sistemas de refrigeración para motores de combustión externa

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SISTEMAS DE REFRIGERACION PARA MOTORES DE COMBUSTION EXTERNA

Carlos Arauz Cedula: 9-729-2159 Grupo: 1IE - 142

IntroduccinEl sistema de refrigeracin tiene como objetivo eliminar el calor excesivo producido por el funcionamiento y combustin, evitando as superar los lmites de resistencia trmica de las diferentes piezas del motor. Evita adems un dilatamiento excesivo provocado por el calor en diferentes partes del motor, como los paredes internas de cilindros, pistones, vlvulas, etc. La tapa de cilindros (o culata) es una de las partes del motor que ms necesitan la accin del sistema de refrigeracin, ya que en stas se encuentra la cmara de combustin donde se llega a alcanzar grandes temperaturas. El bloque del motor tambin debe ser adecuadamente refrigerado ya que parte del calor de la culata es transmitido hacia ste. Para la refrigeracin se utiliza agua y/o aire, utilizndose en motores de combustin interna los dos sistemas. Refrigeracin por aire Son econmicos y sencillos, al no usar agua no necesitan la existencia de radiador, conductos y mecanismos de impulsin del agua. Este sistema de enfriamiento es usado en motos y algunos autos, presentando estos vehculos como caracterstica motores livianos construdos en su mayor parte con materiales de gran transferencia de calor. El calor es transportado por medio de la carcaza, utilizandose las aletas, que son prolongaciones del metal que cubre la culata. La finalidad de estas aletas es proporcionar un rea mayor de contacto con el aire enfriando as el interior. Puede advertirse en algunos vehculos la presencia de un ventilador para ayudar e incrementar el aire dirigido a las aletas. Refrigeracin por agua Este sistema de refrigeracin y mas complejo que la refrigeracin por aire y lleva mas componentes, por lo que tambin es mas costoso. Consiste en la circulacin por el motor de un lquido refrigerante a travs de conductos, absorbiendo as el calor generado por la tapa de cilindros y bloque, y finalmente disipado ese calor hacia la atmsfera por el radiador.


Sistemas de refrigeracin para motores de combustin externaQue es un motor de combustin externa Un motor de combustin externa es una mquina que realiza una conversin de energa calorfica en energa mecnica mediante un proceso de combustin que se realiza fuera de la mquina, generalmente para calentar agua que, en forma de vapor, ser la que realice el trabajo, en oposicin a los motores de combustin interna, en los que la propia combustin, realizada dentro del motor, es la que lleva a cabo el trabajo. Sistemas de refrigeracin tenemos 1. Intercambiadores de calor 2. Torres de enfriamiento INTERCAMBIADORES DE CALOR Un intercambiador se puede describir como un equipo en el que dos corrientes a distintas temperaturas fluyen sin mezclarse con el objeto de enfriar una de ellas o calentar la otra o ambas a la vez. Los intercambiadores de calor se pueden clasificar en muchas formas diferentes. Una forma consiste en basar la clasificacin en las direcciones relativas del flujo de los fluidos calientes y fro, dando lugar a trminos como fluidos paralelos, cuando ambos fluidos se mueven en la misma direccin; flujo encontrado, cuando los fluidos se mueven en paralelo pero en sentido opuesto; y flujo cruzado, cuando las direcciones de flujo son mutuamente perpendiculares. Tubos para intercambiadores de calor. Estos se encuentran disponibles en varios metales, los que incluyen acero, acero inoxidable, cobre, admiralty, etc. Se pueden obtener en diferentes grosores de pared definidos con el calibrador BWG. El rea que poseen estos tubos representan el rea de transferencia de calor que posee el intercambiador. Espaciado de los tubos. Los orificios de los tubos no pueden taladrarse muy cerca uno del otro, ya que una franja demasiado estrecha de metal entre los tubos adyacentes, debilita estructuralmente el cabezal de tubos o espejo. Los tubos se colocan en arreglos ya sea triangulares o cuadrados, tal como se muestran en la siguiente figura. La ventaja del espaciado cuadrado es que los tubos son accesibles para limpieza externa y tienen pequea cada de presin cuando el fluido fluye en la direccin indicada en la figura siguiente.

Universidad Tecnolgica de Panam Facultad de Ingeniera Elctrica Ingeniera Electromecnica Proceso y equipo de combustin Corazas. Las corazas se fabrican en tuberas de acero. El dimetro vara de acuerdo a las dimensiones de diseo del equipo, del mismo modo, el grosor de las paredes de la coraza, aumentando este de acuerdo a las presiones de operacin y a las condiciones de corrosin del sistema para as aumentar la vida til del equipo. Cabezal, Espejo o Placa. Es la pieza metlica de la que se sujetan los tubos, esta debe ser de un material similar al de los tubos para evitar la corrosin galvnica y debe tener un espesor considerable para soportar las condiciones de operacin (presin, temperatura y corrosin).

Cabezal, Espejo o Placa Intercambiadores de Doble Tubo La imagen industrial de este aparato se muestra en la siguiente figura.

Las partes principales son dos juegos de tubos concntricos, dos tes conectoras, un cabezal de retorno y un codo en U. La tubera interior se soporta en la tubera exterior mediante estoperas y el fluido entra en el tubo interior a travs de una conexin roscada localizada en la parte externa del intercambiador. La tubera interior se conecta mediante una conexin en U que est generalmente expuesta y que no proporciona superficie de transferencia de calor. Cuando se arregla en dos pasos, como es el caso de la figura anterior, la unidad se llama horquilla. La longitud efectiva es la longitud en cada rama sobre la que ocurre transferencia de calor y excluye la prolongacin del tubo interior despus de la seccin de intercambio. Los intercambiadores de doble tubo generalmente se ensamblan en longitudes efectivas de 12, 15 {o 20 pies.

Universidad Tecnolgica de Panam Facultad de Ingeniera Elctrica Ingeniera Electromecnica Proceso y equipo de combustin CONEXIONES PARA INTERCAMBIADORES DE DOBLE TUBO

Intercambiadores de Tubo y Coraza La satisfaccin de muchas demandas industriales requiere el uso de un gran nmero de horquillas de doble tubo. Estas consumen considerable rea superficial as como presentan un nmero considerable de puntos en los cuales se puede hacer fugas. Cuando se requieren superficies grandes de transferencia de calor, pueden ser obtenidas por medio de equipo de tubo y coraza. Este tipo de intercambiador consiste en un haz de tubos, por donde se hace pasar una corriente de intercambio, que se introducen dentro de una coraza en cuyo interior a hace circular la otra corriente de intercambio.

Las partes esenciales son la Coraza (1), equipada con dos entradas y tiene dos cabezales de tubos o espejos (2) a ambos lados, que tambin sirven como bridas para fijar los dos carretes (3) y sus respectivas tapas (4), los deflectores transversales (5) en el lado de la coraza El equipo de tubo y coraza involucra la expansin de un tubo en un espejo, placa cabezal, y la formacin de un sello que no fuga bajo condiciones razonables de operacin. Se puede observar un claro ejemplo a continuacin.


Tambin se puede utilizar la soldadura del tubo en el cabezal segn sea los requerimientos de operacin y material de construccin del intercambiador. Intercambiadores con cabezal de tubos estacionario. Este es el tipo ms simple de intercambiador, de los cuales el mostrado en la figura es un ejemplo.

Deflectores. Aumentando la turbulencia en el lquido se aumenta el coeficiente de transferencia de calor. Para inducir esta turbulencia fuera de los tubos, es costumbre emplear deflectores que hacen que el lquido fluya a travs de la coraza en ngulo recto con el haz de tubos. Estos causa una considerable turbulencia aun cuando por la coraza fluya una cantidad pequea de lquido. Los deflectores tambin son utilizados como soporte del haz de tubos a fin de que estos no se pandeen a lo largo del intercambiador. Hay varios tipos de deflectores, los ms usados son los deflectores segmentados, los cuales son hojas de metal perforadas cuyas alturas son generalmente 75 % del dimetro interior de la coraza. Estos se conocen como deflectores de 25 % de corte.


Otros tipos de deflectores son el disco y corona y el deflector de orificio. Aun cuando algunas veces se emplean otros tipos, no son de importancia general.

Intercambiador con cabezal de tubos fijos con tapas integrales Al usar intercambiadores con cabezal de tubos fijos, es a menudo necesario tomar en cuanta la expansin trmica diferencial entre los tubos y la coraza durante la operacin, o de otra manera se desarrollarn esfuerzos trmicos a travs del espejo o cabezal de tubos. Esto puede efectuarse usando una junta de expansin junta de dilatacin en la coraza, de las cuales hay disponible un gran numero de ellas.

Intercambiador 1-2 con cabezal de tubos fijo El intercambiador en el cual el fluido de la coraza fluye en un paso por la coraza y el fluido de los tubos en dos ms pasos, es el intercambiador 1-2 . Se emplea una sola tapa con una divisin para

Universidad Tecnolgica de Panam Facultad de Ingeniera Elctrica Ingeniera Electromecnica Proceso y equipo de combustin permitir la entrada y salida del fluido de los tubos por la misma tapa. En el extremo opuesto del intercambiador est colocado un bonete o una divisin para permitir que el fluido de los tubos pase del primero al segundo paso. Como con todos los intercambiadores de cabezales fijos, la parte externa de los tubos es inaccesible para la inspeccin o limpieza mecnica. El interior de los tubos puede ser limpiado removiendo nicamente la pared del carrete y usando un limpiador rotatorio o un cepillo de alambre.

Intercambiador con haz de tubos removible En la siguiente figura se muestra un contratipo del intercambiador 1-2, que tiene el banco de tubos removible de la coraza.

Consiste en un cabezal de tubos estacionario, que se encuentra sujeto entre la brida de una tapa y la brida de la coraza. En el extremo opuesto al haz de tubos, stos se expanden en un cabezal de tubos flotantes que se mueve libremente. Al cabezal de tubos se atornilla un casquete de cabezal flotante y todo el haz de tubos puede extraerse por el extremo de la tapa. La coraza se cierra mediante una tapa. La desventaja de usar cabezal flotante es de simple geometra. Para asegurar la tapa del cabezal flotante es necesario atornillarla dentro de la coraza de los tubos, y los tornillos requieren el uso de espacio donde sera posible insertar un gran nmero de tubos. El atornillador no solo reduce el nmero de tubos, sino tambin provee de una canalizacin de flujo no deseable entre el banco de tubos y la coraza. Intercambiador de calor 1-2 de cabeza flotante y anillo seccionado Aun cuando es relativamente cara su manufactura, tiene un gran nmero de ventajas mecnicas.


Difiere del tipo cabezal de arrastre por el uso de un arreglo de anillo seccionado en el cabezal flotante de tubos y una coraza ms grande que lo cubre y acomoda. Los detalles del anillo seccionado se muestran a continuacin:

Diferentes fabricantes tambin tienen diferentes modificaciones del diseo que aqu se muestra, pero todas ellas llenan el propsito de proveer un aumento de la superficie en comparacin con el cabezal de arrastre considerando un mismo tamao de coraza. Distribucin de cabezal de tubos y numeracin de tubos Una distribucin tpica de tubos para un intercambiador de cabezal flotante de anillo dividido, se muestra en la siguiente figura:

Universidad Tecnolgica de Panam Facultad de Ingeniera Elctrica Ingeniera Electromecnica Proceso y equipo de combustin Cabeza flotante empacada Otra modificacin del intercambiador 1-2 de cabeza flotante es el intercambiador de cabeza o tapa flotante empacada, que se muestra en la siguiente figura. Este intercambiador tiene una extensin en el cabezal de tubos flotantes, que se confina mediante una empacadura. Aun cuando es enteramente satisfactorio para corazas hasta de 36 plg DI, las empacaduras mayores de esta medida no se recomiendan para presiones altas o en servicios sujetos a vibracin.

Intercambiadores con tubos en U Los intercambiadores 1-2 que se muestran a continuacin estn formados por tubos que se doblan en forma de U y se rolan despus en la tapa (espejo o cabezal de tubos).

Los tubos pueden dilatarse libremente, eliminando la necesidad del cabezal de tubos flotante, la tapa del cabezal, la brida de la coraza y la tapa removible de esta ltima. El dimetro ms pequeo al cual se puede doblar un tubo sin deformar su dimetro exterior en un doblez en U, es de tres a cuatro veces el dimetro exterior del tubo, Esto significa que es necesario omitir algunos tubos en el centro del haz, dependiendo de la distribucin. Superficies Extendidas Cuando a las superficies ordinarias de transferencia de calor se le aaden piezas adicionales de metal, estas ltimas extienden la superficie disponible para la transferencia de calor. Mientras que las superficies extendidas aumentan la transmisin total de calor, su influencia como superficie se trata de una manera diferente de la simple conduccin y conveccin.


Considere un intercambiador convencional de doble tubo cuya seccin transversal se muestra en la figura a), suponga que el fluido caliente fluye en el nulo y el fluido fro en el tubo interior en flujo turbulento. Luego suponga que al tubo interior se le sueldan aletas de metal como se muestra en la figura b). Puesto que las aletas se fijan a la superficie del tubo fro sirven para transferir calor adicional del fluido caliente al tubo interior. La superficie total disponible para la transferencia de calor no corresponde ya a la circunferencia exterior del tubo interior, sino que est aumentada por la superficie adicional en loa lados de las aletas. Si las aletas de metal no reducen el coeficiente de transferencia de calor convencional en el nulo por cambio apreciable de las lneas de flujo, se transferir ms calor del fluido caliente al fluido en el tubo interior.

Aletas transversales Se fabrican de una gran variedad de tipos y se emplean principalmente para el enfriamiento y calentamiento de gases en flujo cruzado. Las aletas helicoidales de la figura a) se clasifican como transversales y sujetan a varias formas tales como insertos, expandiendo el metal mismo para formarlas o soldando una cinta metlica en el tubo en una forma continua. Las aletas de tipo disco son tambin del tipo transversal y usualmente se sueldan al tubo o se sujetan a l mediante contraccin, como se muestra en la figura b) y c).


Las aletas de tipo espina y tipo diente o espiga, emplean conos, pirmides o cilindros que se extienden desde la superficie del tubo de manera que se pueden utilizar para flujo longitudinal o flujo cruzado.

Aletas longitudinales La aleta ms simple desde el punto de vista de su manufactura como de su diseo, es la aleta longitudinal de espesor uniforme.


Intercambiadores del Tipo de Placa Existen intercambiadores de tipo de placa en varias formas: en espiral, de placa (y armazn) de aleta con placa soldada y de aleta con placa y tubo. Intercambiadores de placa en espiral El intercambiador de placa en espiral se hace con un par de placas laminadas para proporcionar dos pasos rectangulares relativamente largos para los fluidos en flujo en contracorriente. La trayectoria continua elimina la inversin del flujo (y la cada consiguiente de la presin), las desviaciones y problemas de dilataciones. Los slidos se pueden mantener en suspensin. Se produce turbulencia con una velocidad de flujo ms baja que en el caso de los tubos rectos. El diseo en espiral es compacto si se toma en cuenta que puede proporcionar 167 m 2 (1800 pie 2 ) de superficie de transferencia de calor en una unidad de 1.4 m (56 plg) de dimetro. La espiral tiene, generalmente, una altura de 1.5 m (60 plg). Los intercambiadores se pueden disear para presiones de hasta 150 psi (10.2 atm). Los materiales de construccin incluyen el acero al carbono, acero inoxidable de los tipos 304, 316 y 430F, aleacin 20, Inconel, metal monel, nquel, Hastelloy B y C, Everdur y titanio.


Intercambiadores de placa y armazn Los intercambiadores de placa y armazn consiste en placas estndares, que sirven como superficies de transferencia de calor y un armazn para su apoyo. La cada de presin es baja y resulta imposible que haya fugas de fluidos. Las placas estndares de transferencia de calor (normalmente de acero inoxidable de los tipos 304 y 316, pero tambin de titanio, nquel, metal monel, Incoloy 825, Hastelloy C, bronce al fsforo y cupronquel tambin estn disponibles), comprimidas en una pieza simple de material de 1.3 a 6.4 mm (0.05 a 0.125 plg), tiene estras para recibir empaques de goma (elastmero). El diseo corrugado de las placas les da rigidez, fomenta la turbulencia de los fluidos y asegura la distribucin completa del flujo. Los miembros de soporte y armazn existen en acero inoxidable recubiertos acero dulce esmaltados. Las placas se pueden limpiar y reemplazar con facilidad. El rea se ajusta con facilidad mediante la adicin eliminacin de placas.


Cuando se especifica una construccin de lado del tubo de acero inoxidable o para servicios mltiples, el tipo de placa compite con el diseo tubular. Si se requiere una construccin total de acero inoxidable, el tipo de placa es menos costoso que las unidades tubulares. El lmite superior de un intercambiador de calor de placa estndar se seala que es de 650 m 2 (7000 pie 2 ) de superficie de transferencia de calor. De modo que la una mida 1.1 m (4.2 pie) de ancho por 4.2 m (13.8 pies) de longitud, por 2.8 m (3.1 pies) de altura con 400 placas. Intercambiadores de calor de aleta con soldadura fuerte Los intercambiadores de aleta y placa de aluminio se emplean en la industria de elaboracin, sobre todo en servicios por debajo de 45.6 C (-50 F) y en los procesos de separacin de gas que funcionan entre 204 y 268 C (400 y 450 F). La superficie de transferencia de calor de aleta y placa se compone de una pila de placas, cada una de las cuales consiste en una aleta corrugada entre lminas metlicas planas, selladas en los dos lados mediante canales o barras, para forma un paso para el flujo de fluido.

Universidad Tecnolgica de Panam Facultad de Ingeniera Elctrica Ingeniera Electromecnica Proceso y equipo de combustin Otros tipos de intercambiadores de calor ms especficos Intercambiadores de calor enfriados por aire Los intercambiadores de calor enfriados por aire incluyen un haz de tubos, que generalmente tienen aletas devanadas en espiral sobre los tubos y un ventilador que impulsa el aire a travs de los tubos (para impulsar el aire al interior de los tubos) y est dotado de un impulsor. Los motores elctricos son los impulsores ms comunes.

Intercambiadores de calor en espiral Los intercambiadores de calor en espiral consisten en un grupo de serpentines concntricos arrollados en espiral, por lo general conectados por mltiples ( manifolds ), sumergidos en un tanque o una coraza. Se emplean tubos con aletas para incrementar la superficie de transferencia de calor


Recipientes enchaquetados El encamisado o enchaquetado se utiliza con frecuencia para recipientes que necesitan limpieza frecuente o para los recubrimientos de vidrio que son difciles de equipar con serpentines internos. La camisa elimina la necesidad de serpentn.

Intercambiadores de Bayoneta Una bayoneta consiste en un par de tubos concntricos, estando el exterior sellado en un extremo como se muestra en la figura. Tanto el tubo exterior como el interior se sujetan de cabezales estacionarios separados y se extienden ya sea a corazas o directamente a recipientes. La superficie del tubo exterior es la principal fuente de transferencias de calor. Los intercambiadores de bayoneta

Universidad Tecnolgica de Panam Facultad de Ingeniera Elctrica Ingeniera Electromecnica Proceso y equipo de combustin se adaptan excelentemente a la condensacin de vapores tanto a vacos moderados (presiones por debajo de la presin atmosfrica) como a muy bajos.

Los calentadores de succin se instalan en tanques que se usan para el almacenaje de lquidos viscosos y semiplsticos tales como melazas, aceites lubricantes pesados, combustible y asfalto.

MANTENIMIENTO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR Los intercambiadores de calor en forma general, trabajan mediante la circulacin de fluidos a travs de su estructura, esto produce con el tiempo, debido a la operacin del equipo, obstrucciones de las zonas de flujo por corrosin de la estructura del intercambiador, descomposicin de los fluidos (aceites minerales, alimentos, etc.) por deposicin de slidos disueltos en los fluidos (incrustaciones de carbonatos, etc.), al presentarse estas caractersticas en el interior de los equipos, se producen incrustaciones en la superficie interior y exterior se los tubos segn sea el caso, generando una resistencia extra a la transferencia de calor y al paso del fluido y con esto prdidas en la eficiencia de los equipos.

Universidad Tecnolgica de Panam Facultad de Ingeniera Elctrica Ingeniera Electromecnica Proceso y equipo de combustin Mantenimiento aplicado a Intercambiadores de Calor Aun cuando la variedad de intercambiadores existentes en los mltiples procesos industriales imposibilita describir un mantenimiento especifico para todos los equipos intentaremos determinar las directrices que definen un mantenimiento efectivo en la mayora de los casos. La finalidad de un mantenimiento radica en la eliminacin de los depsitos que obstruyen o imposibilitan la correcta transferencia en los intercambiadores, estas suelen producirse por deposicin de los slidos en las paredes externas de los tubos, en las paredes internas de los tubos, as como en la superficie interna de la coraza, esto para el caso de los intercambiadores de tubo coraza, en los intercambiadores de placa esta incrustacin se presenta entre las laminas dificultando la transferencia de calor entre los fluidos, adems de ofrecer restricciones a la circulacin en estos equipos. Las tcnicas varan dependiendo del tipo de incrustacin y de la configuracin de los intercambiadores, as un intercambiador de placas fijas debe aplicarse una limpieza por intermedio de cepillos o alta presin por el interior de los tubos y por su configuracin de rea confinada para la carcaza una limpieza qumica que permita disolver por intermedio de la circulacin la mayor cantidad de slidos adheridos a la superficie. Los qumicos comnmente utilizados para la desincrustacin en reas confinadas suelen variar de acuerdo al material de construccin del equipo, as como el fluido que maneja el intercambiador, en el caso de agua o vapor, se utilizan desincrustantes que pueden contener cidos fuertes o dbiles dependiendo del material de construccin del intercambiador, por ejemplo para intercambiadores de calor construidos en acero al carbono o acero inoxidable, pueden utilizarse productos basndose en cido clorhdrico, fosfrico, ctrico u otra formulacin que permita disolver los minerales producto de las deposiciones del agua o del vapor estn presentes en el intercambiador, es importante sealar que estos productos deben ser formulados, tomando en consideracin las posibles consecuencias de la accin del qumico sobre los materiales de construccin. Para intercambiadores de haz removible o de tubera en u el proceso se simplifica bastante ya que la posibilidad de extraer el intercambiador de la coraza permite actuar directamente sobre la superficie externa e interna del tubo, as como acceso directo al interior de la coraza. El mantenimiento puede realizarse por intermedio de cepillos de alambre circulares mechas o latiguillo de alta presin en el interior de los tubos y alta presin por el lado externo de la tubera. La coraza puede limpiarse con elementos mecnicos o presin de agua. Para el caso de los intercambiadores de placa, dependiendo de su estado pueden limpiarse con qumicos desincrustantes en el caso de agua o desengrasante para el caso de aceites, en caso de encontrarse defectos en el sistema de sellos de estos equipos es recomendable sustituir las empacaduras entre placas y limpiar placa a placa con qumicos y agua a presin. Para el caso de intercambiadores de flujo cruzado se procede de forma similar con el interior de los tubos de acuerdo al acceso que posea el equipo, (tapas removibles o agujeros de limpieza) mientras que el rea de superficie extendida se limpia con agentes qumicos adecuados para el material adicionando agua de alta presin.

Universidad Tecnolgica de Panam Facultad de Ingeniera Elctrica Ingeniera Electromecnica Proceso y equipo de combustin Para equipos involucrados dentro de los procesos tales como agua helada, condensadores de gases, serpentn de inmersin y otros es importante estudiar las condiciones de proceso para establecer el mantenimiento correcto que debe aplicarse, siempre tomando en consideracin que la finalidad del mantenimiento es la de liberar de incrustaciones de las superficies de contacto de los fluidos para la optimizacin de la transferencia de calor. Implicaciones de un mal mantenimiento en intercambiadores de calor Para cualquier equipo de transferencia de calor, el hecho de que trabaje con niveles elevados de incrustaciones o con superficies totalmente obstruidas, puede resultar en paradas de proceso imprevistas, o en su defecto una drstica disminucin de las condiciones iniciales de transferencia de diseo, por lo que una poltica de mantenimiento en estos equipos redunda en beneficios ulteriores econmicos importantes. Los equipos de transferencia de calor son sensibles a las deposiciones de slidos y a las obstrucciones, dado que la superficie de los tubos y carcaza son por lo general porosas, pueden producir fuerte adherencia de slidos y posteriores socavaduras y corrosin en los materiales. Las deposiciones de agua dura producen corrosin puntual o pitting, as como abrasin de la superficie del material, otra grave consecuencia que puede presentarse en los equipos, sobre todo en los de rea confinada, o placas fijas es que los depsitos de agua dura llegan a un punto de cristalizacin que imposibilita la accin de los qumicos, produciendo perdida completa del equipo. En el caso de equipos en u las incrustaciones de agua dura dentro de los tubos pueden ser removida por mechas en la zona recta del tubo, sin embargo en las curvas esto se hace imposible, para el caso de equipos con tubera de dimetros superiores a es posible introducir un latiguillo de alta presin, aunque en la mayora de los casos los resultados no son muy satisfactorios.

TORRES DE ENFRIAMIENTO Las torres de enfriamiento tienen como finalidad enfriar una corriente de agua por vaporizacin parcial de esta con el consiguiente intercambio de calor sensible y latente de una corriente de aire seco y fro que circula por el mismo aparato. Las torres pueden ser de muchos tipos, sin embargo el enfoque se centra en un equipo de costo inicial bajo y de costo de operacin tambin reducido. Con frecuencia la armazn y el empaque interno son de madera. Es comn la impregnacin de la manera, bajo presin con fungicidas. Generalmente el entablado de los costados de la torre es de pino, polister reforzado con vidrio, o cemento de asbesto. TIPOS DE TORRES DE ENFRIAMIENTO Las torres de enfriamiento se clasifican segn la forma de suministro de aire en: Torres de circulacin natural 1. Tiro natural Torres de tiro mecnico 1. Tiro inducido

Universidad Tecnolgica de Panam Facultad de Ingeniera Elctrica Ingeniera Electromecnica Proceso y equipo de combustin 2. Tiro Forzado Otros tipos: Torres de flujo cruzado TIPOS DE TORRES DE ENFRIAMIENTO l Torres de Circulacin natural 1. Tiro natural: El flujo de aire necesario se obtiene como resultado de la diferencia de densidades, entre el aire ms fro del exterior y hmedo del interior de la torre. Utilizan chimeneas de gran altura para lograr el tiro deseado. Debido al inmenso tamao de estas torres (500 pie alto y 400 pie de dimetro), se utilizan por lo general para flujos de agua por encima de 200000 gpm Son ampliamente utilizadas en las centrales trmicas. l Torres de Tiro mecnico El agua caliente que llega a la torre puede distribuirse por boquillas aspersoras o compartimientos que dejan pasar hacia abajo el flujo de agua a travs de unos orificios. El aire usado para enfriar el agua caliente es extrado de la torre, en cualquiera de las dos formas siguientes: 1. Tiro Inducido: El aire se succiona a travs de la torre mediante un ventilador situado en la parte superior de la torre. Son las ms utilizadas. 2. Tiro forzado: El aire se fuerza por un ventilador situado en el fondo de la torre y se descarga por la parte superior. Estas torres estn sujetas particularmente a la recirculacin del aire caliente y hmedo que es descargado, dentro de la toma del ventilador, debido a la baja velocidad de descarga y que materialmente reduce la efectividad de la torre. El tiro inducido con el ventilador en la parte superior de la torre evita esto y adems permite una distribucin interna ms uniforme del aire. Torres de flujo cruzado: El aire entra a los lados de la torre fluyendo horizontalmente a travs del agua que cae. Las corrientes de aire laterales se unen en un pasaje interno y dejan la torre por el tope. Las torres de flujo cruzado requieren ms aire y tienen un costo de operacin ms bajo que las torres a contracorriente.

COMPONENTES DE LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO 1. Estructura de la torre de enfriamiento Dependiendo de la aplicacin, la estructura es fabricada en concreto armado en sitio, concreto prefabricado, madera tratada qumicamente, acero galvanizado, acero inoxidable o resina polister reforzado con fibra de vidrio (FRP) - con escaleras marinas, escaleras de rampa, barandales y accesorios. 2. Cubierta exterior de la torre de enfriamiento Las paredes exteriores, paredes de viento y particiones son fabricadas con resina polister reforzada con fibra de vidrio (FRP), madera tratada qumicamente concreto armado en sitio. 3. Boquillas distribuidoras

Universidad Tecnolgica de Panam Facultad de Ingeniera Elctrica Ingeniera Electromecnica Proceso y equipo de combustin Las boquillas distribuidoras de agua de alto rendimiento para aplicaciones variables, son fabricadas en polipropileno PP. 4. Sistema de distribucin de agua El tubo de distribucin principal (cabezal) es fabricado en acero, FRP, polipropileno PP, polietileno de alta densidad HDPE o canales de concreto, los tubos secundario de distribucin (tubos laterales ramales) son fabricados de polipropileno PP o policloruro de vinilo PVC. 5. Relleno para el enfriamiento Los paquetes de relleno tipo laminar de alto rendimiento son fabricados en polipropileno PP, polisulfuro PPS o de policloruro de vinilo PVC utilizados en agua con menores ndices de slidos en suspensin. Para agua con un alto ndice de slidos en suspensin se emplea el relleno de salpiqueo o salpique fabricados de polipropileno PP o polietileno PE, as mismo tablillas de relleno fabricados en madera, acero inoxidable, policloruro de vinilo PVC entre otros materiales especiales. 6. Eliminador de roco (DEs) Se emplean para reducir las prdidas gotas de agua por arrastre, los cuales son fabricados en paquetes de hojas corrugadas de polipropileno PP o policloruro de vinilo PVC. 7. Ventilador axial Con una presin adecuada de reserva y de alta eficiencia. las aspas de FRP o aluminio y una maza de acero se controlan la vibraciones y as mismo las aspas puedes ser ajustadas al ngulo de diseo. 8. Cilindro del ventilador para optimizar el rendimiento a travs de la recuperacin de presin, los cilindros son fabricados en FRP, concreto reforzado y prefabricado en segmentos. 9. Motor elctrico Dependiendo la aplicacin pueden ser de una o dos velocidades, tres polos y frecuencia de 60 Hz, carcaza tipo jaula de ardilla de baja y media tensin. 10. Reductor de velocidad Dos o tres etapas, ngulo recto y engranaje helicoidal; previa solicitud, estn disponibles con lnea de lubricacin la cual contiene una mirilla y llenado en el exterior, as mismo se pueden suministrar con bomba de lubricacin y diferentes tipos de accesorios opcionales. 11. Flecha de transmisin Fabricados con material de fibra de carbono de alta calidad y resistencia, con acoplamientos en fibra de carbono y acero, con guardas como protecciones.

Torres de enfriamiento de concreto Las principales caractersticas de las torres de enfriamiento de concreto se debe a que tiene una vida til de operacin muy prolongada y una excelente absorcin del ruido. Cuando se utiliza cemento de alta resistencia y recubrimientos adecuados, stas pueden ser usadas con agua de enfriamiento muy agresiva.

Universidad Tecnolgica de Panam Facultad de Ingeniera Elctrica Ingeniera Electromecnica Proceso y equipo de combustin Las siguientes variantes de construccin pueden ser posibles: y y y Construccin de concreto armado Concreto prefabricado para minimizar los tiempos de construccin Concreto mixto para construccin

Los soportes estructurales son diseados de acuerdo a los respectivos requerimientos estticos. La construccin con concreto prefabricado, las columnas son fijadas e instaladas a la base de cimentacin, los cuales conllevan las cargas y sirven de apoyo para las trabes horizontales. Las trabes horizontales externas sostienen la cubierta exterior. Dependiendo de las cargas de viento que se producen, la separacin vertical entre las trabes puede variar. En el interior, las trabes forman la estructura de apoyo para los componentes internos de la torre de enfriamiento. las partes concreto armado o prefabricado son usados en el rea superior. Las paredes exteriores pueden ser de paneles corrugados de FRP, hojas o laminas trapezoidales de aluminio o acero u otros tipos material de pendiendo la aplicacin y requerimientos. Las Plantas con torres de celdas mltiples requerirn de particiones. En estos casos, stas paredes se pueden fabricar de concreto armado o prefabricado libres de partes de asbestos, paneles de concreto con refuerzo de fibra de vidrio. Esto mismo aplica para los deflectores de viento en celdas con dos entradas de aire. Cada celda tiene un acceso en la parte superior en el piso del ventilador. Las escaleras tipo rampa, marina y pasillos facilitan el acceso al rea del ventilador, reductor de velocidad y flecha de transmisin.

Torres de enfriamiento de madera Por dcadas, gracias a su aplicacin universal, las torres de enfriamiento de madera han demostrado su eficiencia en todas las ramas de la industria. En conjunto con los accesorios de materiales adecuados, por ejemplo el agua de mar (agua salina), stas torres pueden ser usadas para estas aplicaciones sin ninguna restriccin. Las dimensiones de las torres de enfriamiento de madera de GEA estn basadas en determinada red de soportes. Un nmero de estas redes de soportes se utilizan para adaptar la torre de enfriamiento con una mayor flexibilidad en diferentes espacios requeridos. Los elementos de madera prefabricados reducen los tiempos de ensambles considerablemente en comparacin con las torres de enfriamiento de concreto. La estructura de madera, los soportes del relleno de enfriamiento, el piso del ventilador y cualquier elemento de refuerzo ser requerido de acuerdo a los estndares de cada pas, as como el rea superior, que consta de madera la cual es machihembrada o triplay tipo marino con su respectivo tratamiento qumico. Toda la madera debe cumplir con los ltimos estndares y lineamientos para el uso en la construccin de torres de enfriamiento. Despus de la transformacin de la madera para ser utilizada en las torres de enfriamiento, sta madera es sometida a un tratamiento qumico para su impregnacin por medio de un proceso de presin y vaco de acuerdo a un mtodo preservativo aprobado. Los elemento de conexin, tales como tornillos, pijas, sujetadores, etc., as como los conectores de los diagonales necesarios para absorber las cargas de viento, los cuales se disean de acuerdo con la calidad del agua en el circuito. Las paredes de viento y las particiones en el interior son de madera machihembrada impregnada con tratamiento qumico sometidas a un proceso de presin y vaco. la cubierta exterior son de paneles

Universidad Tecnolgica de Panam Facultad de Ingeniera Elctrica Ingeniera Electromecnica Proceso y equipo de combustin de resina polister reforzados con fibra de vidrio (FRP) ondulados trapezoidales. La estructura de la cubierta exterior puede ser adaptada para satisfacer una aplicacin relevante como es particularmente los requerimientos regulatorios para el control de ruidos. Torres de enfriamiento de FRP Debido a sus propiedades tcnicas y su alta resistencia a la corrosin y al desgaste, la resina polister reforzada con fibra de vidrio FRP, sustituye cada ves ms a los elementos estructurales fabricados con materiales tradicionales. Gracias a los perfiles de FRP que son objeto de dimensionamiento esttico durante la fase de planeacin, GEA ofrece una enorme flexibilidad en cuanto a las dimensiones de las celdas y la seleccin de la longitud de la torre de enfriamiento. GEA solamente utiliza perfiles de FRP que cumplan con las normas internacionales (DIN, EN, ASTM, CTI, etc.) y que hayan sido previamente certificadas por las distintas autoridades encargadas de efectuar pruebas en los materiales. Todos los componentes utilizados son resistentes a los rayos ultavioletas UV y con retardante a la flama de acuerdo con los requerimientos especficos. Dependiendo de la composicin del agua circulante, los elementos de conexin consisten en acero galvanizado con inmersin en caliente, acero inoxidable o plsticos adecuados. Es posible para satisfaccin del cliente el uso de colores especficos. Los siguientes componentes utilizados son fabricados en FRP: y Estructura elaborada con perfiles de FRP y Particiones y la cubierta exterior son de paneles de corrugados - onduladas y trapezoidales y Cilindros para ventiladores y difusores y Escalera de rampa, escalera tipo marina, barandales y plataformas de accesos y Placas para el piso del ventilador con cubierta antiderrapante Tuberas de distribucin de agua (cabezales). Generadores elctricos El generador elctrico es el equipo que transforma la energa mecnica producida por las turbinas, en energa elctrica. Podemos clasificar los generadores segn su principio de funcionamiento o segn su tipo de refrigeracin. Segn su principio de funcionamiento, los generadores pueden ser sncronos o de induccin. Segn su tipo de refrigeracin, puede tratarse de generadores refrigerados por aire, por hidrgeno, o por un sistema mixto agua-hidrgeno.

Universidad Tecnolgica de Panam Facultad de Ingeniera Elctrica Ingeniera Electromecnica Proceso y equipo de combustin Refrigeracin de los generadores Refrigeracin por aire. Siempre que tratemos de convertir energa mecnica en elctrica, o viceversa, la conversin no va a ser del 100%. En el caso de generadores, aparecern unos rozamientos que convierten parte de esa energa mecnica en calor, que ser necesario evacuar para evitar deformaciones, bloqueos, etc. Para pequeos generadores, la refrigeracin puede hacerse con aire. Pueden encontrarse dos tipo de generadores refrigerados por aire: El tipo OV(abiertos ventilados): es el ms antiguo. En l el aire pasa solo una vez por los devanados y se devuelve caliente a la atmsfera. El mayor inconveniente es la alta cantidad de impurezas que se depositan en los bobinados, por lo que se debe tener un buen sistema de depuracin de aire mediante filtros.

El tipo TEWC (Cerrados enfriados por agua refrigerada por aire): es un sistema de enfriamiento cerrado. El aire se hace re circular continuamente atreves del generador y por un intercambiador de calor, el cual cede su calor al circuito de agua de refrigeracin de la planta.


Los generadores refrigerados con aire se construyen desde 40 MVA, aunque con rendimientos menos favorables es posible construirlos de hasta 190 MVA (50Hz) y 145MVA (60Hz). Refrigeracin por hidrgeno. Las excelentes propiedades del hidrgeno como son: la baja densidad, el alto calor especfico y su conductividad trmica, lo convierten en un refrigerante excelente para las mquinas elctricas rotativas. El gas hidrgeno se distribuye en un circuito cerrado en el generador lo cual elimina el calor de sus partes activas, este calor es enfriado por intercambiadores de calor gas-agua que forman parte de la carcasa del estator.

La carcasa est hermticamente sellada para evitar fugas de gas, y los sellos de aceite estn instalados en el eje en cada extremo del estator para evitar fugas cuando el eje sale de la carcasa del estator. El generadores refrigerado por hidrogeno est completamente sellado de la atmsfera, por lo que el polvo, la humedad, la sal o productos qumicos no tienen ningn efecto en la mquina.

Los generadores refrigerados por hidrogeno se construyen desde 240 MVA hasta 530 MVA (50Hz) y 480MVA (60Hz).

Universidad Tecnolgica de Panam Facultad de Ingeniera Elctrica Ingeniera Electromecnica Proceso y equipo de combustin Refrigeracin por agua Los generadores refrigerados por agua son utilizados en grandes centrales elctricas, donde los requisitos de salida de calor exceden la capacidad de enfriamiento de los diseos de refrigeracin por aire o hidrgeno. El agua fra, des ionizada, es suministrada por un sistema auxiliar de circuito cerrado, el agua fluye a travs de hilos de cobre hueco situado en el estator, el agua caliente se vierte en el extremo de la turbina del generador. En un generador refrigerado por agua el rendimiento se ve aumentado por la optimizacin de su cadena de configuracin de barras, incluyendo hueco a slido captulo de relacin. Los generadores refrigerados por agua se construyen desde 400 MVA hasta 1540 MVA (50Hz) y 1600MVA (60Hz).

APLICACIONES DE LOS SISTEMAS DE ENFRIAMIENTOS

Universidad Tecnolgica de Panam Facultad de Ingeniera Elctrica Ingeniera Electromecnica Proceso y equipo de combustin Conclusin. En este trabajo he logrado conocer como los sistemas de refrigeracin son muy importantes en los equipos de combustin externa ya que nos permiten controlar la temperatura. Estos sistemas estn constituidos por varios componentes los cuales permiten realizar el proceso de refrigeracin, adems podemos ver los diferentes sistemas de refrigeracin ya sean como los mas conocidos como lo son los sistemas de refrigeracin por aire y por agua. Tambin logramos reconocer que tipo de mantenimiento se le dan a estos equipos ya que debido a su complejidad los mismos requieren un sistema de mantenimiento mas eficiente a la hora de realizar los mantenimientos de las mismas. Referencia bibliogrfica. y y Fundamentos de termodinmica tcnica - M.J Moran, Howard N. Shapiro Termodinmica, teora cintica y termodinmica estadstica de Sears Francis W , Salinger Gerhard L

sistemas de refrigeración para motores de combustión externa

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