Monografias | Aplicaciones Industriales de la Relación entre las Capacidades Caloríficas de un Gas y sus Procesos PolitrópicosAplicaciones Industriales de la Relación entre las Capacidades Caloríficas de un Gas y sus Procesos PolitrópicosResumen: El vapor sobrecalentado a alta presión sale de la caldera , que es un elemento del generador de vapor y entra a la turbina. El vapor se expande en la turbina y mediante esto efectúa un trabajo, lo cual hace que la turbina mueva un generador eléctrico. El vapor a baja presión sale de la turbina y entra al condensador, en donde el calor es transmitido del vapor (haciendo que se condense) al agua de enfriamiento. INDICE Planta
Simple de Vapor Conservación
de masa y Volumen de control Ciclos
de Refrigeración por Compresión de Vapor Divergencia
entre el ciclo de refrigeración real por compresión de vapor y el ciclo ideal Aplicaciones
industriales de la entalpía de combustión
La
planta separadora de aire
La
Máquina del Cohete Ciclo
Simple de Refrigeración de Compresión de Vapor
La
planta separadora de aire Bibliografía
Otras
Publicaciones del autor Autor
Ing. Iván Escalona Planta Simple de Vapor La
figura muestra un diagrama esquemático de un planta simple de vapor. El vapor
sobrecalentado a alta presión sale de la caldera , que es un elemento del
generador de vapor y entra a la turbina. El vapor se expande en la turbina y
mediante esto efectúa un trabajo, lo cual hace que la turbina mueva un
generador eléctrico. El vapor a baja presión sale de la turbina y entra al
condensador, en donde el calor es transmitido del vapor (haciendo que se
condense) al agua de enfriamiento. Debido a que se requieren cantidades muy
grandes de agua, las plantas de fuerza están situadas cerca de los ríos o los
lagos. Cuando el agua disponible es limitada, podrá utilizarse una torre de
enfriamiento. En la torres de enfriamiento, parte del agua se evapora, de tal
modo que baja la temperatura del agua remanente. La presión del condensado, al
salir del condensador, se aumenta por medio de una bomba que lo hace fluir
dentro del generador de vapor.
En
muchos generadores de vapor se utiliza un economizador. El economizador es
simplemente un cambiador de calor en el cual el calor es transmitido de los
productos de combustión al condensado, aumentando la temperatura de éste, pero
sin que se efetúa ninguna evaporación. En otras secciones del generador de
vapor se transmite el calor de los productos de combustión al agua, causando su
evaporación. La temperatura a la cual ocurre la evaporación se llama
temperatura de saturación. Entonces el vapor fluye a través de otro cambiador
de calor llamado sobrecalentador, donde la temperatura del vapor sube muy arriba
de la temperatura de saturación. ·
Industria
del plástico o
Producción
de plástico
Dispositivos
de mando para el transporte y la distribución de material para fluido,
accionamiento de válvulas y cierre de silos. o
Fabricación
de piezas de plástico
Ajuste
de los rodillos de la calandra, accionamiento de las cuchillas, dispositivos de
cierre para embutición profunda, dispositivos de soldadura y prensado, control
de avance de cintas, dispositivos de conformación, encolar, accionamiento de
dispositivos de seguridad tales como ventanas y puertas en máquinas e
instalaciones, moldeadoras, dispositivos de corte a medida. o
Fabricación
de piezas de goma
Dispositivos
de seguridad, accionamiento de mando y de trabajo para dispositivos encadenados
te transporte y de producción, dispositivos de cierre en mezcladores e
instalaciones de vulcanización, dispositivos de control. Conservación de masa y Volumen de control Un
volumen de control es un volumen en el espacio en el cual tenemos interés, para
un estudio en particular, o para un análisis. Se llama superficie de control a
la que rodea al volumen de control y es siempre una superficie cerrada. El
tamaño y la forma del volumen de control son completamente arbitrarios y están
delimitados como mejor conviene para el análisis que vaya a hacerse. La
superficie puede quedar fija o puede moverse o expandirse. Sin embargo, la
superficie debe definirse con relación aun sistema coordenado. En algunos análisis
puede ser conveniente considerar el sistema coordenado girando o en movimiento y
describir la superficie de control relativa al sistema. La
masa, así como el calor y el trabajo, pueden cruzar la superficie de control, y
la masa en el volumen de control, así como las propiedades, de esta masa, también
pueden cambiar con relación al tiempo. La
figura muestra un diagrama esquemático de un volumen de control, con transmisión
de calor, trabajo en la flecha, acumulación de masa dentro del volumen de
control y limite móvil. Consideremos
primero cómo se relacionan la ley de la conservación de masa y el volumen de
control, luego, consideremos la masa que fluye hacia adentro y hacia afuera del.
volumen de control y el incremento neto de masa dentro de dicho volumen.
Durante
un intervalo de tiempo δt hagamos que la masa δmi, entra al
volumen de control y que la masa δme salga del volumen de
control. Ahora, llamemos mt a la masa dentro del volumen de control,
al principiar el intervalo de tiempo, y m t +δt
la masa al terminar el intervalo. Entonces, por el principio de la
conservación de la masa, podemos escribir :
Una
planta de fuerza sencilla, es un ejemplo de una máquina térmica en este
sentido restringido. Cada componente en esta planta puede analizarse mediante
procesos de estado estable y de flujo estable, pero considerándolos a medida
que puedan tratarse como máquinas térmicas en donde el agua (vapor) es la
sustancia de trabajo. Una cantidad de calor QH que se transmite del cuerpo de
temperatura alta ya sea de los productos de la combustión en el hogar o de un
reactor o de un fluido secundario, que se ha calentado en el reactor. En la
figura vemos esquemáticamente que la turbina mueve a la bomba, y nos indica cuál
es el trabajo neto que se realiza durante el ciclo. La cantidad de calor QL es
cedida aun cuerpo de temperatura baja, que generalmente es el agua de
enfriamiento del condensador; de esta manera, la planta de fuerza de vapor
sencilla es una máquina térmica en el sentido estricto de la palabra, porque
tiene una sustancia de trabajo a
la cual y de la cual se transmite calor y que ejecuta una cierta cantidad de
trabajo cuando está sujeta a un ciclo.
Otro
ejemplo de máquina térmica es el sistema de generación de potencia termoeléctrica
,donde se transmite calor de un cuerpo de alta temperatura ala unión caliente
(QH) y se transmite calor de la unión fría al medio circundante (QL) .El
trabajo es realizado en forma de energía eléctrica; debido a que no hay
sustancia de trabajo, no pensamos generalmente, que este sistema opere bajo un
ciclo; sin embargo, si adoptamos un punto de vista microscópico, podríamos
pensar como tal, al flujo de electrones.
Además,
como en el caso de la planta de fuerza de vapor, los estados en cada punto en el
generador termoeléctrico de potencia, no cambian con el tiempo bajo condiciones
de estado estable. El
ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor se ve en la figura que
sigue, en el ciclo 1-2-3-4-1. Entra vapor saturado a baja presión al compresor
y sufre una compresión reversible y adiabática, 1-2. El calor es cedido a
presión constante en el proceso 2-3, y la sustancia de trabajo sale del
condensador como líquido saturado. Sigue un proceso adiabático de
estrangulamiento durante 3-4, luego, la sustancia de trabajo se evapora a presión
constante durante 4-1, lo cual completa el ciclo. La
similitud entre este ciclo y el ciclo Rankine es evidente, ya que se trata del
mismo ciclo, pero invertido, excepto que una válvula de expansión reemplaza a
la bomba. Este proceso de estrangulamiento es irreversible, mientras que el
proceso de bombeo del ciclo Rankine es reversible. La divergencia de este ciclo
ideal, con el ciclo de Carnot 1'-2'-3-4'-1' es notoria en el diagrama T - s. La
razón de la divergencia es que es mucho más conveniente tener un compresor que
opere sólo vapor y no una mezcla de líquido y de vapor, como sería necesario
durante el proceso 1'-2' del ciclo de Carnot. Es
virtualmente imposible comprimir (en una relación razonable) una mezcla tal,
como la representada por el estado l' , y mantener el equilibrio entre el líquido
y el vapor, porque ahí debe haber un calor y una masa transferida a través de
los límites de fase. Es mucho más sencillo que el proceso de expansión tenga
lugar irreversiblemente en una válvula de expansión, que lo haga en un
dispositivo de expansión, que reciba líquido saturado, y descarga una mezcla
de líquido y de vapor, como se necesitaría en el proceso 3-4'.
Por
estas razones el ciclo ideal de refrigeración .por compresión de vapor es el
indicado en la figura anterior como el ciclo 1-2-3-4-1. El
ciclo de refrigeración real diverge del ciclo ideal, en primer lugar debido al
descenso de presión asociada con el flujo del fluido y la transmisión de
calor, a, o del medio circundante. El ciclo real puede representarse
aproximadamente como el indicado en la figura siguiente. El
vapor que entra al compresor, será probablemente sobrecalentado. Durante el
proceso de compresión hay irreversibilidades y transmisión de calor, a, o del
medio circundante, dependiendo de la temperatura del refrigerante y del medio
exterior. Por lo tanto, la entropía podría aumentar o disminuir durante este
proceso; la irreversibilidad y la transmisión de calor al refrigerante
ocasionan un incremento en la entropía y el calor transmitido del refrigerante
ocasiona una disminución en la entropía. Estas dos posibilidades están
representadas por las dos líneas punteadas 1-2 y 1-2'. La presión del líquido
que sale del condensador será menor que la presión del vapor que entra y la
temperatura del refrigerante en el condensador será algo superior que del medio
exterior, a la cual el calor se transmite entonces. Generalmente la temperatura
del líquido que sale del condensador es más baja que la temperatura de
saturación y baja algo más en la tubería entre el condensador y la válvula
de expansión; esto representa, sin embargo, un beneficio, ya que como resultado
de esta transmisión de calor, el refrigerante entra al evaporador con una
entalpía baja y esto permite mayor transmisión de calor al refrigerante en el
evaporador .
Frecuentemente
es necesario disponer de una fuente de aire seco, a mantener bajo presión los
cables telefónicos u otras instalaciones semejantes. La figura
muestra en esquema un dispositivo para proveer de aire seco. El aire es
comprimido a 11.6 kg f/cm2, enfriado a 21.l °C en un enfriador y en cambiador
de calor a contra flujo. Finalmente es enfriado a 1.67 °C por trasmisión de
calor al refrigerante en el evaporador del ciclo de refrigeración. El agua
condensada en estos procesos, es separada del aire y sale por un eyector automático.
La mezcla aire-vapor de agua remanente se usa como medio enfriamiento en el
cambiador de calor y su presión reducida a 1.76 kgf/cm2, a ser usada en la
aplicación programada.
Aplicaciones industriales de la entalpia de
combustión La Planta Separadora de Aire Un
proceso de gran significado industrial es la planta separadora de aire en el
cual éste es separado en sus componentes. El oxígeno, nitrógeno, argón y
gases raros se usan ampliamente en varias aplicaciones industriales, de
investigación, de pruebas especiales y de bienes de consumo. La planta
separadora de aire puede considerarse como un ejemplo de dos grande campos: la
industria de procesos químicos y el campo de criogénica. La
refrigeración básica en el proceso de licuefacción es proporcionada por
procedimientos diferentes. Uno consiste en la expansión del aire en un máquina.
Durante este proceso, el aire produce trabajo y, como resultado, se reduce la
temperatura. El otro procedimiento consiste en pasar el aire por una válvula de
estrangulamiento, proyectada y situada para que haya un descenso substancial en
su temperatura. El
aire seco a alta presión entra aun cambiador de calor. La temperatura desciende
su paso por el cambiador. En un punto intermedio del cambiador, parte del
aire es extraído para que fluya a través de la máquina de expansión. El aire
remanente pasa por el resto del cambiador de calor a través de la válvula de
estrangulamiento. La dos corrientes vuelven a juntarse a una presión de 5 a 10
atmósferas y entran a una columna de destilación llamada
la columna de alta presión. La función de la columna de destilación es
separar el aire en sus varios componentes, principalmente el oxígeno y nitrógeno.
Dos corrientes de composiciones diferentes fluyen de la columna de alta presión
a la columna superior, pasado por las válvula de estrangulamiento. Una de ellas
es líquido abundante de oxígeno que sale del fondo de la columna más baja, y
la otra corriente, abundante en nitrógeno, fluye a través del subenfriador. La
separación se completa en la columna superior. La Máquina de Cohete El
advenimiento de proyectiles y satélites ha traído a un lugar preponderante la
máquina del cohete como una planta de energía propulsora. Las máquinas de los
cohetes pueden clasificarse como de propelente líquido, o bien, de propelente sólido,
según el combustible utilizado. Este ha sido usado con mucho éxito en impulso
inicial de aviones ayudados en propulsión a chorro, en proyectiles militares y
en vehículos espaciales. Estos cohetes son más simples, tanto en el equipo básico
requerido para su operación, como en los problemas que lógicamente lleva
involucrado su uso para el servicio militar. Algunas
plantas de fuerzas tales como la planta de vapor simple que hemos considerado
muchas veces, operan en un ciclo; esto es, la sustancia de trabajo sufre una
serie de procesos y finalmente regresa a su estado inicial. En otras plantas de
fuerza como las máquinas de combustión interna y las turbinas de gas, la
substancias de trabajo, no es sometida a una ciclo.
Ciclo Simple de Refrigeración de Compresión
de Vapor El
refrigerante entra al compresor como un vapor ligeramente sobrecalentado a baja
presión. Sale del compresor y entra al condensador como vapor a presión
ligeramente elevada; Allí se condensa como resultado de la transmisión de
calor al agua de enfriamiento o al ambiente exterior. El refrigerante entonces
sale del condensador como líquido a alta presión. La presión del líquido
decrece al fluir a través de la válvula de expansión y, como resultado, parte
del líquido inmediatamente se vuelve vapor. El líquido restante, ahora a presión
baja, se evapora en el evaporador como resultado de la transmisión de calor del
espacio refrigerado. Entonces, este vapor entra al compresor. La
Planta Separadora de Aire Un
proceso de gran significado industrial es la planta separadora de aire en el
cual éste es separado en sus componentes.
El oxígeno, nitrógeno, argón y gases raros se usan ampliamente en varias
aplicaciones industriales, de investigación, de pruebas especiales y de bienes
de consumo. La planta separadora de aire puede considerarse como un ejemplo de
dos grande campos: la industria de procesos químicos y el campo de criogénica. La
refrigeración básica en el proceso de licuefacción es proporcionada por
procedimientos diferentes. Uno consiste en la expansión del aire en un máquina.
Durante este proceso, el aire produce trabajo y, como resultado, se reduce la
temperatura. El otro procedimiento consiste en pasar el aire por una válvula de
estrangulamiento, proyectada y situada para que haya un descenso substancial en
su temperatura. El
aire seco a alta presión entra aun cambiador de calor. La temperatura desciende su paso por el cambiador. En un punto intermedio del
cambiador, parte del aire es extraído para que fluya a través de la máquina
de expansión. El aire remanente pasa por el resto del cambiador de calor a través
de la válvula de estrangulamiento. La dos corrientes vuelven a juntarse a una
presión de 5 a 10 atmósferas y entran a una columna de destilación llamada
la columna de alta presión. La función de la columna de destilación es
separar el aire en sus varios componentes, principalmente el oxígeno y nitrógeno.
Dos corrientes de composiciones diferentes fluyen de la columna de alta presión
a la columna superior, pasado por las válvula de estrangulamiento. Una de ellas
es líquido abundante de oxígeno que sale del fondo de la columna más baja, y
la otra corriente, abundante en nitrógeno, fluye a través del subenfriador. La
separación se completa en la columna superior.
Bibliografía Garzón
G. Guillermo, “Fundamentos de Química
General”, Segunda Edición, Editorial: Mc Graw Hill,
México D.F., 1986, Pag: 244 - 245 GORDON
J. VAN WYLEN Y RICHARD E. SONNTAG “Fundamentos de TERMODINÁMICA”, Primera
Edición, Editorial: Limusa, S.A. México,1967. Páginas: 39-41, 125-126,
200-201. MARON
Y PRUTTON, “Fundamentos de FISICOQUÍMICA”, Editorial: Noriega – Limusa, México,
D.F., 1990 Páginas: 237-238,239-243, 245.252-253. Whittaker
Roland M, “Química General” Editorial:
C.E.C.S.A., México, D.F., 1984, Página: 150 - 151 La siguiente tabla muestra los
trabajos publicados por el Ingenierio Ivan Escalona para quien este interesado
en consultar los diversos temas y bajar los trabajos, comentarios al correo: ivan_escalona@hotmail.com Ing.
Iván Escalona Consultor
Logística, Teléfono Movil: 044 55
18 25 40 61 (México) Ingeniero
Industrial resnick_halliday@yahoo.com.mx,
ivan_escalona@hotmail.com Nota:
Si deseas agregar un comentario o si tienes alguna duda o queja sobre algún(os)
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Sociales y Administrativas (U.P.I.I.C.S.A.) del Instituto Politécnico
Nacional (I.P.N.) -
Centro Escolar Patoyac, (Incorporado a la UNAM) Origen:
México Compartir Publicación enviada por Ing. Iván Escalona Moreno Contactar mailto:ivan_escalona@hotmail.com, resnick_halliday@yahoo.com.mx, la_polla_records_emi@yahoo.com.mx Código ISPN de la Publicación EEFyVykElFWrOnMRlM Publicado Friday 6 de January de 2006 Ultimas Publicaciones en ilustrados.com
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