad de energía. La ley de conservación de la energía descarta que se pueda inventar una máquina así. Según la ley de conservación de la energía, todo el trabajo mecánico realizado para producir calor por rozamiento aparece en forma de energía en los objetos sobre los que se realiza el trabajo. Cuando el calor se convierte en energía mecánica, como en un motor de combustión interna, la ley de conservación de la energía también es válida. Sin embargo, siempre se pierde o disipa energía en forma de calor porque ningún motor tiene una eficiencia perfecta.

Upload: gustavo-alexis-flores-fernandez

Post on 05-Nov-2015

54 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

Fuerza motriz

TRANSCRIPT

Leyes de la termodinamica

PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICAEl primer principio es una ley de conservacin de la Afirma que, como la energa no puede crearse ni destruirse, la cantidad de energa transferida a un sistema en forma de calor ms la cantidad de energa transferida en forma de trabajo sobre el sistema debe ser igual al aumento de la energa interna (U) del sistema. El calor y el trabajo son mecanismos por los que los sistemas intercambian energa entre s.

Q + L = U(1):Q + L = U(2)

Cuando un sistema se pone en contacto con otro de menor nivel que l, tiene lugar un proceso de igualacin de los niveles de energa de ambos. El primer principio de la termodinmica identifica el calor, como una forma de energa. Puede convertirse entrabajomecnico y almacenarse.En cualquier mquina, hace falta cierta cantidad de energa para producir trabajo; es imposible que una mquina realice trabajo sin necesidad de energa. La ley de conservacin de la energa descarta que se pueda inventar una mquina as.Segn la ley de conservacin de la energa, todo el trabajo mecnico realizado para producir calor por rozamiento aparece en forma de energa en los objetos sobre los que se realiza el trabajo. Cuando el calor se convierte en energa mecnica, como en un motor de combustin interna, la ley de conservacin de la energa tambin es vlida. Sin embargo, siempre se pierde o disipa energa en forma de calor porque ningn motor tiene una eficiencia perfecta.

Q = m.ce. T (3)Reemplazando (3) en (1):m.ce. T + L = U(4)El primer principio de la termodinmica se expresa en forma rigurosa con la siguiente ecuacin:dQ = dW + dU(5)

Segunda ley de la termodinmica El cambio de entropa de cualquier sistema y su ambiente considerados como un todo, es positivo y se aproxima a cero para cualquier proceso que se aproxime a la reversibilidad.Todos los procesos naturales dan por resultado un incremento de la entropa total. La expresin matemtica de la segunda ley es simplemente: Stotal =proxime a la reversibilidad... 0 (Abbott y Vanness, 33)] [La segunda ley afirma que en un sistema aislado el paso desde un estado A a un estado B slo es posible si SB SA y que es imposible en sentido contrario. En el caso que SB = SA es posible pasar tanto de A a B como de B a A, y el proceso se denomina reversible. (Jou y Llebot, 10)] Motores y bombas trmicas Se definen los motores trmicos como los dispositivos que producen trabajo mediante un proceso de intercambio de calor entre dos recipientes, no obstante el cual permanece sin cambios.

fig. 1 Considrese el motor trmico de la fig.1. La variacin de entropa para el sistema total es ST = SC + SF + SM dado que la entropa del motor no varia al ser ste cclico, SM = 0, entonces (1)

Para el motor, la primera ley da UM = QC - QF - W y puesto que UM, W = QC - QF(2)

combinando (1) y (2) para eliminar QC tenemos W + QF = -TC (ST - QF / QF) y reagrupando, queda en W = -TCST + QF (TC / TF - 1)(3)

Si suponemos el caso lmite en que los procesos son reversibles, es decir, ST = 0, entonces (3) se reduce a W = QF (TC / TF - 1)(4)

Entonces, para que el mecanismo realice trabajo, W > 0, es necesario que QF > 0 TC > TF es decir, es necesario que se disipe una cierta cantidad de calor al depsito externo (entorno) y que la temperatura del depsito interno (fuente de calor) sea superior a la temperatura del depsito externo, incluso en la condicin lmite de reversibilidad. Es imposible convertir completamente el calor en trabajo, ya que una parte del calor utilizado debe ser disipado (perdido) al exterior, sin posibilidad de realizar trabajo con l. [Esta observacin con respecto a los motores trmicos es tan bsica que su enunciado formal, a menudo, se considera como una expresin alterna de la segunda ley de la termodinmica: Es imposible construir un motor que, al funcionar en ciclos, no produzca un efecto que no sea la extraccin de calor de un depsito y la realizacin de una cantidad equivalente de trabajo. Este es el enunciado Kelvin/Planck de la segunda ley. Todos los motores trmicos deben disipar parte del calor que absorben y los recipientes naturales de calor disponibles para absorber este calor disipado son la atmsfera, los lagos, ros y ocanos. Las temperaturas de stos son del orden de 300 K. Los recipientes de calor prcticos a TC son objetos como por ejemplo: hornos y los reactores nucleares mantenidos a altas temperaturas mediante la combustin de energticos fsiles y la fisin de elementos radiactivos, respectivamente. Los componentes bsicos de todas las plantas energticas estacionarias que generan electricidad son: una fuente de calor, a alta temperatura, un motor trmico, los cuales pueden ser altamente complejos y un sumidero para la descarga del calor residual, o sea el medio ambiente. Esta descarga de calor residual hacia el medio ambiente o contaminacin trmica, es una consecuencia inevitable de la segunda ley de la termodinmica" (Abbott y Vanness, 36)] Eficiencia trmica [La eficiencia trmica de cualquier motor calrico se define arbitrariamente como:

es decir, la fraccin de calor absorbido que se obtiene como trabajo producido... la eficiencia trmica de un motor de Carnot est dada por

(Abbott y Vanness, 36)] Interpretacin fsica de la entropa y del segundo principio [La termodinmica constituye un poderoso formalismo de gran generalidad, edificado sobre muy pocas y muy simples hiptesis. El concepto central introducido a travs de estas hiptesis es la entropa... En el formalismo resultante, no obstante, la entropa es uno de los parmetros extensivos del conjunto, junto con la energa, el volumen, el nmero de moles y el momento magntico. Puesto que cada una de estas ltimas cantidades tiene una clara interpretacin fsica, resultara extrao realmente si la entropa nicamente estuviese exenta de una interpretacin fsica. El objeto de la mecnica estadstica es el proveer una interpretacin fsica de la entropa, y aportar una justificacin heurstica para el segundo principio de la termodinmica. (Callen, 329)] Nocin de complexin y configuracin de un sistema Se denomina complexin de un sistema a su descripcin microscpica completa, es decir, la descripcin del estado energtico de cada partcula que compone el sistema. Se denomina configuracin o particin a la distribucin de las partculas del sistema en los estados de energa accesibles, es decir, el nmero de partculas que ocupan cada nivel de energa permitido. La configuracin constituye el estado del sistema, puesto que la complexin es inobservable cuando las partculas son idnticas e indistinguibles.Por tanto, para una configuracin dada existen complexiones, o disposiciones de las partculas, posibles del sistema. Para un sistema de N partculas y m niveles de energa accesibles, el nmero total de complexiones posibles es mN.

Tercera Ley de la Termodinamicay Ley Cero de la TermodinamicaAdems de la primera y segunda leyes de la termodinmica, existen la ley cero y la tercera ley de la termodinmica.

Ley Cero de la Termodinmica (de Equilibrio):"Si dos objetos A y B estn por separado en equilibrio trmico con un tercer objeto C, entonces los objetos A y B estn en equilibrio trmico entre s".Como consecuencia de esta ley se puede afirmar que dos objetos en equilibrio trmico entre s estn a la misma temperatura y que si tienen temperaturas diferentes, no se encuentran en equilibrio trmico entre s.Tercera Ley de la Termodinmica.La tercera ley tiene varios enunciados equivalentes:"No se puede llegar al cero absoluto mediante una serie finita de procesos"Es el calor que entra desde el "mundo exterior" lo que impide que en los experimentos se alcancen temperaturas ms bajas. El cero absoluto es la temperatura terica ms baja posible y se caracteriza por la total ausencia de calor. Es la temperatura a la cual cesa el movimiento de las partculas. El cero absoluto (0 K) corresponde aproximadamente a la temperatura de - 273,16C. Nunca se ha alcanzado tal temperatura y la termodinmica asegura que es inalcanzable."La entropa de cualquier sustancia pura en equilibrio termodinmico tiende a cero a medida que la temperatura tiende a cero"."La primera y la segunda ley de la termodinmica se pueden aplicar hasta el lmite del cero absoluto, siempre y cuando en este lmite las variaciones de entropa sean nulas para todo proceso reversible"..6.- Tercera Ley de la Termodinmica Unidad 1: Termodinmica qumicaLa tercera ley de la termodinmica es una extensin de la segunda ley y se relaciona con la determinacin de los valores de la entropa. Hasta ahora hemos venido relacionado la entropa con el desorden molecular, cuanto mayor sea el desorden o la libertad de movimiento de los tomos o molculas de un sistema, mayor ser la entropa de ste.Pensemos lo siguiente:Si tenemos un gas, las molculas de ste tendrn mxima libertad de movimiento, las molculas se encuentrarn en el mayor desorden.Ahora si comenzamos enfriar el gas, las molulas de este irn perdiendo esa capacidad de desorden, si lo seguimos enfriando, las moleculas del gas seguirn perdiendo entropa, cada vez endrn menos movimiento, en el cero absoluto, (0 K ), dejarn de moverse.Luego en ese punto la S=0.

La mnima entropa que una sustancia puede alcanzar es la de un cristal perfecto en el cero absoluto.

De acuerdo con la tercera ley de la termodinmica, la entropa de una sustancia cristalina perfecta es cero a la temperatura del cero absoluto.

CalderasINTRODUCCION:Lascalderasde vapor son unos aparatos en los que se hace herviraguapara producir vapor. Elcalornecesario para caldear y vaporizarel aguapude ser suministrado por un hogar, porgasescalientes recuperados a la salida de otro aparato industrial (horno, por ejemplo), por el fluido refrigerador de una pila atmica, porirradiacinsolar o por una corriente elctrica. Cuando el calor es suministrado por en lquido caliente o por vapor que se condensa, se suelen emplear otras denominaciones, tales como vaporizador y transformador de vapor. El sinnimo generador de vapor se emplea de preferencia cuando se habla de calderas de una cierta importancia. Si la caldera propiamente dicha est conectada a otros, de los cuales unos calientan el agua (recalentadores de agua, economizadores) o elairedecombustin(precalentador de aire), y otros recalientan el vapor (recalentadores), suele denominarse el conjuntogrupoevaporador, y la parte del grupo en que se produce la evaporacin se llama vaporizador o haz vaporizador. Los aparatos que quitan su vapor al fluido refrigerador de un reactor nuclear (pila atmica), si bien constituyen verdaderos evaporadores o calderas en sentido amplio de la palabra, se denominan normalmente intercambiadores. Durante su funcionamiento, la caldera propiamente dicha est sometida interiormente a lapresindeequilibriodel agua y de su vapor a latemperaturaalcanzada. Los otros elementos del grupo recorridos por el agua o el vapor, a partir de la bomba dealimentacin(economizador, recalentador), estn sometidos casi a la misma presin, pero la temperatura del fluido puede ser inferior o superior a la ebullicin.Marco teoricoUna caldera es un dispositivo que est diseado para generar vapor saturado. Este vapor saturado se genera a travs de una transferencia de energa (en forma de calor) en la cual el fluido, originalmente enestadolquido, se calienta y cambia de estado. La transferencia de calor se efecta mediante unprocesode combustin que ocurre en el interior de la caldera, elevando progresivamente su presin y temperatura. La presin, como se indic al inicio, no puede aumentar de manera desmesurada, ya que debe permanecer constante por lo que se controla mediante el escape de gases de combustin, y la salida del vapor formado.Debido a que la presin del vapor generado dentro de las calderas es muy grande, estas estn construidas conmetalesaltamente resistentes a presiones altas, como elacerolaminado.Las calderas se clasifican por sudiseoen pirotubulares o acuatubulares. Sin embargo, pueden ser clasificadas desde otros aspectos, que incluyen, por el tipo dematerialesde que estn construidos, por su aplicacin, por la forma de toma de aire, por el tipo de combustible que utilizan, por la presin con que operan o por el fluido portador de calor que emplean.CALENTAMIENTO DE EQUIPOS DEL PROCESOUno o ms calderos proporcionan el vapor necesario para usarlo en lasmquinasy equipos de la planta en el proceso de calentamiento. La combustin siempre produce material de desecho holln, cenizas, humo.Las trampas de vapor son dispositivos que se colocan despus de un equipo para separar el vapor hmedo del vapor saturado esta agua caliente se denomina condensado el mismo retorna al caldero.MANERAS DE CALENTAR CON VAPOR SATURADOa) Vapor directo:Inyeccin directa del vapor al material. Se emplea en lugares donde el condensado no es problema.b) Vapor indirecto:Se realiza por medio de chaquetas, serpentines intercambiadores.Transmite calor por las paredes del recipiente al fluido paredes, maquinas.El vapor y el condensado no entran en contacto con el material a calentar.APLICACIONES DEL VAPOR SATURADOEl vapor de agua generado por un caldero tiene mltiples aplicaciones, dependiendo de su presin, temperatura y caudal son:1. Calentamiento de maquinaria y equipos del proceso.2. Generacin defuerzamotrizmecnica, por mquinas de vapor.3. Generacin de fuerza motrizmecnicapor turbinas.4. Generacin deenerga elctricapor turbinas.5. Otros usos menores.CLASIFICACIN DE LAS CALDERASSe clasifican segn diversos criterios, relacionados con la disposicin de los fluidos y su circulacin, el mecanismo de transmisin de calor dominante, aspectos estructurales, modo de intercambio de calor, la forma del quemado del combustible, forma de alimentacin del agua y otros muchos factores.Basndose en algunos de estos criterios las calderas se pueden clasificar en:Clasificacin de acuerdo a la circulacin de losfludosdentro de los tubos de la caldera:a) Calderas humotubulares:

En estas calderas son los humos los que circulan por dentro de tubos, mientras que el agua se calienta y evapora en el exterior de ellos.Todo estesistemaest contenido dentro de un gran cilindro que envuelve el cuerpo de presin.Los humos salen de la caldera a temperaturas superiores a 70 C de forma que se evita la condensacin del vapor de agua que contienen, evitando asproblemasde formacin decidosy decorrosinde la caldera. Al evacuar los humos calientes, se producen prdidas de energa con la consiguiente bajada del rendimiento de la caldera.La caja de humos (colector de humos), es la parte de la caldera donde confluyen los gases de la combustin en su recorrido final, que mediante un tramo de conexin se conducen a la chimenea.b) Calderas acuotubulares:

Por dentro de tubos circula el agua y la mezcla de agua y vapor. Por fuera, generalmente en flujo cruzado, intercambian calor los humosproductosde la combustin. En este tipo de calderas adems el hogar (recinto donde se produce la combustin) est conformado por paredes de tubos de agua. En ellas el intercambio es bsicamente porradiacindesde la llama.En este tipo de calderas es el agua o fluido trmico que se pretende calentar, es la que circula por el interior de los tubos que conforman la cmara de combustin y que estn inmersos entre los gases o llamas producidas por la combustin. El vapor o agua caliente se genera dentro de estos tubos.Existen dos tipos de agrupaciones de tubos, de subida y de bajada que se comunican entre s en dos domos.c) Calderas pirotubulares:

En este tipo de caldera el humo caliente procedente del hogar circular por el interior de los tubos gases, cambiando de sentido en su trayectoria, hasta salir por la chimenea.El calor liberado en el proceso de combustin es transferido a travs de las paredes de los tubos al agua que los rodea, quedando todo el conjunto encerrado dentro de una envolvente o carcasa convenientemente calorifugada.A travs de este recorrido, el humo, ceden gran parte de su calor al agua, vaporizndose parte de esta agua y acumulndose en la parte superior del cuerpo en forma de vapor saturado. Esta vaporizacin parcial del agua es la que provoca el aumento de la presin del interior del recipiente y su visualizacin en el manmetro.Su rendimiento global esperado a lo largo de su vida til no supera el 65% en el mejor de los casos.Este tipo de generadores, por su diseo no admiten presiones detrabajoelevadas, ms all de las dos o tresatmsferas; son deconstruccinsencilla y disponen de moderada superficie de intercambio, por lo no se utilizan para elevadas producciones de vapor.Son en compensacin, muy econmicos encostoy de instalacin sencilla, por lo que su utilizacin actual primordial es para calefaccin yproduccinde vapor para usos industriales.Clasificacin de acuerdo a la presin de trabajo de la calderaa) Calderas de baja presinCalderas que producen vapor a baja presin, hasta unos 4 o 5 kg/cm2.Este rango de presiones es mas comn en las calderas de agua caliente que en las calderas que generan vapor.b) Calderas de media presinProducen vapor hasta aproximadamente 20 kg/cm2.Generalmente vapor saturado, utilizadas en laindustriaen general.c) Calderas de alta presinAsociadas a ciclos depotencia, trabajan con presiones de 20 kg/cm2 hasta presiones cercanas a lacrtica.d) Calderas supercrticas.Son calderas que trabajan con presiones superiores a la crtica:225,56 ata, 374,15C. Utilizadas en grandesplantasde generacin de energa elctrica, en EEUU y en algunos pases deEuropa, tambin hay algunas enJapn.Clasificacin de acuerdo a laproduccinde vapora) Calderas chicasProducen hasta 1 o 2 toneladas de vapor saturado por hora.b) Calderas medianasProducciones de hasta aproximadamente 20 toneladas de vapor por hora.Las calderas chicas y medianas casi en su totalidad son calderas humotubulares de baja y media presin.c) Calderas grandesCalderas que producen desde 20 toneladas de vapor por hora, siendo normal encontrar producciones de 500 y 600 toneladas por hora. Generalmente vapor sobrecalentado, siendo calderas acuotubulares.Clasificacin de acuerdo al combustible utilizadoa) Calderas de combustibles lquidosSe fabrican Generadores de Vapor de todo tipo y tamao que utilizan combustibles lquidos.Requieren de instalaciones de almacenaje y tanques deservicio, de elementos de precalentamiento del fuel y desistemasde bombeo ytransporte.Laviscosidadde estos combustibles vara desde 30 40 cSt (100C) en los fuels de baja viscosidad hasta 700 cSt (100C) y ms para combustibles de alta viscosidad, como los utilizados en sistemas de generacin elctrica.En las plantas industriales en general se utilizan fuels de viscosidad del orden de 380 - 450 cSt (100C). Es normal tener que precalentarlos a 30 40C para reducir su viscosidad ypoderbombearlos hasta los quemadores.Para una buena atomizacin del combustible en quemadores que no utilicen vapor para atomizar se requiere una viscosidad de 25 a 30 cSt (100C), y utilizando atomizacin con vapor se pueden manejar viscosidades entre 55 y 70 cSt (100C), por lo tanto es necesario precalentar el combustible a temperaturas desde 80 a 130 C en el quemador.En unidades grandes es comn arrancar con un combustible de baja viscosidad y luego pasar a utilizar uno ms viscoso.Los quemadores que utilizan combustibles lquidos se instalan generalmente horizontales. Hay algn tipo de quemadores de ngulo regulable para poder variar el intercambio por radiacin en el hogar.La turbulencia del aire que entra al quemador es importante para obtener una correcta combustin y un largo de llama apropiado, de tal manera que no dae las paredes de refractario o las paredes de tubos de agua y al mismotiempoasegure una combustin completa de todas las gotas de fuel. Para esto es fundamental el dimensionamiento correcto del tamao del hogar.b) Calderas de combustible gaseososUtilizan tantogas naturalcomo GLP, aire propanado ogasobtenido en gasificadores. Generalmente los quemadores de gas trabajan con muy baja presin, por lo que es comn que tengan sistemas de reduccin de presin importantes.En el caso de tener asociado un gasificador que suministre un gas muy particulado se utilizan cmaras torsionales a fin de aumentar el tiempo de permanencia del combustible en el hogar.Es importante lograr una buena mezcla de aire-gas.Con los combustibles gaseosos elriesgode explosiones por acumulacin de combustible no quemado es grande, por lo que es sumamente importante proveer las medidas deseguridadadecuadas. La posicin de los quemadores de gas es similar a la de los que utilizan combustibles lquidos.Es comn utilizar quemadores duales, que permitan el uso de uno u otro combustible, dependiendo de su disponibilidad y costo. La emisividad de las llamas de estos combustibles es diferente, por lo que el intercambio por radiacin resultar distinto segn el combustible utilizado, Lo mismo ocurre con la temperatura de los humos a la salida del hogar y con las condiciones de intercambio en las zonas convectivas de la caldera. Son factores que hay que tener en cuenta, ya que modifican los resultados obtenidos en el equipo. De cualquier manera el fuel oil y el gas natural son de los combustibles ms fcilmente intercambiables.c) Calderas de combustibles slidosLos combustibles slidos utilizados son muy variados: lea en todos los tamaos (rolos, astillas, chips), deshechos de produccin (pellets demadera, aserrn, bagazo de caa deazcar, cscara de arroz), carbn ( en distintos grados de pulverizacin), etc.Cada uno requerir unatecnologaapropiada para poder quemarlos de la mejor manera, desde molinos para pulverizarlos finamente hasta grillas muy sofisticadas.El diseo del hogar para estos combustibles es sumamente complejo, teniendo que considerar el ingreso de aire suficiente y su correcta mezcla con el combustible, la permanencia de las partculas en el hogar para quemarse completamente y la disposicin de las cenizas entre otros factores.En general resultan hogares de mayorvolumenque los utilizados en caleras de combustibles lquidos y gaseosos.Los combustibles pulvurentos, finamente molidos se inyectan en el hogar mediante toberas apropiadas. Hay algn tipo de combustible que se quema en un lecho fluidizado, regulado mediante el ingreso de aire a distintas alturas del hogar. (Este sistema se utiliza tambin en las calderas de recuperacin de la industria de lacelulosa). En el caso de combustibles no pulvurentos el diseo de las grillas que los sostienen durante la combustin es de fundamental importancia.En pases desarrollados se utilizan calderas que queman losresiduos slidosurbanos.Clasificacin de acuerdo a la circulacin del agua dentro de la calderaEs una clasificacin que tiene sentido en las calderas acuotubulares, en las humotubulares la circulacin del agua en el interior es siempre por conveccin natural.a) Circulacin natural.

La circulacin del agua y de la mezcla agua-vapor ocurre naturalmente debido a la diferencia de densidades entre el agua ms fra y la mezcla de agua- vapor (efecto sifn).Implica entonces tener un circuito cerrado por donde circula el agua y una diferencia de altura apreciable entre las partes altas y bajas del equipo.Los generadores chicos, los de potencia mediana y una buena parte de los grandes generadores de vapor son de circulacin natural.b) Circulacin asistida.

En este caso la circulacin natural en los tubos de la caldera es complementada porbombasinstaladas en el circuito.En este caso tambin la caldera consiste en un circuito cerrado, pero permite construcciones ms compactas incluso con tubos inclinados.Se utiliza en aquellos caso en que la diferencia entre las densidades del fludo fro y del caliente no es demasiado grande, tpicamente para presiones superiores a los 140-160 bar.Brindan una respuesta ms rpida ante variaciones en lademandade vapor que los de circulacin natural, pero las bombas trabajan con agua caliente y a altas presiones, son mas costosas y requieren importantes mantenimientos. En general se debe instalar un sistema de respaldo para evitar la parada de toda la caldera por salida de servicio de la bomba.c) Circulacin forzada.

Este tipo de calderas tiene una concepcin distinta, se trata de un circuito abierto y no cerrado.La bomba impulsa el agua a travs de una primer superficie de intercambio donde se precalienta, luego pasa a un segundo intercambiador donde se vaporiza y luego, en algunos casos, pasa a un tercer intercambiador donde se sobrecalienta.A diferencia de las anteriores no hay una masa de agua circulando sin vaporizarse, la bomba entrega toda el agua que se vaporiza. No hace falta resaltar la importancia de la bomba en este diseo, unparode la bomba implica un paro de la caldera.Clasificacin de acuerdo al intercambio de calor.Hay que aclarar previamente que no es una clasificacin estricta, refiere al tipo de intercambio predominante que se da en las superficies de vaporizacin ( se excluyen los intercambios en las superficies de recuperacin: precalentadores y sobrecalentadores). En todas las calderas se tienen intercambios por radiacin y por conveccin, difcilmente se encuentre uno solo de estos tipos.En el hogar el intercambio es predominantemente por radiacin desde la llama, pero hay zonas del mismo donde se puede producir intercambio por conveccin desde el flujo de humos (por ej. en la ltima parte del hogar de una caldera humotubular). As mismo en las restantes superficies de intercambio (bancosde conveccin y tubos de humos), adems del intercambio convectivo podemos tener radiacin desde los gases a alta temperatura.a) Radiantes, o de radiacin total.Son aquellas calderas que solo tienen hogar, y all prcticamente todo el calor es intercambiado por radiacin.En general se trata de calderas acuotubulares grandes, donde los tubos en donde se genera el vapor conforman las paredes del hogar. Las altas temperaturas que se tienen en la combustin hacen que se tenga un intercambio muy importante de calor por radiacin. Adems estas calderas trabajan a presiones elevadas, con lo que el calor de vaporizacin necesario es relativamente bajo, y al utilizar agua de alimentacin previamente calentada hasta temperaturas muy cercanas a la de saturacin, se consigue que las paredes de tubos del hogar sean suficientes para transferir todo el calor de vaporizacin necesario.b) Convectivos.Tpicamente son las calderas HRSG (Heath Recovery Steam Generator), sin cmara de combustin. Utilizan un fludo caliente como fuente de calor,productode algn proceso previo (hornos de fundicin, hornos devidrio, turbinas de gas,motoresdiesel, etc.)c) De calentamiento indirecto.Son calderas de fludos trmicos en las que se calienta un fludo intermedio, tpicamente unaceite, y este es el que al circular por un intercambiador, genera el vapor de agua. El fludo es nuevamente recirculado hacia la caldera.Partes principales de una calderaEn este punto se tratarn slo aquellas partes generales relevantes propias del diseo de las calderas.Debido a que cada caldera dispone, dependiendo del tipo, de partes caractersticas, es muy difcil atribuir a todas ellas un determinado componente. En razn a lo anterior se analizarn las partes principales de las calderas en forma general, especificando en cada caso el tipo de caldera que dispone de dicho elemento.HOGAR O FOGNEs el espacio donde se quema el combustible. Se le conoce tambin con el nombre de "Cmara de Combustin". Los hogares se pueden clasificar en:a) Segn su ubicacin Hogar exterior. Hogar interior.b) Segn tipo de combustible. Hogar para combustible slido. Hogar para combustible liquido. Hogar para combustible gaseoso.c) Segn su construccin. Hogar liso. Hogar corrugado.

Caldera hogar exterior para Caldera hogar interior para combustible Slido.Lquido, hogar corrugado.Esta clasificacin rige solamente cuando el hogar de la caldera lo compone uno o ms tubos, a los cuales se les da el nombre de " TUBO HOGAR".PUERTA DEL HOGAREs una pieza metlica, abisagrada, revestida generalmente en su interior con refractario o de doble pared, por donde se echa el combustible al hogar y se hacen lasoperacionesdecontroldel fuego.

En calderas que queman combustibles lquidos o gaseosos, esta puerta es reemplazada por el quemador.PARRILLAS (o emparrillado).Son piezas metlicas en forma de rejas, generalmente rectangulares o trapezoidales, que van en el interior del fogn y que sirven de soporte al combustible slido. Debido a la forma de reja que tienen, permiten el paso del "aire primario" que sirve para que se produzca la combustin.

a) Las parrillas deben adaptarse al combustible y deben cumplir principalmente los siguientes requisitos: Deben permitir convenientemente el paso del aire Deben permitir que caiga la ceniza Deben permitir que se limpien con facilidad y rapidez Deben impedir que se junte escoria Los barrotes de la parrilla deben ser de buenacalidadpara que no se quemen o deformen. . Deben ser durables. Algunos diseos de parrillas permiten que por su interior pase agua para refrigerarla y evitar recalentamientos.b) Tipos de Parrillas.Segn su instalacin. Fijas o Estacionarias.- Son aquellas que no se mueven duranteel trabajo. Mviles o Rotativas.- Son aquellas que van girando o avanzando mientras se quema el combustible.Segn su posicin. Horizontales Inclinadas EscalonadasCENICERO.

Es el espacio que queda bajo la parrilla y que sirve para recibir las cenizas que caen de sta. Los residuos acumulados deben retirarse peridicamente para no obstaculizar el paso de aire necesario para la combustin. En algunas calderas el cenicero es un depsito de agua.PUERTA DEL CENICEROAccesorio que se utiliza para realizar lasfuncionesde limpieza del cenicero. Mediante esta puerta regulable se puede controlar tambin la entrada del aire primario al hogar.Cuando se hace limpieza de fuegos o se carga el hogar, se recomienda que dicha puerta permanezca cerrada con elobjetivode evitar el retroceso de la llama ("lenguade toro").ALTAREs un pequeo muro de ladrillo refractario, ubicado en el hogar, en el extremo opuesto a la puerta del fogn y al final de la parrilla, debiendo sobrepasar a sta en aproximadamente 30 cm.Losobjetivosdel altar son:Impedir que caigan de la parrilla residuos o partculas de combustibles. Ofrecerresistenciaa las llamas y gases para que estos se distribuyan en forma pareja a lo ancho de la parrilla y se logre en esta forma una combustin completa. Poner resistencia a los gases calientes en su trayecto hacia la chimenea. Con esto se logra que entreguen todo su calor y salgan a la temperatura adecuada.MANPOSTERIASe llama manpostera a la construccin de ladrillos refractarios o comunes que tienen como objeto:a) Cubrir la caldera para evitar prdidas de calor yb) Guiar los gases y humos calientes en su recorrido.Para mejorar la aislacin de la mampostera se dispone a veces en sus paredes de espacios huecos (capas de aire) que dificultan el paso del calor. En algunos tipos de calderas, se ha eliminado totalmente la mampostera de ladrillo, colocndose solamente aislacin trmica en el cuerpo principal y cajas de humos. Para este objeto se utilizan materiales aislantes tales como lana de vidrio recubierta con planchas metlicas y asbestos.CONDUCTOS DE HUMO

Son los espacios por los cuales circulan los humos y gases calientes de la combustin. De esta forma se aprovecha elcolorentregado por stos para calentar el agua y/o producir vapor.CAJA DE HUMOCorresponde al espacio de la caldera en el cual se juntan los humos y gases, despus de haber entregado su calor y antes de salir por la chimenea.CHIMENEA

Es el conducto de salida de los gases y humos de la combustin para la atmsfera. Adems tiene comofuncinproducir el tiro necesario para obtener una adecuada combustin.REGULADOR DE TIRO O TEMPLADORConsiste en una compuerta metlica instalada en el conducto de humo que comunica con la chimenea o bien en la chimenea misma y que tiene por objeto dar mayor o menor paso a la salida de los gases y humos de la combustin.Este accesorio es accionado por el operador de la caldera para regular la cantidad de aire en la combustin, al permitir aumentar (al abrir) o disminuir (al cerrar) el caudal. Generalmente se usa en combinacin con la puerta del cenicero.TAPAS DEREGISTROO PUERTAS DE INSPECCINSon aberturas que permiten inspeccionar, limpiar y reparar la caldera. Existen dos tipos, dependiendo de su tamao: Las puertashombre(manhole) Las tapas de registro ( handhole)La puerta hombre por sus dimensiones permite el paso de un hombre al interior de la caldera. Las tapas de registro por ser de menor tamao slo permiten el paso de un brazo.PUERTAS DE EXPLOSINSon puertas metlicas con contrapeso o resorte, ubicadas generalmente en la caja de humos y que se abren en caso de exceso de presin en la cmara de combustin, permitiendo la salida de los gases y eliminando la presin.CAMARA DE AGUAEs el espacio o volumen de la caldera ocupado por el agua. Tiene un nivel superior mximo y uno inferior mnimo bajo el cual, el agua, nunca debe descender durante el funcionamiento de la caldera.CAMARA DE VAPOREs el espacio o volumen que queda sobre el nivel superior mximo de agua y en el cual se almacena el vapor generado por la caldera. Mientras ms variable sea elconsumode vapor, tanto mayor debe ser el volumen de esta cmara.En este espacio o cmara, el vapor debe separarse de las partculas de agua que lleva en suspensin- Por esta razn algunas calderas tienen un pequeo cilindro en la parte superior de esta cmara, llamado " domo" y que contribuye a mejorar la calidad del vapor.CMARA DE ALIMENTACIN DE AGUAEs el espacio comprendido entre los niveles mximo y mnimo de agua. Durante el funcionamiento de la caldera se encuentra ocupada por vapor y/o agua, segn sea donde se encuentre el nivel de agua.SELECCIN DE CALDERASPara asegurar laseleccincorrecta del equipo para producir vapor ( o agua caliente), hay que considerar una serie devariables. Una instalacin satisfactoria refleja un alto sentido deresponsabilidad; por el contrario, una seleccin inadecuada ocasiona problemas que a la larga afectan a todos los interesados.FACTORES PREDOMINANTES PARA LA SELECCIN DE CALDERAS Cantidad y tipo de vapor requerido Combustible disponible Exigencias futuras Rgimen de consumo Utilizacin diariaREQUISITOSPor otra parte, el usuario espera que el equipo rena ciertos requisitos bsicos, que incluyen lo siguiente: Seguridad en el servicio Sencillez Bajo costo de adquisicin, operacin y mantencin Servicio adecuado Entrega inmediataLa gran variedad de diseos y tipos de equipos que se ofrecen en la actualidad, hacen de la seleccin de la caldera un problema bastante complejo. Pero por otro lado esta abundancia, ha permitido la obtencin de una caldera adecuada para cada caso. A continuacin daremos una gua muy general para la seleccin de calderas basados en los diferentes factores enumerados anteriormente.Si en una industria se desea instalar una caldera donde se sabe que el consumo es irregular, es decir, que hay momentos de gran demanda alternados con otros de poco o ningn consumo, la caldera ms recomendable ser una del tipo de gran volumen de agua.En aquellos casos en que la demanda es pareja en toda la jornada de trabajo, la caldera recomendable ser una igneotubular, de tubos mltiples de humo, ya que tienen alto rendimiento y buena produccin de vapor.Si se necesita una caldera de alta presin, sern adecuadas las acuotubulares, las que adems producen grandes cantidades de vapor con un alto rendimiento.Cuando es importante la calidad del vapor que se desea obtener , es decir, si se requiere vapor seco o hmedo, lo que depender del uso a que est destinada, la caldera deber disponer o no de un accesorio que permita mejorar la calidad del vapor que puede ser el caso de las calderas provistas de " domo" o de sobrecalentadores de vapor.En todo caso, cualquiera que sea el tipo de caldera a seleccionar, la eleccin deber ser hecha por un profesional idneo que garantice que la caldera elegida finalmente es la ms adecuada.Accesorios de calderas a)Accesorios deObservacin.

Indicadores de produccin de vapor Indicadores de consumo de combustible Indicadores de consumo de aguab) Accesorios de Seguridad.

c) Accesorios de alimentacin de agua.

Varios: Sopladores de holln, limpia tubos mecnicos, atizadores, rastillos, escoreadores, barrotes y escobillas limpia tubos.e) Accesorios de alimentacin de combustible

f) Accesorios recuperadores de calor Economizadores Calentadores de aireg) Accesorios de control del grado de calentamiento del vapor.

Desobrecalentadores o saturadores o atemperadores.h) Accesorios de control automtico. Control de presin o presostato Control de temperatura o termostato Control de bajo nivel de agua Control de aire Control de la llama Control del encendidoA continuacin se ver en forma ms detallada cada uno de los accesorios mencionados:ACCESORIOS DE OBSERVACININDICADORES DE NIVEL DEL AGUA

Cada caldera debe tener a lo menos dosindicadoresde nivel de agua y, al menos uno debe ser del tipo tubo de vidrio (observacin directa). El otro puede ser de grifos o llaves de prueba. El indicador de nivel de agua de observacin directa, consiste en dos conexiones de metal, comunicadas una a la cmara de vapor y la otra a la cmara de agua de la caldera.Exteriormente estn unidas por medio de un tubo de vidrio que ndica el nivel de agua que hay en el interior de la caldera.El tubo de nivel de agua debe estar en la parte ms visible para el Operador de Caldera. Si est a ms de tres metros de altura se debe colocar inclinado hacia adelante para facilitar su visin.Las empaquetaduras de las conexiones deben ajustarse cuando la caldera esta con vapor.Esta operacin debe hacerse con mucho cuidado para no quebrar el tubo de vidrio y evitar lesiones por quemaduras.Cuando cambie el tubo de vidrio o necesite apretar las empaquetaduras, cierre previamente lasvlvulasde conexin con la caldera. Tenga cuidado de volver a abrir las vlvulas una vez que termine la reparacin.a)Pruebasdel tubo de nivel de agua.Prueba de agua.- Cierre la vlvula que comunica con la cmara de vapor (en la Fig. N 1) y abra la que comunica con la cmara de agua (B). El agua debe Llenar el tubo de vidrio.Al abrir la llave de desage (C) que comunica el tubo con la atmsfera, se vaca el tubo y debe seguir saliendo agua.Prueba de vapor.- Abra la vlvula (A) que comunica con la cmara de vapor. Cierre la llave que comunica con la cmara de agua (B). Al abrir la llave de desage (C) slo debe salir vapor.b) Fallas en los tubos de nivel de agua.-Pueden presentarse los siguientes problemas:Conductos tapados con sedimentos. Esto se comprueba si al abrir la llave A y C no sale vapor y /o si al abrir las llaves B y C no sale agua. Cualquiera de las conexiones que se tape el tubo indicar un nivel falso.Es especialmente peligroso cuando se tapa la conexin con la cmara de vapor. En este caso el tubo se llenar con agua an cuando el nivel real en la caldera sea menor. Esto puede producir recalentamiento de la caldera. Fuga por las empaquetaduras.Cualquier fuga de agua o vapor por las empaquetaduras debe repararse de inmediato para evitar quemaduras del tubo o lapersonal. Desgaste de tubos.El tubo de vidrio se gasta por las condiciones naturales de su uso. Deben revisarse peridicamente y ante cualquier indicio de desgaste deben cambiarse de inmediato.El otro indicador de nivel de agua que se ha mencionado es el de grifos o llaves de prueba. Estos consisten en tres llaves comunicadas a la caldera ( Fig. No B) y colocadas a diferentes alturas. Por la llave A slo debe salir vapor . Al abrir la llave B, que corresponde al nivel normal de agua, debe salir una mezcla de agua y vapor. Al abrir la llave C, siempre debe salir agua.

Los grifos de prueba deben estar siempre en buenas condiciones de uso: su objetivo es reemplazar al tubo de observacin directa cuando ste sequiebrao tiene fallas de otranaturaleza.INDICADORES DE PRESIN

El ms usado de ellos es el manmetro, que es un instrumento destinado a medir la presin efectiva que existe dentro de una caldera. Jams debe operarse una caldera que no tenga el manmetro adecuado y en buenas condicionesEl manmetro est conectado a la cmara de vapor de la caldera a travs de una caera curva, con forma U o S, de modo que sobre l acte agua y no vapor. El objeto de la curva es evitar que llegue vapor vivo al interior del mecanismo, para que no se deforme con el calor y pierda su exactitud.En esta curva se acumula agua, formando un sello que siempre actuar sobre el instrumento. Cuando la caldera tiene un consumo variable de vapor, la aguja del manmetro se mueve con pequeas oscilaciones- Esto es totalmente normal.a) Recomendaciones Generales. La ubicacin del manmetro debe ser tal que impida su calentamiento a ms de 50 C exterior. Siempre debe estar marcado con rojo, en la esfera, el punto exacto de la presin mxima autorizada. La capacidad del manmetro debe ser de a lo menos una y media vez la presin autorizada de trabajo (casos prueba hidrulica de la caldera). Entre el manmetro y la caldera debe haber una llave de paso que permita elcambiodel instrumento. Esta llave debe estar siempre abierta para evitar falsas indicaciones de presin. La caera curva debe revisarse peridicamente para evitar acumulacin de sedimentos que puedan impedir el libre paso del vapor. Debe eliminarse cualquier filtracin en la lnea de conexin del manmetro para evitar indicaciones falsas. Debe tenerse la precaucin de que el dimetro del manmetro sea el adecuado al tamao de la caldera. Peridicamente debe controlarse el funcionamiento del manmetro y regularse si es necesario.b) Reemplazo del Manmetro.No se debe mantener en servicio un manmetro cuando presente alguno de los siguientes defectos: Falta de vidrio o vidrio quebrado. Nmeros de la esfera borrados. Indicacin de presin cuando la caldera est fuera de servicio. Llave de conexin no funciona correctamente. Caera de conexin sin su curva recomendada.En calderas de calefaccin por agua caliente se usa el altmetro, quemarcadirectamente la presin en metros de columna de agua.ANALIZADORES DE GASES DE LA COMBUSTIN.Son aparatos que sirven para controlar la calidad de la combustin dentro del hogar, a travs de!anlisisde los gases que salen por la chimenea.En el proceso de combustin se desprenden ciertos gasesoxgeno(02), anhdrido carbnico (C02) y monxido decarbono(CO). Estos gases se analizan al salir por la chimenea determinando el porcentaje de cada uno de ellos. Segn sea el tipo de combustible que se queme, existen porcentajes bien definidos para cada tipo de gas cuando la combustin es correcta.Algunosvaloresgenerales que se recomiendan para tener una combustin completa, sin prdida de calor nieficienciason:C02OXIGENO12% MNIMO02 CARBNICO 6% MXIMOCO MONXIDO CARBONO 0% (no debe estar presente)INDICADORES DE TEMPERATURAa) Termmetros.-Son instrumentos destinados a medir la temperatura, ya sea del agua de alimentacin, del vapor, de los gases de la combustin, delpetrleou otras. Se usa para medir temperaturas de hasta unos 500 C.

Eltermmetroms comn es el deMercurio, ya Que ste se expande y contrae considerablemente con los cambios de temperatura sin llegar a congelarse ni evaporarse.Se puede usar a distancia Usando un tubo capilar Flexible conectado a un Termmetro tipo reloj ubicado en el tablero de Operacin.b) Pirmetros.-Estos instrumentos se usan para medir temperaturas ms altas (sobre 500 C). Generalmente son del tipo de termocuplas (termopares) que consisten en dos metales diferentes unidos y en contacto cerrado, los que son conectados por conductos elctricos a un galvanmetro.La diferencia de voltaje que se produce al calentar dos metales diferentes se indica en un dial en grados Celsius (C) o grados Fahrenheit (F).ACCESORIOS DE SEGURIDADVLVULAS DE SEGURIDADTienen por objeto dar salida al vapor de la caldera cuando ste sobrepasa la presin mxima de trabajo. Todas las calderas deben tener una o ms vlvulas de seguridad.Las vlvulas de seguridad deben ser capaces de dar salida al vapor que produce la caldera, an sin haber consumo de vapor. Esto debe suceder antes que la presin sobrepase un 10 % de la presin de trabajo autorizada.La vlvula de seguridad debe regularse como mximo a un 6 % sobre la presin autorizada de trabajo. Deben ir conectadas directamente a la cmara de vapor de la caldera, independiente de toda otra conexin o toma de vapor.a) Vlvulas de Seguridad de Resortes.La fuerza que mantiene cerrada la vlvula se consigue con un resorte calibrado, cuya tensin est en relacin con la presin de trabajo de la caldera.Esta vlvula puede regularse disminuyendo o aumentando la presin del resorte con el mecanismo de regulacin que toda vlvula de seguridad de este tipo tiene Para este objeto.Las vlvulas de resorte deben tener un dispositivomanualque permita abrirlas, a Fin de despegarlas de su asiento. Esto debe hacerlo todos los das el Operador de Calderas al iniciar su turno de trabajo.b) Vlvulas de Seguridad de Palanca y Contrapeso.

El cierre de esta vlvula se produce mediante un contrapeso colocado sobre un brazo de palanca que la presiona. La regulacin de esta vlvula se consigue alejando o acercando el contrapeso de la vlvula.Por ningn motivo el Operador de Caldera debe variar esta regulacin, ni menos anular su funcionamiento. Debe probarse todos los das, levantando manualmente el contrapeso, para estarsegurode su normal funcionamiento.c) Vlvula de Peso Directo.

En estasvlvulaslapresinsobre ella se consigue a travs de unos discos metlicos cuyo peso acta sobre dicha vlvula. Para regularla a la presin deseada se agregan o sacan discos. Estos discos estn colocados en sus respectivos guas.d) TAPN FUSIBLE

Este accesorio deseguridades utilizado en algunasCalderas. Consiste en un tapn de bronce con hilo Que comunica la cmara deaguacon el fogn de la Caldera. Va instalado en el tubo hogar y tiene un orificio cnico en el centro, relleno con una aleacin Metlica (plomo -estao) de bajo punto defusin(no mayor de 250 C). El objeto del tapn fusible es permitir el paso de vapor y agua hacia el hogar cuando el nivel de agua en la caldera baja ms all del mnimo permitido.Cuando el nivel de agua baja a ese nivel, latemperaturaaumenta, se funde la aleacin del tapn y cae agua y vapor al hogar apagando el fuego. Sirve adems de alarma al fogonero para evitar mayores perjuicios a la caldera.Nunca deben reemplazarse los tapones fusibles por pernos o soldar el orificio Donde stos van alojados. Los tapones fusibles deben ser reemplazados cada vez que se observen defectos en ellos.c) ALARMASa) Silbatos.-Algunos generadores de vapor llevan Linos accesorios de seguridad llamados silbatos de alarma que funcionan cuando el nivel de agua en el interior de la caldera ha bajado ms all del nivel mnimo aceptableConsiste en un tobo metlico con el extremo inferior abierto y sumergido en el interior de la caldera, hasta el nivel mnimo aceptable de agua.

ACCESORIOS DE AUMENTACIN DE AGUALos accesorios dealimentacinde agua sirven para reponerel aguaque se ha vaporizado en el interior de la caldera. Entre stos tenemos los siguientes:BOMBAS DE ALIMENTACINLasbombasde alimentacin de agua para calderas se pueden clasificar en: Bombas de mbolo Bombas centrfugasa) Bombas de mbolo.-Funcionan ejerciendo presin directamente sobre el lquido bombeado. La entrada y salida del agua de la bomba est controlada por vlvulas que se abren y cierran intermitentemente.Las bombas de embolo pueden ser sencillas (de un solo cilindro) o dplex (de dos cilindros), ambas, si son movidas por vapor, tienen una caera de alimentacin y una de escape de vapor. Tambin tienen una caera de aspiracin y otra de descarga de agua.b) Bombas centrfugas.- Estas bombas ejercen presin sobre el agua al girar un impulsor que est dentro de una carcaza. En estas bombas la entrada y salida del agua es continua, sin vlvulas ni dispositivos especiales.INYECTORES DE AGUALos inyectores funcionan con el mismo vapor que produce la caldera y son capaces de descargar agua a una presin de 2 a 4 Kg./cm2 mayor que la presin del vapor que los alimenta. Funciona entregndole granvelocidadal agua (energa cintica) la que se transforma en energa potencial capaz de vencer la presin interna de la caldera.Un inyector trabaja mejor mientras mayor sea la presin del vapor de una caldera y el agua de alimentacin lo ms fra posible. Ningnsistemade alimentacin de agua para calderas puede estar conectado directamente a laredde agua potable.Los inyectores de agua son dispositivos que permiten alimentar o introducir agua en el interior de la caldera. Su uso se encuentra justificado por la necesidad de introducir agua a la caldera cuando se presenten fallas de energa elctrica o daos en las bombas de alimentacin de agua. Los inyectores son elementos de emergencia muy valiosos por elservicioque prestan y deben ser considerados como prioritarios.Los inyectores funcionan de la siguiente forma: (ver Figura 1).El vapor que ha sido extrado de la caldera se inyecta a la TOBERA del inyector en donde se le imprime una alta velocidad, posteriormente pasa al ducto llamado tubo demezclasy sale por la vlvula de retencin que se encuentra en la cmara de mezclas.La gran velocidad con que pasa el vapor crea un vaco en la garganta del tubo de mezcla. El vaco producido por elairees lo suficientemente grande, que hace entrar agua al tubo de mezclas. Al llegar agua a ste, el vapor se condensa.La forma del tubo de mezcla permite mantener constante la velocidad de la mezcla de agua vapor. El chorro de agua que circula a una velocidad muy alta, pasa a la cmara de mezclas, atravesando el pequeo espacio que existe entre el tubo de mezcla y el tubo de descarga. El tubo de descarga se va ensanchando gradualmente.El agua disminuye su velocidad en el tubo de desage (convirtiendo la energa de velocidad en energa de presin). La presin que tiene el agua al salir del tubo de descarga es capaz de vencer la presin interior de la caldera y por lo tanto, el agua pasa a su interior.

MantenimientoComo se explic anteriormente, los inyectores de agua slo pueden trabajar bajo condiciones especficas (temperatura del agua baja y presin de vapor alta). Debido a la granutilidade importancia que tienen los inyectores, su operacin y conservacin debern ser apropiadas.Las causas ms frecuentes por las que fallan los inyectores son: a)Agua de alimentacin demasiado caliente. b)Presin del vapor de alimentacin demasiado baja. c)Boquillas y tubos tapados total o parcialmente con incrustaciones o basuras. d)Partes del inyector gastadas. e)Alteracin o modificacin de la distancia existente entre el tubo de mezcla y el tubo de descarga.Si el agua de alimentacin es demasiado caliente, se recomienda conectar la lnea de admisin de agua del inyector a un tanque o tambor que contenga agua fra y de preferencia "tratada".La limpieza exterior e interior del inyector es indispensable para su buen funcionamiento, por lo que peridicamente debern limpiarse los conductos y cmaras del inyector para eliminar sarros, incrustaciones y basuras.Cuando alguna parte del inyector se gaste por efectos del paso del agua y el vapor, el nico remedio posible ser cambiar la parte gastada o todo el inyector.La distancia entre el tubo de mezclas y el tubo de descarga debe permanecer constante, cualquier variacin a sta modificar la operacin del inyector, dejndole sueficienciao impidindole trabajar.Siempre que se proporcione servicio demantenimientoal interior de un inyector, debe procurar hacerse en horas de pocademandade vapor y en horas en que normalmente no falle 1aenerga elctrica. En lo posible, el mantenimiento al inyector debe efectuarse cuando la caldera est parada o no haya demanda de vapor.1) ACCESORIOS DE LIMPIEZASirven para limpiar el interior de la caldera, tanto por el lado de losgasescomo por el lado del agua.1.1) PUERTAS DE INSPECCINSegn sus dimensiones se llaman puertas dehombreo tapas deregistro- Estas ltimas slo permiten el paso de un brazo. Ambas puertas sirven para efectuar limpiezas o inspecciones en el interior de los colectores principales o de los tubos segn sea su ubicacin.1.2) LLAVES DE PURGAa) Vlvulas de extraccin de fondo.-Van ubicadas en las partes ms bajas de la caldera y sirven para extraer los lodos o barros provenientes de la vaporizacin de aguas duras yaccindel uso de desincrustantes. Tambin se usan para vaciar las calderas. Estas llaves se deben abrir totalmente y dejar libre toda la seccin de la caera de descarga.b) Vlvulas de extraccin de superficie.-Algunas calderas tienen tambin a la altura del nivel de agua, dentro de la cmara de alimentacin, una llave llamada de extraccin de superficie para botar algunas impurezas livianas.1.3) SOPLADORES DE HOLLN - LIMPIATUBOS MECNICOSEl holln se acumula sobre las partes expuestas a los gases de lacombustin. Como el holln tiene un altopoderaislante delcalor, se hace necesario evitar que se adhiera a los tubos de la caldera. Esto se consigue limpindolos con sopladores de holln, limpia tubos mecnicos o bien,herramientasmanualescomo cepillos deacero.Los sopladores de holln estn instalados permanentemente en la caldera y permiten que aquellas partes de suficiente calefaccin sometidas a la acumulacin de holln puedan limpiarse con chorros de vapor, aire o una mezcla de aire - vapor.Los limpia tubos mecnicos pueden ser de tipo vibratorio, que desprenden la incrustacin por medio de golpes rpidos y que son aplicables a las calderas Acuotubulares y a las Ingneotubulares.Tambin pueden ser de tipo fresa rotatoria o giratoria, stos arrancan la incrustacin por medio de una herramienta cortante. Este tipo de limpia tubos slo se emplea en calderas de tubos de agua. Los atizadores, rastrillos, escariadores, barrotes y escobilla limpia tubos completan los accesorios de limpieza.ACCESORIOS DE ALIMENTACIN DE COMBUSTIBLEQUEMADORES DE COMBUSTIBLE LQUIDOSon los ms utilizados en la actualidad y su manejo es sencillo. Trabajan normalmente conpetrleo, fuel - ol, parafina, etc.Consta de las siguientes partes: Atomizador Registro de aire natural o mecnico Vlvulas o conexiones necesariasa) Los atomizadores.-Llamados corrientemente por error quemador, son de varios tipos. Lafuncindel atomizador es pulverizar finamenteel petrleo. Le corresponde al atomizador recibir el combustible a la presin normal de operacin y transformar esta presin en alta velocidad.El atomizador est compuesto de tres partes: El cuerpo con el adaptador El filtro La toberab) El registro de aire.-Tiene la funcin de descargar al fogn el aire necesario para la combustin delpetrleoy distribuir el aire de tal manera que ste se mezcle ntimamente con el combustible descargado por el atomizador. En ciertos casos el registro de aire se usa para conseguir la funcin secundaria de controlar la cantidad y velocidad del aire que entra al fogn. Losregistrosde aire pueden ser de forma cnica o cilndrica.QUEMADORES PARA CARBN PULVERIZADOQueman carbn finamente dividido, mantenido en suspensin en el aire primario. El aire secundario es admitido alrededor del quemador, por debajo del mismo o por otros puntos del hogar.Sistemas de Quemadores.De fuegos opuestos.-Son quemadores colocados en paredes opuestas del hogar, uno frente al otro, los cuales producen una mezcla ms intima entre el aire y el combustible.De fuegos cruzados.-Es una combinacin de quemadores vertical y horizontal, en los que las corrientes de carbn y aire se cortan.De fuego tangencial.-Son quemadores colocados uno encima del otro, en los cuatro vrtices del hogar y que envan en sentido horizontal, corrientes de aire y carbn.ACCESORIOS RECUPERADORES DE CALORECONOMZADORESEn algunas instalaciones de calderas, para aprovechar el exceso de calor que llevan los humos y gases antes de salir por la chimenea, se les dota de economizadores, En stos se precalienta el agua de alimentacin.Estn formados por un haz de tubos, por el interior del cual circula agua y por el exterior los gases de la combustin antes de salir por la chimenea.Algunos de los accesorios con que deben contar los economizadores son: Manmetro Termmetro Vlvula de Seguridad Llaves para extraccin de fondos Aberturas para limpieza de holln y cenizaLas principales ventajas que se obtienen con el uso de economizadores son: Se amortiguan las grandes variaciones de temperatura en las planchas y tubos de la caldera, con lo que se consigue ms estabilidad de la presin. Se aprovecha el calor, que de otro modo se perdera al ser llevado directamente a la chimenea. Se purifica en parte el agua de alimentacin ya que al calentarse en el economizador parte de las impurezas quedan en l. El rendimiento general del sistema de combustin aumenta al aprovechar mejor el calor. Economa de combustible.CALENTADORES DE AIRE (Precalentadores)Son accesorios que tienen por objeto calentar el aire que se enva al hogar para la combustin, aprovechando parte del calor que contienen los gases calientes antes de salir por la chimenea.Las ventajas que pueden mencionarse utilizando aire precalentado son: Conservacin de calor, por cuanto al llegar aire caliente no se desperdicia energa en calentarlo en el hogar. Se mejora considerablemente la combustin. Aumenta el rendimiento del sistema de combustin de la caldera.RETARDADORESConsisten en una plancha lisa, del mismo ancho que el dimetro Interior del tubo, torcida en forma de hlice la que se mete en el tubo. Los gases calientes tienen ahora que recorrer un camino mayor, siendo ms lento el paso de ellos por el interior de los tubos y entregando mayor cantidad de calor.

La eficiencia de la caldera se aumenta entre un 2% y un 8% con el uso de retardadores.ACCESORIOS DECONTROLDEL GRADO DE CALENTAMIENTO DEL VAPOR.SOBRECALENTADORESEl vapor saturado se puede convertir en vapor sobrecalentado si lo paramos de la caldera y le suministramos calor mantenindole su presin.El vapor sobrecalentado no tiene humedad y su uso en turbinas y ciertos tipos demquinastraen muchos beneficios. El sobrecalentador se instala de tal manera que aprovecha los gases calientes de la combustin. Consta de un haz de tubos por cuyo interior circula el vapor mientras que los gases calientes pasan por el exterior.

DESOBRECALENTADORES, SATURADORES O ATEMPERADORESEn muchosprocesosse requiere vapor saturado. Si la planta est entregando vapor sobrecalentado es necesario transformarlo, para lo cual se usan los Saturadores. Estos consisten en un tubo en forma de serpentn sumergido en la cmara de agua de la caldera. Entregan as calor al agua y dejan el vapor a la temperatura de saturacin.ACCESORIOS DE CONTROL AUTOMTICOSMuchos equipos generadores de vapor disponen de controles automticos con el objeto de regularizar el funcionamiento de las calderas y contribuir a la labor del operador. En ningn caso los accesorios de control automticos reemplazan al Operador de caldera.Tampoco pueden considerarse como accesorios de seguridad, ya que no lo son. Estos controles automticos deben ser revisados peridicamente porpersonalespecializado, para obtener de ellos un correcto funcionamiento. Debe recordarse que su operacin es sensible y complicada, susceptible de fallas imprevistas.En general estos elementos funcionan en base a la dilatacin de un metal, o aleacin demetales, ya sea por efecto del calor o la presin o en base a laluzo al nivel del agua. En general hace que se conecte o desconecte un circuito elctrico, controlando automticamente (sin la intervencin del operador de la caldera) ya sea, la presin, la temperatura o cualquier otra variable.Algunos de los controles automticos ms comnmente usados en los equipos generadores de vapor son: Control de presin o presostatos. Control de temperatura o termostatos. Control de bajo nivel de agua. Control de aire. Control de la llama. Control del encendido (chispa o piloto).CONTROL DE PRESIN O PRESOSTATOSSon accesorios que funcionan en base a la mxima y mnima presin detrabajodel vapor de la caldera. Actan sobre el quemador, apagndolo al llegar a la mxima presin para la cual fue regulado y encendindolo al alcanzar la mnima presin deseada del vapor.CONTROL DE TEMPERATURAS O TERMOSTATOSSon accesorios que funcionan de acuerdo a la temperatura del agua, vapor o gases de la combustin. Apagan el quemador cuando se obtiene la mxima temperatura deseada y lo encienden cuando se ha llegado a la mnima temperatura para la cual fue regulado.CONTROL DE BAJO NIVEL DE AGUALos controles de nivel de agua funcionan por medio, de un flotador, que al llegar el agua al nivel mximo corta la comente de la bomba de alimentacin de agua. Al bajar el agua a su nivel mnimo de trabajo, vuelve a conectar la bomba. S en este ltimo caso la bomba no respondiera a la puesta en marcha y el nivel continuara bajando, este control generalmente est provisto de una tercera posicin, en la cual corta la corriente al quemador.CONTROL DE AIREEste control consiste en unswitchdemercurioque acta por medio de la presin de aire y que est conectado en el cabezal del quemador, previniendo la operacin de este sin el aire auxiliar.CONTROL DE LA LLAMAMediante una celda fotoelctrica se controla la llama (su largo) impidiendo la alimentacin de combustible en caso que sta no exista en el hogar.CONTROL DEL ENCENDIDO (Chispa)Por medio de este control se impide que salga combustible sin que exista la chispa para encenderlo.IntroduccinLahistoriade larefrigeracinpuede remontarse a cientos de aos cuando el hielo natural proporcionaba el efecto de enfriamiento. La poca de la refrigeracin a granescalase desarroll por primera vez en el siglo XIX, y a mediados de los 1800 la cosecha,almacenamientoy envi de hielo natural se convirti en una de lasindustriasms importantes de los estados de NuevaInglaterra. Hacia finales del siglo XIX, la refrigeracinmecnicase haba convertido en un hecho prctico y laindustriade la refrigeracin tal como se conoce ahora ya haba surgido. Junto con el uso de la refrigeracin industrial para la preservacin dealimentos, laproduccinqumica, las aplicaciones metalrgicas, enmedicina, entre otras, apareci otra faceta delprocesode refrigeracin: elcontrolde latemperaturay la humedad delambiente, que se denomina comnmente acondicionamiento deaire.Lafuncinprincipal de acondicionamiento de aire, es mantener, dentro de un espacio determinado, de confort. O bien las necesarias para la conservacin de unproductoo para un proceso de fabricacin.El uso de la refrigeracin yaire acondicionado, cada da se va incrementando y encuentra ms aplicaciones; hace algunos aos, el uso principal de la refrigeracin era laproduccinde hielo, ahora la refrigeracin es esencial, en la produccin ydistribucinde alimentos, y para el funcionamiento de la industria alimenticia y qumica.Con el aire acondicionado se vive ms confortable y saludablemente. Y muchosprocesosindustriales se efectuaran de manera ms eficiente.Actualmente se ha incrementado enMxico, el uso del aire acondicionado por medio de las unidades paquete, las cuales estn especficamente calculadas sobre la carga trmica disponibleCiclo de refrigeracin y unidadesLa refrigeracin es una de las principales reas de latermodinmica, es la transferencia decalorde una regin de temperatura inferior hacia una temperatura superior. Los dispositivos que producen refrigeracin se llama refrigeradores y los ciclos en los que operan se llama ciclos de refrigeracin.Existen variossistemasde refrigeracin que se utilizan en la prctica para llevar a cabo tal funcin:a) Sistemas de refrigeracinmecnica.b) Sistemas de refrigeracin por absorcin. c) Sistemas de refrigeracin por vaco.d) Sistemas de refrigeracin porgas.El ciclo de Carnot ha servido para establecer los criterios de operacin de los ciclos depotencia: el estudio del ciclo de Carnot invertido proporcionar la mayor parte de las limitaciones termodinmicas y los criterios de operacin de los ciclos de refrigeracin.I. CICLO DE CARNOT INVERTIDOSe recordar que el ciclo de Carnot se compone de cuatro (4) procesos reversibles: dos (2) de ellos isotrmicos y dos (2) isoentrpicos. Para el ciclo invertido, eldiagrama de flujode energa es como el que semuestraen la Figura 1. Ntese que en este caso eltrabajode la mquina sirve para tomar calor del sumidero a T2 y desecharlo a T1. EldiagramaT-S para el ciclo invertido se muestra en la Figura 2. Y las reas se interpretan como varios aspectos de la energa correspondientes a la Figura 1.Si se est interesado en extraer la mayor cantidad de calor del sumidero, es deseable hacerlo con la menor cantidad posible de suministro de energa alsistema. Este modo de operacin es equivalente a la operacin con la mximaeficiencia.

Se establece a continuacin un hecho significativo para el ciclo de refrigeracin. Para el ciclo de potencia directo, se estaba interesado en la cantidad de trabajo que se obtena de un suministro de calor dado, y esta relacin se llamaba la eficiencia del ciclo de potencia. Para el ciclo invertido se tieneintersen la cantidad de trabajo requerido para extraer una cantidad de calor dada de la fuente de baja temperatura.Esta relacin del efecto de refrigeracin a la entrada del trabajo se conoce como coeficiente de operacin (COP). As;

Para el ciclo de Carnot invertido mostrado en las Figuras el calor extrado de la fuente a T2 es T2 (S2-S1) yel trabajosuministrado es (T1-T2) (S2-S1):

Nteseque el COP para un ciclo de refrigeracin ideal es mayor que la unidad. Resumiendo lo anterior,El COP de un ciclo de Carnot es funcin slo de las temperaturas superior e inferior del ciclo y aumenta en forma inversamente proporcional a la diferencia entre las temperaturas superior e inferior. Estas conclusiones son independientes del fluido de trabajo del ciclo.La ecuacin 2 indica que, para el COP mximo, T2 debe conservarse de modo que sea mnima. En la mayor parte de los casos el sumidero de calor es laatmsfera a algn cuerpo de los alrededores o elagua.Cualquier desviacin del ciclo real de los procesos ideales previstos para el ciclo de Carnot conduce avaloresdel COP menores que el ideal.2.- CICLO POR COMPRESIN DE VAPOR.An cuando el ciclo de Carnot invertido es un estndar con el cual se puede comparar todos los ciclos reales, no es un dispositivo prctico para propsitos de refrigeracin. Sin embargo, sera muy deseable aproximarse a los procesos de adicin de calor a temperatura constante y de expulsin de calor a temperatura constante, con objeto de lograr el mximo coeficiente de operacin posible. Esto se logra en buena medida con un dispositivo de refrigeracin segn el Ciclo de Compresin de Vapor.Del mismo modo como se encontr que era posible invertir el Ciclo de Carnot es posible, tericamente, invertir el ciclo de Rankine. En la Figura 3 se muestra un ciclo elemental de compresin de vapor, y en la Figura 4 su correspondiente diagrama T-S.

Figura 3. Ciclo simple por compresin de vapor. Figura 4. Ciclo simple por compresin de vaporEl ciclo se compone de una expansin del fluido desde el punto de saturacin hasta la regin hmeda (trayectoria (1) a (2)). Durante este proceso (estrangulamiento), la entalpa permanece en esencia constante. Sin embargo, lapresiny la temperatura del fluido de trabajo disminuyen, y el fluido se convierte en una mezcla de lquido y vapor enel estado(2). El fluido de trabajo enfriado (refrigerante) pasa ent onces al evaporador y ah (trayectoria de (2) a (3)) entra el calor de la regin o del fluido a enfriar. Esta parte del proceso se lleva a cabo a temperatura y presin constantes (idealmente) dado que el fluido de trabajo est en la regin hmeda. La siguiente parte del ciclo (trayectoria de (3) a (4)) es una fase de compresin. Si la compresin contina desde el punto (3) hasta el punto (4) en la Figura 4 la refrigeracin comenzar del punto del vapor saturado y luego continuar hacia la regin de vapor sobrecalentado. Esta trayectoria se llama compresin seca. Se muestra una trayectoria alterna (3a) a (4a), en donde el refrigerante est en un inicio "hmedo" y se lleva apenas a las condiciones de saturacin mediante el proceso de compresin. Esta trayectoria se ha denominado compresin hmeda por razones obvias. De las consideraciones del ciclo y del diagrama T-S puede demostrarse que es ms eficiente operar el ciclo con compresin hmeda. Sin embargo, la mayor parte de los ciclos de compresin de vapor operan con compresin seca, puesto que la prdida de eficiencia es pequea, en tanto que losproblemasprcticos deldiseodel compresor y la operacin se simplifican en forma considerable. En la ltima trayectoria del ciclo (trayectoria de (4) a (1) se desecha calor esencialmente a presin constante hasta que se alcanza la lnea lquido saturado. Una vez ms el diagrama T-S muestra un camino alterno ( ) a (2a). En la prctica sera difcil alcanzar justamente el punto (1) para todas las cargas del sistema, y cabra esperar un poco ms de enfriamiento hasta el punto (1a).Es posible analizar el sistema como sigue:Trayectoria (1) a (2), estrangulamiento: h1 = h2Trayectoria (2) a (3), evaporador (efecto enfriador):qenf. = h3 - h2 = h3 - h1Trayectoria (3) a (4), compresor:Trabajo (W) = h4 - h3(para el ciclo de refrigeracin, el trabajo en el ciclo se considera positivo) Trayectoria (4) a (1), condensador (extraccin de calor):Qext. = h4 - h1De las cantidades sealadas, se observar que la energa extrada en el condensador debe ser igual numricamente a la ganancia de calor en el evaporador ms el trabajo del compresor. Sin embargo, la capacidad de refrigeracin es slo el efecto evaporador.La definicin del COP (en trminos de este ciclo) es la relacin del calor absorbido en el evaporador al trabajo neto que entra al ciclo. En unidades de calor compatibles esto puede escribirse como;

En una situacin real, el ciclo de refrigeracin difiere del ciclo ideal en varias formas. La presencia de la friccin da por resultado tantos cados de presin a lo largo de todo el ciclo como que el compresor sea irreversible. Adems, se debe tener en cuenta el hecho de que hay transferencia indeseable de calor. Como no es posible controlar con exactitud elestadodel fluido que sale del evaporador que se considera en el ciclo ideal. Las irreversibilidades en el flujo a travs del compresor llevan a un au mento en laentropadel fluido durante el proceso y un incremento concomitante de la temperatura final con respecto a la del caso ideal. Si las prdidas de calor del compresor son suficientemente grandes, la entropa real del fluido a la salida del compresor puede ser menor que la de la entrada. Aun cuando la cada de presin en el condensador sea pequea, el fluido probablemente saldr del condensador como un lquido subenfriado y no como el lquido saturado que se supone en el ciclo ideal. Este es un efecto benfico, ya que la entape baja que resulta del efecto de subenfriamiento permite que el fluido absorba una mayor cantidad de calor durante el proceso de evaporacin.Laevaluacinde ciertos parmetros de inters en los ciclos de refrigeracin se ha basado en las temperaturas de saturacin del refrigerante en el evaporador y en el condensador. No obstante, la temperatura que desea mantener en la regin fra como la temperatura del agua o el aire de enfriamiento disponible para emplearse en el condensador. En la Figura 5. Se muestra un diagrama esquemtico de un sistema de refrigeracin de un refrigerador casero.

Figura 5.El condensador se dispone fsicamente de modo que el aire del local fluya a travs del condensador por conveccin natural. La vlvula de expansin es un tubo capilar grande y el evaporador se muestra alrededor de la parte externa del compartimiento congelador dentro del refrigerador. Las presiones que se muestran en la Figura 5. Son tpicas cuando se usa dixido de azufre como refrigerante. A pesar que el compresor mostrado de manera esquemtica es una unidad reciprocante, existen unidades giratorias pequeas, eficientes y econmicas para refrigeradores domsticos.Partiendo del punto 1 de la Figura 5., el refrigerante en fase vapor entra al compresor a baja presin y temperatura a p2 y t2. La temperatura de saturacin correspondiente a p2 debe ser algnvalorpor encima de la temperatura atmosfrica, o por encima de la temperatura del agua de enfriamiento que puede usarse en el condensador. Saliendo del compresor en la condicin 2, el vapor entra al condensador donde se condensa hasta la fase lquida a alguna temperatura t3. Despus del condensador, el lquido entra a una vlvula de expansin, que separa las presiones de alta y baja presin y pasa a travs de la vlvula en un proceso de estrangulamiento con h3 = h4. El refrigerante entra entonces al evaporador (o compartimiento congelador) donde hierve debido a que recibe calor del refrigerador y su contenido. El vapor del evaporador entra al compresor y el ciclo vuelve a comenzar.El ncleo de cualquier sistema de refrigeracin es el compresor.3._ SISTEMAS DE COMPRESIN DE VAPOR EN CASCADA Y EN ETAPAS MLTIPLES.Existen variaciones del ciclo bsico de refrigeracin por compresin de vapor. La primera es el ciclo en cascada, el cual permite elempleode un ciclo de compresin de vapor cuando la diferencia de temperaturas entre el evaporador y el condensador es muy grande.La segunda variacin incluye el uso de compresin en etapas mltiples con interenfriamiento, lo que reduce el trabajo de compresin.3. a.) Ciclo en Cascada.Existen aplicaciones industriales que exigen temperaturas moderadamente bajas. Esto es especialmente cierto cuando se desean temperaturas en el intervalo de -25 a -75 C (-10 a -100 F). En general, por desgracia no es posible usar un solo ciclo de compresin de vapor para obtener estas temperaturas moderadamente bajas. La diferencia de temperatura entre el condensador y el evaporador es en este caso muy grande. En consecuencia, la variacin de la temperatura de saturacin con respecto a la presin de vapor de un solo refrigerante no cumplira conlos valoresdeseados para el evaporador y el condensador. Para superar esta dificultad sin abandonar la compresi n de vapor, se emplea un sistema de cascada. Un ciclo en cascada es simplemente una disposicin en serie de ciclos simples de compresin de vapor, de tal manera que el condensador de un ciclo a temperatura baja entregue calor al evaporador de un ciclo a te mperatura superior, como se ven en la Figura 6.a. An cuando ah se muestran slo dos unidades, el empleo de tres o cuatro unidades en serie es prctico, en caso necesario. Normalmente se utiliza un refrigerante distinto en cada uno de los ciclos, con el objeto de satisfacer los requisitos de cada intervalo de temperatura y presin. Al elegir los dos refrigerantes en la Figura 6. por ejemplo, es importante que la temperatura del estado triple del fluido en el ciclo B sea menor que la temperaturacrticadel fluido en el ciclo A.En la Figura 6-b se muestra el diagrama T-S de un sistema ideal en cascada doble que emplea el mismo refrigerante en cada ciclo. (Si se utilizan dos refrigerantes distintos en un sistema en cascada, deben utilizarse tambin dosdiagramasT-S diferentes). A pesar de no ser la prctica comn, como se hizo ya laobservacin, el empleo del mismo refrigerante en cada ciclo permite examinar las virtudes de un sistema en cascada. Las posiciones de los ciclos A (1-2-3-4) y B(5-6-7-8) se indican con claridad en la figura. En general losgastosmsicos de los refrigerantes en los dos ciclos no son los mismos, sean los refrigerantes iguales o distintos. El gasto msico (m) est determinado por las toneladas de refrigeracin requeridas en el evaporador del ciclo A. Adems, la rapidez de transferencia de calor desde el condensador del ciclo A debe ser igual a la rapidez de transferencia de calor del fluido en el evaporador del ciclo B, si el intercambiador de calor de todo el conjunto est bien aislado. Un balance de energa para el intercambiador de calor que liga el condensador con el evaporador revela que; MA * (h2 - h3) = mB * (h5 - h8) Sistema de CascadaPor tanto, el cociente de los gastos msicos en cada ciclo est determinado por los cambios de entalpa de cada fluido a su paso por el intercambiador de calor.

Figura 6.ayb3. b.) Compresin de Vapor en Etapas Mltiples.Otra modificacin del ciclo de refrigeracin por compresin de vapor incluye la compresin en etapas, mltiples con enfriamiento intermedio (interenfriamiento), para disminuir la entrada de trabajo.En la Figura 7.a. muestra un esquema de la compresin en dos etapas con enfriamiento intermedio regenerativo. El lquido que sale del condensador se hace pasar por un estrangulamiento (proceso 5-6) hacia una cmara separadora mantenida a una presin entre la del evaporador y la del condensador. Todo el vapor separado del lquido en la cmara separadora se transfiere a una cmara de mezclado, donde se mezcla ntimamente con el vapor que sale del compresor a baja presin en el estado 2. La cmara de mezclado acta como un interenfriador regenerativo en el sentido de que enfra el vapor que sale del compresor de presin baja antes de que la mezcla total entre en la etapa de presin alta del compresor en el estado 3. El lquido saturado de la cmara separadora se estrangula hasta la presin del evaporador en el estado 9.El proceso de compresin en dos etapas con interenfriamiento regenerativo se muestra en el diagrama T-S de la Figura 7.b. se ha supuesto que la compresin es isentrpica. An cuando circula el mismo refrigerante en los doscircuitosdel sistema total, los gastos msicos en esos circuitos no son los mismos. Con el propsito de analizar el sistema, es conveniente suponer que circula una masa unitaria en uno de los circuitos, siendo arbitraria la eleccin. Supngase que la masa unitaria pasa a travs de los estados3-4-5-6 circuito de presin mayor. La fraccin del vapor formado en la cmara separadora es lacalidadX del fluido en el estado 6 de la Figura 7.b., y es sta la fraccin del flujo del condensador que pasa por la cmara de mezclado, proveniente de la cmara separadora. La fraccin de lquido formado es (1-X), y es la fraccin del flujo total que pasa a travs del evaporador. El valor de la entalpa en el estado 3 se puede determinar a partir de un balance de energa para la cmara de mezclado en condiciones adiabticas.Despreciando los efectos de la energa cintica se halla que; Xh7 + (1-X).h2=1(h3)Donde h3 es la nica incgnita. El efecto de refrigeracin por unidad de masa a travs del condensador es;q refrig. = (1 - X) * (h1 - h9)La entrada total de trabajo en el compresor por unidad de masa a travs del condensador es la suma de los dos trminos de las dos etapas, es decir;Wcomp. = (1 - X)*(h2-h1) +1*(h4 - h3)El COP del ciclo de compresin de vapor en dos etapas con enfriamiento intermedio regenerativo sigue estando definido como q refrig. /Qcomp.

Figura 7.b.Figura 7.Esquema del equipo y diagrama Ts de un ciclo de refrigeracin por compresin de vapor con dos etapas, con interenfriamiento regenerativo.REFRIGERANTESUn refrigerante: es un producto qumico lquido o gaseoso, fcilmente licuable, que es utilizado como medio transmisor de calor entre otros dos en una mquina trmica. Los principales usos son los refrigeradores y los acondicionadores de aire.El principio de funcionamiento de algunos sistemas de refrigeracin se basa en un ciclo de refrigeracin por compresin, que tiene algunas similitudes con el ciclo de Carnot y utiliza refrigerantes como fluido de trabajo.CARACTERISTICAS DE LOS REFRIGERANTES- Calor latente de evaporacin alto:cuanto mayor sea su valor menor cantidad de refrigerante hay que utilizar en el proceso de refrigeracin para obtener una temperatura determinada.- Presin de evaporacin superior a la atmosfrica:para evitar que entre aire en el circuito de refrigeracin, lo que acarreara el problema de queel aguacontenida en el aire se solidificase y obturase algn conducto.- Punto de ebullicin lo suficientemente bajopara que sea inferior a la temperatura de trabajo del evaporador.- Temperaturas y presin de condensacin bajas:as se evitan trabajar con presiones de condensacin altas en el compresor lo que se traduce en un considerableahorrotanto de energa como en el coste de la instalacin.- Inercia qumica:es decir que no reaccione con losmaterialesque componen el circuito ni con elaceitedel compresor.- Ha de ser inmiscible o totalmente miscible con el aceite del compresor:la solubilidad parcial da origen a problemas de depsitos de aceite en el evaporador.- Debe de ser qumicamente estable:hasta el grado de no ser inflamable ni explosivo.- Ha de ser soluble en agua:de esta forma se evita que el agua libre pueda formar cristales de hielo. Por este motivo los circuitos de refrigeracin van provistos de filtros deshidratantes.-Debe ser no txico para elhombre.- Debe tener unimpacto ambientalbajo o nulo en el caso de ser liberado por posibles fugas.- Debe ser fcilmente detectable por el olfato parapoderlocalizar las fugas que se produzcan en el sistema.-Debe ser barato.TIPOS DE REFRIGERANTES CLOROFLUOROCARBONOSLos refrigerantes CFC consisten de cloro, flor ycarbono. Los refrigerantes ms comunes en estegruposon el R11, R12 y R115 (con la mezcla R502). Tal como se mencion ms arriba, estos refrigerantes vienen siendo usados ampliamente desde 1930, en muchas aplicaciones, incluyendo refrigeracin domstica, refrigeracin comercial, almacenamiento fro,transportey aire acondicionado del auto. Debido a que no contienenhidrgeno, los CFC son muy estables qumicamente, y tienden a tener buena compatibilidad con la mayora de los materiales y lubricantes tradicionales como los del tipo mineral. A lo largo de toda la variedad de CFC, tienen una amplia variedad de caractersticas de presin - temperatura, y por lo tanto cubren un amplio margen de aplicaciones. Sus propiedades termodinmicas y de transporte son generalmente buenas, y por lo tanto ofrecen un potencial muy bueno de eficiencia. La buena estabilidad tambin resulta en un bajo nivel de toxicidad y no flamabilidad, obteniendo una clasificacin de A1 enseguridad.Sin embargo, debido a que contiene cloro, los refrigerantes CFC daan lacapa de ozono(ODP), y debido a su larga vida en la atmsfera, aumentan el calentamiento global (GWP). De manera similar, existengasesambientalmente ecolgicos, pero con un alto valor de GWP. Sin embargo, estos no son controlados por elProtocolode Kioto debido a que son controlados y estn siendo eliminados por el Protocolo de Montreal. Tradicionalmente, los refrigerantes CFC fueron muy baratos y ampliamente disponibles, hoy en da son mucho ms caros y su disponibilidad disminuye.HIDROCLOROFLUOROCARBONADOSLos refrigerantes HCFC consisten de hidrgeno, cloro, flor y carbn. Los refrigerantes ms comunes en este grupo son el R22, R123 y R124 (dentro de variasmezclas). Debido a que contienen hidrgeno, los HCFC son enteoramenos estables qumicamente que los CFC, pero sin embargo tienden a tener buena compatibilidad con la mayora de los materiales y lubricantes tradicionales.HIDROFLUOROCARBONADOSLos refrigerantes HFC consisten de hidrgeno, flor y carbono. Los refrigerantes ms comunes son el R134a, R32, R125 y R143a (la mayora incluidos dentro de mezclas tales como R404A, R407C y R410A). Estos estn siendo usados en gran escala desde 1990 en casi todas las aplicaciones correspondientes a los CFC y HCFC, incluyendo refrigeracin domstica, refrigeracin comercial, almacenamiento fro y aire acondicionado automotor. Los HFC son generalmente estables qumicamente, y tienen tendencia a ser compatibles con la mayora de los materiales. Sin embargo, no son miscibles con con los lubricantes tradicionales, y por lo tanto se emplean otros lubricantes del tipo sinttico. A lo largo del rango de refrigerantes HFC, existen distintas versiones a diferentes presiones y temperaturas. Sus propiedades termodinmicas y de transporte son desde casi a muy buenas, y por lo tanto ofrecen una excelente opcin. Aunque algunos HFC son clasificados como A1 en trminos de seguridad, algunos poseen clasificacin A2 (baja toxicidad y baja flamabilidad). A diferencia de los CFC y HCFC, no contienen cloro, y por lo tanto no daan la capa de ozono. Sin embargo, debido a su largo perodo de vida, son refrigerantes ecolgicamente aceptables pero con un alto valor de GWP. Estos son controlados por el Protocolo de Kyoto. Actualmente, los refrigerantes HFC tienen unpreciomoderado, contra el precio de las mezclas que estn comenzando a aumentar de precio. Aunque numerosos pases estn desarrollandoleyespara controlar el uso y emisin de gases HFC, muchos estn disponibles, y lo continuarn siendo por un futuro mayor.REFRIGERANTES NATURALESVarios hidrocarbonos, el amonaco y dixido de carbono pertenecen al grupo denominado refrigerantes naturales. Todos los refrigerantes naturales existen en los ciclos de lanaturaleza, inclusive sin intervencin del ser humano. Tiene un valor de ODP igual a 0 y no son GWP. Las innovaciones yevolucinen latecnologahan contribuido en la consideracin de estos refrigerantes naturales. Debido a su mnimo impacto ambiental y por ser ms apropiados y acordes desde el punto de vista de la sustentabilidad tecnolgica, los sistemas frigorficos con refrigerantes naturales pueden jugar un rol importante en el futuro de muchas aplicaciones.Amonaco (NH3, R717)El amonaco contiene nitrgeno e hidrgeno, y es ampliamente utilizado en muchas industrias. Ha sido empleado como refrigerante desde los aos 1800, y hoy en da es comnmente usado en refrigeracin industrial, alcenaje fro, en procesos alimenticios y ms recientemente est siendo usado en refrigeracin comercial y chillers.El R717 es qumicamente estable, pero reacciona bajo ciertas condiciones, por ejemplo, cuando se pone en contacto con dixido de carbono o agua ocobre. Por otro lado, es compatible con elaceroy con el aceite correctamente seleccionado. Las caractersticas de presin y temperatura del R717 son similares al R22. Sin embargo, sus propiedades termodinmicas y de transporte son excelentes, aumentando potencialmente la eficiencia de los sistemas. Debido a su alto grado de toxicidad y baja inflamabilidad, posee una clasificacin igual a B2. A diferencia de los gases fluorados, no tiene impacto en la capa de ozono y tiene un valor igual a cero decalentamiento global(GWP).HIDROCARBONOS (HC)Estos refrigerantes contienen carbono e hidrgeno, y son ampliamente usados en dentro de muchas industrias. Los ms comnmente usados para propsitos de la refrigeracin son el isobutano (C4H12, R600a) y propano (C3H8, R290), propileno (C3H6, R1270) y se usan tambin en mezclas compuestas en parte por estos fluidos. Dentro de lo que es aplicaciones industriales, se usan una variedad de otors HC. En general, los refrigerantes HC han sido usados como refrigerante desde los aos 1800 hasta 1930, y fueron re-aplicados desde la dcada de los 90. Aparte de su uso en refrigeracin industrial, los refrigerantes HC se han usado en refrigeradores domsticos, refrigeracin comercial, acondicionadores de aire y chillers. Los refrigerantes HC son qumicamente estables, y exhiben una compatibilidad similar a los CFC y HCFC. Los Hc tambin tienen excelentes propiedades termodinmicas y de transporte. Debido a su alta inflamabilidad, los HC tienen una clasificacin de seguridad de A3. Al igual que el R717, los refrigerantes HC no tienen impacto en la capa de ozono y su efecto en el calentamiento global es insignificante. Tanto el R600a y R290 son muy barat os pero su disponibilidad depende del pas.DIXIDO DE CARBONO (CO2, R744)Este refrigerante contiene carbono yoxgeno, y es ampliamente empleado en muchas industrias. Ha sido extensivamente usado durante mediados de los aos 1800, pero se discontinu su uso con la aparicin de los CFC y HFCF. A finales de los aos 1990, emergi nuevamente como refrigerante y su uso se ha venido incrementando en las industrias de la refrigeracin, almacenaje fro, refrigeracin comercial, ybombasde calor, entre otros. El R744 es qumicamente estable y no reacciona en la mayora de las condiciones, y es compatible con muchos materiales. Las caractersticas de presin y temperatura del R744 son diferentes a de la mayora de los refrigerantes convencionales, y es por eso, por ejemplo, que opera a presiones siete veces mayores que el R22, con lo cual el sistema debe ser diseado con consideraciones especiales para soportar altas presiones. Adems, tiene una baja temperatura crtica, de manera que cuando la temperatura ambiente supera los 25 C, se necesita el diseo de un sistema especial. Por otro lado, sus propiedades termodinmicas y de transporte son excelentes, haciendo que los sistemas sean potencialmente eficientes en climas fros. Debido a su baja toxicidad y no inflamable, tiene una clasificacin de seguridad de A1. A diferencia de los refrigerantes fluorados, no tiene impacto en la capa de ozono. Sin embargo posee un valor igual a 1 de potencial de calentamiento global (GWP). El R744 es muy barato y ampliamente disponible en elmercado.COMPRESORUn compresor es una mquina de fluido que est construida para aumentar la presin y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. Esto se realiza a travs de un intercambio de energa entre la mquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por l convirtindose en energa de flujo, aumentando su presin y energa cintica impulsndola a fluir.En las instalaciones frigorficas encontraremos normalmente tres tipos decompresores.HERMETICOS.Todo el conjuntomotor-compresor est internamente en una carcasa soldada sin accesibilidad, normalmente estn instalados en equipos de pequeas potencias, siendo de menor coste y ocupan menor espacio.SEMIHERMETICOS.El eje del motor es prolongacin del cigeal del compresor y estn en una misma carcasa accesible desde el exterior. Se utilizan en potencias medias y eliminan los problemas de alineamiento entre el motor y el compresor.ABIERTOS.El cigeal es activado por un motor exterior al compresor. Se utilizan para medias y grandes potencias y son los ms verstiles y accesibles.FUNCIN DEL COMPRESORLos compresores administran la distribucin del refrigerante, absorbiendo energa de las reas fras y transfirindola a reas ms calientes dentro de la unidad. Los compresores alternan el refrigerante de vapor de baja presin a alta presin, alternando el enfriamiento usando un sistema de dos etapas para mantener los artculos fros a una temperatu