Antologia Sistemas Termicos.

CAPITULO VI: CICLOS DE GAS.

6.1 CICLO DE BRAYTON IDEAL. Para facilitar el estudio de los ciclos se optó por crear el llamado ciclo ideal, en el cual se eliminan todas esas complicaciones y retrasos para tomar decisiones, que no arrojan resultados extremadamente exactos pero los márgenes de error son insignificantes, acercándonos muchos a los valores reales, así pues, estos valores se alejan de la realidad pero en una manera muy moderada. Se puede afirmar que difieren pero se encuentran aproximadamente en el mismo rango Los ciclos ideales son internamente reversibles pero, a diferencia del ciclo de Carnot, no es necesario que sean extremadamente reversibles. Es decir, pueden incluir irreversibilidades externas al sistema como la transferencia de calor debida a una diferencia de temperatura finita. Entonces, la eficiencia térmica de un ciclo ideal, por lo general, es menor que la de un ciclo totalmente reversible que opere entre los límites de temperatura. Sin embargo, aún es considerablemente más alta que la eficiencia térmica de un ciclo real debido a las idealizaciones empleadas. Las idealizaciones y simplificaciones empleadas en los análisis de los ciclos de potencia, por lo común pueden resumirse del modo siguiente: 

El ciclo no implica ninguna fricción. Por lo tanto el fluido de trabajo no experimenta ninguna reducción de presión cuando fluye en tuberías o dispositivos como los intercambiadores de calor.



Todos los procesos de compresión y expansión se dan en el modo de cuasi equilibrio

La mayor parte de los dispositivos que producen potencia operan en ciclos, y el estudio de los ciclos de potencia es una parte interesante e importante de la termodinámica. Los ciclos que se efectúan en dispositivos reales son difíciles de examinar porque hay demasiadas variaciones y detalles que se tienen que tomar en cuenta al mismo tiempo y se complica demasiado el entorno

6.2 BRAYTON CICLO REAL.

El ciclo Brayton es la aproximación del ciclo de aire estándar ideal para los motores de turbinas de gas. Este ciclo difiere de los ciclos Otto y Diesel en que los procesos que componen el ciclo ocurren en sistemas abiertos o volúmenes de control. Por lo tanto, un sistema abierto, el análisis de flujo estable es usado para determinar la transferencia de calor y trabajo para el ciclo. En la realidad el ciclo Brayton es un ciclo real o abierto como se puede observar en la siguiente figura: Se dice que el ciclo de Brayton es abierto puesto que los fluidos de entrada a la salida son expulsados en forma de gases por tanto, no es un ciclo cerrado pero para fines de cálculos se puede simular como un sistema cerrado, como se muestra en la figura:

El orden del ciclo ocurre de la siguiente manera: 1 – 2 compresión isentropica (en un compresor) 2 – 3 adición de calor a presión constante 3 – 4 expansión isentropica (en una turbina) 4 – 1 rechazo de calor a presión constante

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6.3 TURBINA DE GAS.

Las turbinas a gas son máquinas térmicas rotativas de combustión interna a flujo continuo como se ve en la figura:

El objetivo de ésta máquina térmica es convertir energía calórica contenida en el combustible utilizado en energía mecánica (trabajo mecánico) en el eje de la misma la máquina está compuesta de los siguientes elementos: 1. Un compresor de flujo axial 2. Una o varias cámaras de combustión (según el fabricante) 3. La turbina a gas 4. Sistemas auxiliares para su operación: a) Sistemas de lubricación b) Sistema de alimentación de combustible c) Sistema de regulación de velocidad d) Sistema de puesta en marcha y parada

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e) Sistemas de protección de máquina f) Sistema de acoplamiento hidráulico g) Sistema de virado (virador)

5. Motor de lanzamiento (motor Diesel, o motor eléctrico). La máquina acciona una carga la cual se encuentra montada en el eje de la misma. La carga podrá ser de diversos tipos, tales como: un generador eléctrico, una bomba de gran potencia, un compresor, un soplante de aire, la hélice de un navío,..., etc. Según el tipo de carga de que se trate podrá existir una caja reductora de velocidad entre la máquina y la carga, caso de que la carga sea un generador eléctrico

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6.4 CICLO DE BRAYTON CON REGENERACIÓN.

Para el ciclo Brayton regenerativo, la temperatura de salida de la turbina es mayor que la salida del compresor. Por lo tanto, un intercambiador de calor puede ser colocado entre la salida de los gases calientes de la turbina y la salida de los gases fríos que salen del compresor. Este intercambiador de calor es conocido como regenerador o recuperador. La regeneración conviene solo cuando la relación de presión en la expansión es baja, ya que de esta manera se puede asegurar que el calor máximo estará dado por la corriente que en un ciclo simple se desprende hacia el ambiente, este calor máximo se aprovecha para precalentar el aire que va a entrar a la cámara de combustión, significando esto un ahorro energético significativo. Para el caso contario, es decir, relación de presiones altas, este calor será muy bajo, pues saldrá a temperatura muy baja, producto de la expansión excesiva, perdiéndose este calor al ambiente, sin poder aprovecharlo.

Definiremos la efectividad del regenerador €reg como el índice del calor transferido a los gases del compresor en el regenerador, a la transferencia de calor máximo posible a los gases del compresor, esto es:

5

Para gases ideales usando las asunciones de aire frio estándar con calores específicos constantes, la efectividad del regenerador se convierte en:

Asumiendo un regenerador ideal €regen = 1 y calores específicos constantes, se pueden decir que todo el calor de la corriente superior se transfiere hacia la corriente inferior, pero esto nunca ocurrirá en la realidad, son aproximaciones que se asumen cuando no contamos con datos suficientes para resolver el problema, esto más que todo se hace cuando no nos suministran el valor de la eficiencia del regenerador. La eficiencia tiende a aumentar con la regeneración como se muestra en la gráfica:

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6. CICLO DE BRAYTON CON INTERENFRIAMIENTO.

Cuando se emplea la compresión en múltiples etapas, enfriar el fluido de trabajo entre etapas reduce la cantidad de trabajo requerido por el compresor. El trabajo del compresor es reducido porque el enfriamiento del fluido de trabajo reduce el volumen específico promedio del fluido y por tanto reduce la cantidad de trabajo en el fluido para alcanzar el aumento de presión. El interenfriamiento es casi siempre utilizado con regeneración. Durante el interenfriamiento la temperatura de la salida del compresor es reducida, en consecuencia, más calor debe ser suplido en el proceso de adición de calor para alcanzar la temperatura máxima del ciclo.

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6.6 CICLO DE BRAYTON CON RECALENTAMIENTO.

Cuando se emplea expansión multietapa a través de dos turbinas, el recalentamiento entre etapas aumentara el trabajo neto hecho. La presión intermedia óptima para recalentamiento es aquella que maximiza el trabajo de la turbina. Esto es P3/P4 = P5/P6 Además bajo condiciones de recalentamiento ideal también T3 = T5 Bajo estas condiciones óptimas se logra obtener el máximo trabajo del ciclo, y se puede aplicar la siguiente ecuación:

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6.7 EFICIENCIA DEL CICLO DE GAS.

Se puede decir que antes del año 1940 todas las máquinas térmicas de combustión interna eran del tipo alternativo: émbolo, biela y cigüeñal. Recién, hacia el año 1940, al lograrse la fabricación de compresores rotativos de alto rendimiento, conjuntamente con los progresos realizados en el campo de la metalurgia, que permitieron la fabricación de aceros refractarios capaces de resistir altas temperaturas, se posibilitó el desarrollo de las turbinas a gas. Fue durante la guerra de 1939 a 1945 que la turbina a gas alcanzó su máxima difusión y desarrollo tecnológico. En el año 1873 GEORGE BRAYTON (1830 – 1892) expuso el principio de funcionamiento del ciclo que lleva su nombre que originariamente se desarrolló empleando una máquina de pistones con inyección de combustible, para luego realizarlo como ciclo abierto simple llamado turbina a gas.

Si bien se le llama ciclo termodinámico, en realidad el fluido de trabajo no realiza un ciclo completo dado que el fluido que ingresa es aire y el que egresa son gases de combustión, o sea en un estado diferente al que se tenía cuando se inició el proceso, por eso se dice que es un “ciclo abierto”.

Las turbinas a gas son máquinas térmicas rotativas de combustión interna a flujo continuo cuyo esquema se representa en la Fig. 1.

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6.7.1 Parámetros termodinámicos de funcionamiento.

A continuación se indican los valores reales aproximados de funcionamiento de una turbina a gas ciclo simple.

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CAPITULO VII: MOTORES DE COMBUSTION INTERNA 7.1 CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA.

Un motor es el mecanismo o conjunto de mecanismos que producen energía mecánica a partir de otra forma de energía. Esta otra forma de energía es calorífica el motor es térmico, si es hidráulica entonces el motor es hidráulico, si es eléctrico entonces el motor es eléctrico. Los motores de automóviles convencionales son térmicos, es decir transforman la energía calorífica en energía mecánica. Esta clasificación de los motores se refiere a tipos de motores de automoción, es decir, para motores utilizados en el servicio de vehículos. Los motores los podemos clasificar en dos tipos: 1) motores de combustión Interna: Los motores de combustión interna son aquellos motores en los que la combustión se realiza dentro o en el interior de una cámara de combustión esta es totalmente cerrada y se le aporta combustible para ser quemado. Aquí podemos encontrar los motores de los camiones y automóviles. 2) motores de combustión externa: En esto la combustión se realiza de forma externa es decir fuera del motor como tal, la producción de energía calorífica se da en un sistema y luego pasa a otro sistema para realizar la transformación de esta. Un ejemplo de esta son las antiguas locomotoras de vapor.

Clasificación De Los Motores De Combustión Interna. La clasificación que se la da a los motores es variada y va según el tipo de combustible que emplea, el número de cilindros que utiliza, el número de carreras por ciclo, la disposición interna de sus elementos, etc. En resumidas cuentas estos se clasifican según las características constructivas y de funcionamiento.

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Clasificación Según El Tipo De Combustible Empleado: Los combustibles los podemos encontrar en tres estados de materia. 1) Sólidos 2) Líquidos 3) Gaseosos Un ejemplo claro de combustibles sólidos podemos encontrar el carbón mineral, es un combustible empleado en muchas generadoras de eléctricas en el mundo, estas generadoras se encargan de fabricar energía eléctrica, por decirlo así, para que luego esta llegue hasta nuestros hogares. En combustibles líquidos encontramos la gasolina, el gasoil comúnmente conocido como Diésel. Los Motores a Gasolina. Son aquellos en donde la mezcla de combustible y aires e realiza fuera de la cámara de combustión por medio de un dispositivo que va integrado al motor llamado carburador. Después dicha mezcla entra a la cámara de combustión, donde es comprimida por un pistón y es finalmente encendida por medio de una chispa que la proporciona un elemento llamado bujía. Los Motores Diésel. En estos la mezcla de aire y combustibles e realiza dentro de la misma cámara de combustión. Primero ingresa a esta el aire que luego es comprimido y después es inyectado el combustible finamente pulverizado casi para cuando el pistón se encuentra en el punto muerto superior, por lo tanto, este es calentado sin necesidad de chispa realizándose la combustión del combustible.

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Para combustibles gaseosos encontramos el gas natural, el hidrógeno en la cual ya hay muchas investigaciones tendientes a vehículos propulsados por este tipo de combustible en investigación y desarrollo de la pila de hidrógeno.

Clasificación según el número de carreras del pistón por ciclo: Las clasificación que existen por el número de carreras es la siguiente encontramos si ocurre un ciclo por vuelta este es llamado como motor de dos tiempos O si encontramos que este mismo ciclo es completado ya no en un sino en dos vueltas este se denomina como motor de cuatro tiempos. Es característico para la clasificación de dos tiempos encontrar que para motores de dos tiempos Diésel son utilizados para motores que son utilizados para navegación de hasta 50000 C.V. y con revoluciones de 100 a 150 r.p.m. Y este mismo tipo de motores en gasolina son utilizados en disposiciones pequeñas es decir para motobombas, guadañadoras, motocicletas de hasta 250 c.c. Clasificación Según El Número De Cilindros. Esta clasificaron solo obedece al número de cilindros el cual consta o compone el motor entonces: Para un motor de un cilindro se llamara monocilindro, estos los encontramos en las motocicletas. Para un motor de dos o más cilindros este tomara el nombre de policilindros. Estos son los mayormente utilizados en automóviles y camiones y los encontramos en disposiciones de cuatro, seis, ocho y doce cilindros.

Clasificación Según La Disposición De Los Cilindros:

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La disposición de los cilindros está referida a la forma del bloque con respecto al eje del cigüeñal. Por lo general encontramos disposiciones en línea, en V, Horizontales opuestos o también llamados bóxer, en w o con filas paralelas de cilindros estos dos últimos son disposiciones muy raras.

Clasificación Según El Número De Válvulas Por Cilindro: Existen motores en los cuales encontramos 2, 3, 4 e incluso más válvulas por cilindro. Las más comunes son los motores de 2 y 4 válvulas por cilindro.

Clasificación Según El Sistema De Alimentación De Aire: Encontramos en este tipo de clasificación motores de aspiración natural o atmosférica y también motores con turbocompresor o compresor volumétrico, es decir, son motores sobrealimentados.

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7.2 MOTOR OTTO.

El motor de explosión ciclo Otto, cuyo nombre proviene del técnico alemán que lo desarrolló, Nikolaus August Otto, es el motor convencional de gasolina, aunque también se lo conoce como motor de ciclo Beau de Rochas debido al inventor francés que lo patentó en 1862. El motor convencional del tipo Otto es de cuatro tiempos (4T), aunque en fuera borda y vehículos de dos ruedas hasta una cierta cilindrada se utilizó mucho el motor de dos tiempos (2T). El rendimiento térmico de los motores Otto modernos se ve limitado por varios factores, entre otros la pérdida de energía por la fricción y la refrigeración. Funcionamiento. Este motor es el más empleado en la actualidad, y mecánica fácilmente utilizable en cuatro fases, durante las cueles un pistón que se desplaza en el interior de un cilindro efectúa cuatro desplazamientos o carreras alternativas y, gracias a un sistema biela – manivela , transforma el movimiento lineal del pistón en movimiento de rotación del árbol cigüeñal, realizando este dos vueltas completas en cada ciclo de funcionamiento. Sistema de distribución, sincronizando con el movimiento La entrada y la salida de gases

en el cilindro son controladas por dos válvulas Actuadas en la cámara de

combustión, las cuales su apertura y cierre la realizan por el denominado sistema de distribución, sincronizado con el movimiento de giro del árbol. El funcionamiento teórico de este tipo de motor, durante sus cuatro fases o tiempos de trabajo, es el siguiente:

Primer tiempo: Admisión

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Durante este tiempo el piston se desplaza desde el punto muerto superior (PSM) al punto muerto inferior (PMI) y efectua su primera carrera o dezplazamiento el cigüeñal realiza un giro de 180ᵒ. Cuando comienza esta fase se supone que instantaneamente se abre la valvula de admision y mientras se realiza este recorrido, la valvula abierta y, devido a la depresion o vacio

de admision

permanece

interno que crea el piston

en su

dezplazamiento, que pasa atraves del espacio libre que deja la valvula de aspiracion para llenar, en teoria, la totalidad del cilndro. El recorrido c que efectua el piston entre el PMS y el PMI definido como carrera, mulplicada por la superficie S del piston determina el volumen o cilindrada unitaria del motor V1 - V2 y corresponde al volumen de mezcla teorica aspirada durante la damision.

Se supone que la valvula de admision se abre instantaneamente al comienzo de la carrera y que se cierra tambien , de forma instantanea , al final de dicho recorrido. Total girado por el cigüeñal 180ᵒ. Segundo el tiempo: compresion. En este tiempo el piston segunda carrera

efectua

y sedezplaza

su

desde el

punto muerto inferior (PMI) al punto muerto superior (PMS).durante este recorrido

la

muñequilla del cigüeñal efectua otro giro de 180ᵒ.

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Durante esta fase las valvulas permanecen cerradas . el piston comprime la mezcla, la cual queda alojada en el volumen de la camara de combustion, tambien llamadas de compresion , situadas por encima del PMS, ocupando un volumen V2 . Tercer tiempo: trabajo. Cuando el piston llega al final de la compresion, entre los electrodos de una bujia, salta una chispa electrica

en el interior de la camara

de

combustion que produce la ignicion de la mezcla, con lo cual

se origina

la inflamacion

y

combustion de la misma. Durante este proceso se libera la energia calarifica del combustible, lo que produce una elvada temperatura en el interior del cilindro, con lo que la enregia cinetica de las moleculas aumenta considerable y, al chocar esta contra la cabeza del piston, geeran la fuerza de empuje que hace que el piston se dezplace hacia el P.M.I. Durante esta carrera, que esla unica que realiza trabajo. Se produce la buscada transformacion de energia. La presion baja rapidamente por efecto del aumento de volumen y disminuye la temperatura interna debido a la expansion . Al llegar el piston al PMI se supone que instantaneamente se abre la valvula de escape. Total girado por el cigüeñal 540ᵒ. Cuarto tiempo: escape En este tiempo el piston realiza su cuarta carrera o dezplazamiento desde el PMI al PMS. Y el cigüeñal gira otros 180ᵒ

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Durante este recorrido del piston, la valula de escape permanece abierta. Atraves de ella , los gases

quemados procdentes de la combustion salen al a atmosfera, al

principio en “estampida” por estar a elevada presion en el interior del cilindro, y el resto empujado por el piston en su dezplazamiento hacia el PMS. Cuando el piston llega al PMS se supone que instantaneamente se cierra la valvula de escape y simultaneamente se abre la valvula de admision. Total girado por el cigüeñal 720ᵒ. el conjunto de las fases de funcionamiento de un motor se represente en la figura siguiente:

El ciclo Otto teorico representado graficamente en un diagrama P – V, se puede considerar ejecuntado según las transformaciones termodinamicas que se presentan acontinuacion: 0-1.- Admision (isobara): se supone que la circulacion de los gases desde la atmosfera al interior del cilindro serealiza sin razonamiento, con lo que no hay pedida de carga y por tanto, la presion en el interior del cilindro durante toda esta carrera se mantiene constante e igual ala atmosferica. 1-2.- Compresion (Adiabatica): se supone que como se realiza muy rapidamente , el fluido operante no intercambia calor con el medio exterior, por lo que la transformacion puede ser considerada a calor constante. 2-3.-combustion (Isocora): se supone que salta la chispa

y se produce

una

combustion instantanea del combustible, produciendo una cantida de calor Q1. Al ser

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tan rapida se puede suponer que el piston no se hadezplazado, por lo que el volumen durante la transformacion se mantiene constante. 3-4.- trabajo (adiabatico): se supone que devido a la rapidez de giro del motor los gases quemados no tienene tiempo para intercambiar calor con el medio exterior, por lo que se puede considerar que sufre una transformacion a calor constante. 4-1.- primera fase de escape (Isocora): se supone una apertura instantanea

de la

valvula de escape, lo que genera una salida tan subita de gases del interior del cilindro

y una perdida de calor Q2 que permite considerar una transformacion

a

volumen constante. 1-0.- segunda fase

del escape (Isobara): El piston al desplazarse

hacia el PMS

provoca la expulsion de gases remanentes en el interior del cilindro, y supone que los gases quemados no ofrecen resistencia alguna para salir a la atmosfera , por lo que la presion en el interior del cilindrose mantiena constante e igual a la atmosferica.

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7.3 MOTOR DIÉSEL.

motor diésel es un motor térmico que tiene combustión interna alternativo que se produce por el auto encendido del combustible debido a altas temperaturas derivadas de la compresión del aire en el interior del cilindro, según el principio del ciclo del diésel. Se diferencia del motor de gasolina. El motor diésel fue inventado en el año 1893, por el ingeniero Rudolf Diésel. De origen francés, aunque de familia alemana, fue empleado de la firma MAN, que por aquellos años ya estaba en la producción de motores y vehículos de carga. Rudolf Diésel estudiaba los motores de alto rendimiento térmico, con el uso de combustibles alternativos en los motores de combustión interna. Su invento le costó muy caro, por culpa de un accidente que le provocó lesiones a él y a sus colaboradores y que casi le costó la vida porque uno de sus motores experimentales explotó. Durante años Diésel trabajó para poder utilizar otros combustibles diferentes a la gasolina, basados en principios de los motores de compresión sin ignición por chispa, cuyos orígenes se remontan a la máquina de vapor y que poseen una mayor prestación. Así fue como a finales del siglo XIX, en el año 1897, MAN produjo el primer motor conforme los estudios de Rudolf Diesel, encontrando para su funcionamiento, un combustible poco volátil, que por aquellos años era muy utilizado, el aceite liviano, más conocido como fuel oil que se utilizaba para alumbrar las lámparas de la calle. Funcionamiento: El motor Diesel de cuatro tiempos tienen una estructura semejante a los motores de explosion, salvo ciertas caracteristicas particulares . el piston desarrolla cuatro carreras alternativas mientras el cigüeñal gira 720ᵒ. Como el motor de ciclo de otto realiza el llenado y evacuaciones de gases a traves de dos valvulas situadas en la culata,

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cuyo movimiento de apertura y cierre esta sincronizado con el cigüeñal a travez del sistema de distribucion por el arbol de levas.

El funcionamiento de este motor durante su ciclo es el siguiente:  Primer tiempo: Admision. En este primer tiempo el piston efectua su primera carrera o dezplazamiento desde el PMS al PMI, aspirando solo aire de la atmosfera , debidamente purificado a traves del filtro . el aire pasa por el colector y la valvula de admision, que se supone se abre instantaneamente y que permanece abierta, con objeto de llenar todo el volumen del cilindro. durante este tiempo, la muñaquilla del cigüeñal gira 180ᵒ. Al llegar PMI se suponenq ue la valvula de admision se cierra instantaneamente.

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 Segundo tiempo: Compresión. En este segundo tiempo y con las dos válvulas completamente cerradas el pistón comprime el aire a gran presión , quedando solo aire alojado en a la cámara de combustión . La muñequilla del cigüeñal gira otros 180ᵒ y completa la primera vuelta del árbol del motor. La presión alcanzada en el interior de la cámara de combustión mantiene la temperatura del aire por encima de los 600 ᵒc, superior al punto de inflamación del combustible , para lo cual la relación de compresión tiene que ser del orden de 22.

 Tercer tiempo: trabajo. Al final de la compresión con el pistón en el PMS se inyecta el combustible en el interior del cilindro, en una cantidad que es regulada por la bomba de inyección. Como la presión en el interior del cilindro es muy elevada para que el combustible pueda pueda entrar la inyección debe realizarse a una presión muy superior, entre 150 y 300 atmosfera. El combustible, que debido a la alta presión de inyección sale finalmente pulverizado se inflama, produciendo la combustión del mismo. Se eleva entonces la temperatura interna, la presión

mientras dura la inyección o aportación de calor se supone

constante y a continuación, se realiza la expansión y desplazamiento del pistón hacia el PMI. Durante

este tiempo, o carrera de trabajo, el

recorrido y la muñequilla del cigüeñal gira otros 180ᵒ.

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pistón

efectúa

su tercer

 Cuarto tiempo: Escape Durante este cuarto tiempo se supone que la válvula de escape se abre instantáneamente permanece abierta. El pistón, durante su corregido ascendente, expulsa a la atmosfera los gases quemados lanzándolos al exterior. La muñequilla del cigüeñal gira otros 180ᵒ, completando las dos vueltas del árbol motor que corresponde

al ciclo completo

de trabajo. El diagrama

de distribución

correspondiente a esta carrera se presenta en la siguiente figura:

Representado en un sistema de ejes coordenados p-v en el funcionamiento teórico de estos motores queda determinado por el diagrama de la siguiente figura:

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0-1.- admisión (Isobara): durante la admisión se supone

que el cilindro se llena

totalmente de aire que circula con rozamiento por los conductos de admisión, por lo que se puede considerar que la presión atmosférica. Es por lo que esta carrera puede ser representada por una transformación isobara (P-K). 1-2.- compresión (Admisión): durante esta carrera el aire es comprimido hasta ocupar el volumen correspondiente

a la cámara

de combustión y alcanza en el punto (2)

presiones del orden de 50 kp/cm. Se supone que por hacerse muy rápidamente no hay

que considerar perdidas

de calor, por lo que esta transformación puede

considerarse adiabática. La temperatura alcanza al finalizar la compresión supera los 600 ᵒc, que es la temperatura

necesaria

para producir la autoinflamacion

del

combustible sin necesidad de chispa eléctrica. 2- 3. - Inyección y combustión (Isobara): durante el tiempo que dura la inyección, el pistón inicia su descenso , pero la presión del interior del cilindro se supone que se mantiene constante , transformación isobara, debido a que el combustible que entra se quema progresivamente a medida que entra en el cilindro , compensando el aumento de volumen que genera el desplazamiento del pistón. Esto se conoce como retraso de combustión 3-4.- terminada la inyección

se produce

una expansión (3-4), la cual como la

compresión se supone que se realiza sin intercambio de calor con el medio exterior,

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por lo que se considera una transformación adiabática. La presión interna depende a medida que el cilindro aumenta de volumen.

4-1.- primera fase del escape (Isocora): en

el punto

(4)se supone que se abre

instantáneamente la válvula de escape y se supone que los gases quemados salen tan rápidamente al exterior , que el pistón

no se mueve , por lo que

se puede

considerar que la transformación que experimenta es una isocora , la presión en el cilindro

baja hasta

la presión atmosférica

y una cantidad de calor Q2

no

transformando en trabajo es cedido a la atmosfera. 1- 0.- segunda fase del escape (Isobara): los gases residuales que quedan en el interior del cilindro son expulsados al exterior por el pisto durante su recorrido (1- 0) hasta el PMS. Al llegar a él se supone que de forma instantánea se cierra la válvula de escape y se abre la admisión para iniciar un nuevo ciclo. Como se supone que no hay perdida de carga debida al rozamiento de los gases quemados al circular por los conductos de escape, la transformación (1- 0) puede ser considerada como isobara.

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7.4 SISTEMAS AUXILIARES (SISTEMA DE ENCENDIDO, SISTEMA DE INYECCIÓN, SISTEMA DE LUBRICACIÓN, SISTEMA DE ENFRIAMIENTO).

7.4.1 Sistema de encendido. La finalidad del sistema se encendido es encender la mezcla comprimida de aire y combustión de las cámaras de combustión del motor. El sistema de encendido entrega una chispa eléctrica que salta un espacio en los extremos de los electrodos de las bujías, que sobre salen dentro de las cámaras de combustión.

Tipos de sistemas de encendido.

7.4.1.1 Encendido convencional (por ruptor). Este sistema es el más sencillo de los sistemas de encendido por bobina, en el, se cumplen todas las funciones que se le piden a estos dispositivos. Es capaz de generar 20.000 chispas por minuto, es decir, alimentar un motor de cuatro tiempos a 10.000 rpm.

Está compuesto por los siguientes elementos: 

Bobina de encendido



Resistencia previa



Ruptor



Condensador



Distribuidor de encendido



Variador de avance centrifugo



Variador de avance de vacío



Bujías

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7.4.1.2 Encendido electrónico por descarga de condensador. Este sistema llamado también “encendido por tiristor” funciona de una manera distinta a todos los sistemas de encendido (encendido por bobinas). Su funcionamiento se basa en cargar un condensador con energía eléctrica para luego descargarlo provocando en este momento la alta tensión que hace saltar la chispa en las bujías.

7.4.1.3 Encendido electrónico sin contactos. Su característica principal es la supresión del ruptor por su carácter mecánico, sistema que se constituye por la centralita y un amplificador de impulsos.

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Existen diversos tipos, pero los podemos dividirlos en dos principalmente, el encendido por generador de impulsos por inducción o el encendido con generador de impulsos Hall. Un encendido electrónico está compuesto principalmente por una etapa de potencia con transistor de conmutación y un circuito electrónico y amplificador de impulsos alojados en la centralita de encendido, al que se conecta un generador de impulsos situado dentro del distribuidor de encendido.

7.4.1.4 El sistema de encendido DIS (Direct Ignition System).

Se diferencia del sistema de encendido tradicional en suprimir el

distribuidor,

con

este

se

consigue eliminar los elementos mecánicos, siempre propensos a sufrir desgastes y averías.

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7.4.2 Sistema de inyección. En un principio se usaba inyección mecánica pero actualmente la inyección electrónica es común incluso en motores diésel. Los sistemas de inyección se dividen en: Inyección multipunto y monopunto: Para ahorrar costos a veces se utilizaba un solo inyector para todos los cilindros, o sea, monopunto, en vez de uno por cada cilindro, o multipunto. Actualmente, y debido a las normas de anticontaminación existentes en la gran mayoría de los países, la inyección monopunto ha caído en desuso. Directa e indirecta: En los motores de gasolina es indirecta si se pulveriza el combustible en el colector o múltiple de admisión en vez de dentro de la cámara de combustión, o sea en el cilindro. En los diésel, en cambio, se denomina indirecta si se inyecta dentro de una precámara que se encuentra conectada a la cámara de combustión o cámara principal que usualmente en las inyecciones directas se encuentran dentro de las cabezas de los pistones.

Fig. Inyector de gasolina (mando electrónico)

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7.4.3 Sistema de lubricación. El uso de la lubricación en un motor hace parte del buen funcionamiento del mismo, la función principal de este sistema es evitar el desgaste excesivo de los componentes móviles. Los cuales se encuentran en constante contacto y movimiento. Este sistema está diseñado para suministrar aceite a todas las partes móviles en un intento de separar sus superficies, reducir la fricción y actuar como refrigerante y detergente.

Partes del sistema de lubricación: 

Charola de aceite



Bombas de aceite



Válvula de alivio de presión



Enfriador de aceite filtros



Filtros de aceite 7.4.4 Sistema de enfriamiento.

El sistema de enfriamiento mantiene el motor a su temperatura más eficiente, en todas las velocidades y condiciones de operación. Al quemarse el combustible en el motor se produce calor, parte del cual debe ser eliminado antes de que dañe la parte del motor.

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El sistema de enfriamiento incluye cinco componentes básicos que trabajan juntos de manera

continúa

para

controlar

la

temperatura

del

motor

e

impedir

el

sobrecalentamiento: las camisas de agua, la bomba de agua, el termostato, el radiador y el ventilador.

7.4.4.1 Camisas de agua. El bloque de cilindros y la cabeza de cilindros tienen pasajes internos o camisas de agua, que rodean los cilindros

y

las

cámaras

de

combustión.

7.4.4.2 Bombas de agua. Las bombas de agua son bombas centrifugas que utilizan un impulsor para mover un refrigerante. La bomba de agua se fija en la parte delantera del motor, y por lo general es movida por una banda impulsadora desde la polea del cigüeñal.

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7.4.4.3 Ventilador del motor. El ventilador puede ser un ventilador mecánico o eléctrico. Los motores transversales en los vehículos de tracción delantera por lo general tienen un ventilador eléctrico, donde hace girar a las aspas.

7.4.4.4 Radiador. Es un intercambiador de calor con dos conjuntos de pasajes. Uno es para el refrigerante, y el otro para el aire exterior. Este arreglo permite que el radiador elimine calor del refrigerante del motor que pasa a través de él. El radiador está formado por tres partes principales; núcleo del radiador, depósitos de entrada y salida.

7.4.4.5. Termostato. Es un dispositivo de control que contiene un elemento sensible a la temperatura que responde de manera automática a los cambios de temperatura.

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7.5 MOTORES DE PROPULSIÓN A CHORRO.

La propulsión es un sistema capaz de imprimir velocidad creciente o aceleración a un cuerpo, mediante un dispositivo que expele materia (denominado motor cohete). El concepto “propulsión” puede ser usado con otras muchas palabras, tales como: chorro de cohete o nave espacial, de esta forma se tiene “propulsión a chorro”, “propulsión de cohetes”, o “propulsión de nave espacial” etc.

Propulsion a chorro es un procedimiento que se basa en la tercera ley del movimiento de Newton: toda fuerza ejercida sobre uncuerpo (accion) provoca en el otra fuerza igual y de sentido contrario (reaccion). Existen varias calses de motores de propulsion a chorro, llamados tambien motores de reaccion. Pero en general todos se basan en la reaccion provocada al lanzar gases de gran velocidad por una tobera que producen una reaccion en sentido contrario del motor y su vehiculo. Un motor de propulsion a chorro aspira aire por la parte de enfrente y despues lo expulsa por la parte de atrás. A esto se le llama propulsion por resccion. El aire que pasa a traves del motor hace que una helice de vueltas. La propulsión a chorro tiene como principio básico la presurización de un recipiente el cual contiene algún elemento llamado masa reactiva, misma que como su nombre lo indica reacciona a la impresión o aplicación de energía.

La impresión de energía se puede ejercer por diversos métodos, un ejemplo sencillo es una botella de sidra, cuando la agitamos la energía es liberada por la reacción del líquido carbonatado con el jugo de

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manzana, liberando una energía que presuriza el recipiente (botella) y busca una salida, encontrándola en el tapón de corcho cuando este empieza a ceder por la misma presión, en este ejemplo el tapón es la masa reactiva. Existen diversas aplicaciones sobre la propulsión a chorro, aunque por las proporciones de la misma, la energía que se imprime y el resultado que nos da, pasan desapercibidas en nuestras vidas diarias. Por ejemplo una cerbatana, una olla de vapor, artículos en aerosol, etc. Para generar una gran cantidad de impulso por segundo, se debe emplear una gran cantidad de energía por segundo. De esta forma un motor altamente eficiente requiere grandes cantidades de energía para proporcionar grandes cantidades de empuje. Como resultado, la mayoría de los motores se diseñan para proporcionar bajos niveles de empuje. En la era moderna, se han efectuado estudios para eficientar el principio de la propulsión a chorro, logrando cada vez ejercer menores presiones de energía obteniendo mayores reacciones, y a su vez obteniendo como resultado el uso de este principio para la fabricación de motores potentes para la industria espacial, aviación y automotriz.

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Whittle, Frank (1907 - 1996), Aviador e inventor británico, fue el creador del motor de propulsión a chorro que lleva su nombre, con el que se realizaron los primeros vuelos en 1941. En el mismo año se trasladó a Estados Unidos para colaborar en el perfeccionamiento de motores del mismo tipo. En 1948, en reconocimiento a sus trabajos, fue ennoblecido por el gobierno y galardonado con una recompensa de 100,000 libras esterlinas. La propulsión de las naves espaciales se usa para cambiar la velocidad de las naves espaciales y los satélites artificiales. Existen diferentes métodos. Cada método tiene sus propias ventajas y desventajas, de esta forma la propulsión de las naves espaciales es un área de gran investigación. La mayoría de las naves se empujan mediante el calor de una reacción en cadena que se expele por un orificio a muy alta velocidad. Este tipo de motor se denomina motor cohete.

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7.6 ANÁLISIS ENERGÉTICO DE LAS TURBINAS DE GAS.

Una turbina de gas, es una turbomáquinas motora, cuyo fluido de trabajo es un gas. Como la compresibilidad de los gases no puede ser despreciada, las turbinas a gas son turbomáquinas térmicas. Comúnmente se habla de las turbinas a gas por separado de las turbinas ya que, aunque funcionan con sustancias en estado gaseoso, sus características de diseño son diferentes, y, cuando en estos términos se habla de gases, no se espera un posible cambio de fase, en cambio cuando se habla de vapores sí. Las turbinas de gas son usadas en los ciclos de potencia como el ciclo Brayton y en algunos ciclos de refrigeración. Es común en el lenguaje cotidiano referirse a los motores de los aviones como turbinas, pero esto es un error conceptual, ya que éstos son turborreactores los cuales son máquinas que, entre otras cosas, contienen una turbina de gas. La operación básica de la turbina de gas es similar a la máquina de vapor, excepto que en lugar de agua se usa el aire. El aire fresco de la atmósfera fluye a través de un compresor que lo eleva a una alta presión. Luego se añade energía dispersando combustible en el mismo y quemándolo de modo que la combustión genera un flujo de alta temperatura. Este gas de alta

Montaje de una turbina de gas

temperatura y presión entra a una turbina, donde se expande disminuyendo hasta la presión de salida, produciendo el movimiento del eje durante el proceso. El trabajo de este eje de la turbina es mover el compresor y otros dispositivos como generadores eléctricos que pueden estar acopados. La energía que no se usa para el trabajo sale en forma de gases, por lo cual tendrán o una alta temperatura o una alta velocidad. El propósito de la turbina determina el diseño que

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maximiza esta forma de energía. Las turbinas de gas se usan para darle potencia a aeronaves, trenes, barcos, generadores eléctricos, e incluso tanques. Análisis termodinámico. Durante el paso del fluido de trabajo a través de una turbina a gas el primero le entrega energía a la segunda, y durante este proceso el fluido se expande y disminuye su temperatura. Podemos hacer un análisis termodinámico de este proceso haciendo un balance de energía:

Esta ecuación es la primera ley de la termodinámica en propiedades específicas, pero a diferencia de otras nomenclaturas el trabajo L es considerado positivo si sale del volumen de control, el cual en este caso contiene al fluido en su paso a través de la turbina; C es la velocidad, U es la energía interna, P es la presión, Z es la altura, q es el calor transferido por unidad de masa y refieren a la salida y

es el volumen específico. Los subíndices

se

se refieren a la entrada. Para simplificar nuestro trabajo haremos

las siguientes consideraciones: 

Consideraremos este proceso como adiabático.



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

Entonces de la primera ley de la termodinámica podemos deducir la expresión para obtener el trabajo específico en función de las propiedades de entrada y salida de la turbina del fluido de trabajo:

El término

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es la entalpía la cual se define como:

7.7 RENDIMIENTOS, POTENCIA Y SELECCIÓN.

El motor de combustión interna proporciona la potencia necesaria para mover el vehículo. El tipo de combustible que se utiliza en motores de gasolina o diésel es diferente, debido al método utilizado para el encendido del combustible. El funcionamiento mecánico de ambos motores es casi idéntico. En un motor, el combustible se quema para generar un movimiento mecánico. Entre los principales componentes del motor de combustión interna se encuentran: • El conjunto del bloque de cilindros o monoblock. • El tren de válvulas. • El sistema de entrada. • El sistema de escape. • EL sistema de lubricación. • El sistema de enfriamiento.

Potencia del motor . El trabajo que se consigue es la fuerza por la distancia recorrida por el pistón, y esta fuerza es el producto de la presión ejercida por los gases de la combustión por la superficie de éste. Siendo W el trabajo, F fuerza y d distancia recorrida la ecuación del trabajo es: w=f*d Y si este trabajo se realiza en un tiempo t determinado podemos determinar la potencia P con la siguiente ecuación: p=w/t

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La potencia es un factor que depende mucho del tipo de motor, porque depende de la cilindrada y de la relación de compresión, y también del número de cilindros, la carrera y el régimen de giro del motor. Hay tres potencias fundamentales en un motor: potencia indicada, potencia efectiva y potencia absorbida.

Potencia indicada. Es la potencia que realmente se desarrolla en el interior del cilindro por la combustión. Esta se puede calcular con la presión media, que es la presión constante con la que es necesaria para impulsar el pistón durante su carrera. Esta presión varía con la velocidad y la relación de compresión del motor. Entonces la ecuación de trabajo indicado Wi, siendo ρi la presión media y V la cilindrada unitaria, sería:

La potencia indicada Pi es el producto del trabajo desarrollado durante una carrera útil, por el número de ellas realizadas en la unidad de tiempo. Si n

es el número de

revoluciones motor y que un ciclo en un motor de cuatro tiempos se necesita dos vueltas del cigüeñal, la ecuación de la potencia indicada es:

Par motor. Potencia efectiva. El par motor es un esfuerzo de rotación, por la fuerza que transmite la biela al codo del cigüeñal. El par motor se calcula multiplicando esta fuerza por la longitud del codo. El par máximo del motor no se produce en un régimen

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de revoluciones motor alto, si no que sucede cuando el llenado y las explosiones son más efectivas. Para el cálculo del par es necesario utilizar un dispositivo que frene el motor, esto se consigue haciendo palanca con una fuerza. Se utiliza un mecanismo llamado freno prony (actualmente se utiliza mecanismos más modernos), que a través de una cincha frena el eje del motor hasta pararlo y se toma la medida del dinamómetro. Potencia absorbida. La potencia absorbida es difícil de medir, por eso se mide la potencia indicada y la potencia efectiva y la diferencia de ambas es la potencia absorbida. Normalmente el 75% del total de la potencia absorbida es por el rozamiento de los segmentos con las paredes del cilindro.

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CAPITULO VIII: CICLOS COMBINADOS

8.1TIPOS DE CICLOS COMBINADOS.

Es un ciclo de potencia que se basa en el acoplamiento de dos ciclos diferentes de producción de energía, y para generación de energía eléctrica. En términos generales, un Ciclo Combinado consiste en el acoplamiento de dos ciclos diferentes de producción de energía eléctrica, uno de Turbina a Gas y otro de Turbina de Vapor de forma tal que la energía calórica no utilizada por uno de ellos se emplea como fuente de calor en el otro. De esta forma, los gases calientes de escape de la Turbina de Gas entregan la energía necesaria para el funcionamiento del Ciclo de Vapor acoplado. Componentes Principales de un Ciclo Combinado

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Los ciclos termodinámicos Brayton y Rankine.

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1.2 EN LA GENERACIÓN DE ENERGÍA.

Se denomina ciclo combinado en la generación de energía a la coexistencia de dos ciclos termodinámicos en un mismo sistema, uno cuyo fluido de trabajo es el vapor de agua y otro cuyo fluido de trabajo es un gas producto de una combustión o quema. La tecnología de ciclo combinado para la generación de energía eléctrica es la que mejor armoniza la eficiencia y el respeto medioambiental, debido a que combina el potencial directo de la combustión, generalmente de gas natural, y el del vapor que se obtiene por reutilización de los gases residuales de dicha combustión, todavía calientes, para generar electricidad. Es decir, que a partir de una misma fuente energética primaria, generalmente gas natural, se obtiene electricidad en dos etapas. La primera, basada en turbina de gas, que genera directamente electricidad a partir de la combustión. Y la segunda, que reutiliza en una caldera de recuperación de calor la energía contenida en los gases calientes sobrantes de la primera etapa para generar vapor de agua, el cual se aprovecha mediante turbina de vapor para generar más electricidad. La eficiencia combinada de todo el proceso está comprendida entre el 55% y el 60%, frente al entre el 30% y el 40% de las plantas de energía eléctrica que utilizan una sola etapa de transformación de la energía contenida en el combustible. Básicamente, un ciclo combinado está compuesto por una turbina de gas, una caldera de recuperación de calor, una turbina de vapor, un condensador y un generador eléctrico o alternador, además de todos los servicios auxiliares requeridos (resto de planta) para obtener un sistema capaz de producir electricidad. Las centrales térmicas de ciclo combinado pueden clasificarse atendiendo al tipo de combustible que utilizan y, por otro lado, según la configuración y disposición de sus equipos principales. Considerando el tipo de combustible utilizado, las plantas de ciclo combinado pueden ser de gas natural, gasóleo, o mixtas, aunque se preferirá normalmente la utilización de gas natural por ser éste el combustible fósil más limpio disponible: no contiene azufre y

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produce menos CO2 para la misma energía generada (menor relación C/H). Así, en el caso de las centrales de ciclo combinado mixtas, el combustible base utilizado prácticamente durante todo el tiempo de operación será el gas natural y el combustible alternativo, al que se recurrirá exclusivamente en caso de emergencia, será el gasóleo. En cuanto a su configuración, una planta de ciclo combinado puede disponer de una o varias turbinas de gas, conectadas a su propia caldera de recuperación de calor que, a su vez, alimentan a sendas o a una única turbina de vapor. Y atendiendo al número de ejes principales de que consta un grupo de ciclo combinado, se puede hacer una nueva clasificación en función de la disposición relativa de los ejes de las turbinas de gas y vapor, si se encuentran en una misma línea y acoplados o no, hablándose en este caso de configuraciones monoeje y multieje.

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1.3 CICLOS COMBINADOS EN LA COGENERACION.

Los sistemas de intercambio de cogeneración son sistemas de producción en los que se obtiene simultáneamente energía eléctrica y energía térmica útil partiendo de un único combustible. Al generar electricidad con un motor generador o una turbina, el aprovechamiento de la energía primaria del combustible es del 25% al 35%, lo demás se pierde. Al cogenerar se puede llegar a aprovechar del 70% al 85% de la energía que entrega el combustible. La mejora de la eficiencia térmica de la cogeneración se basa en el aprovechamiento del calor residual de los sistemas de refrigeración de los motores de combustión interna para la generación de electricidad. Se denomina ciclo combinado en la generación de energía a la co-existencia de dos ciclos termodinámicos en un mismo sistema, uno cuyo fluido de trabajo es el vapor de agua y otro cuyo fluido de trabajo es un gas producto de una combustión. En una central eléctrica el ciclo de gas genera energía eléctrica mediante una o varias turbinas de gas y el ciclo de vapor de agua lo hacen mediante una turbina de vapor. El principio sobre el cual se basa es utilizar los gases de escape a alta temperatura de la turbina de gas para aportar calor a la caldera o generador de vapor de recuperación, la que alimenta a su vez de vapor a la turbina de vapor. La principal ventaja de utilizar el ciclo combinado es su alta eficiencia, ya que se obtienen rendimientos superiores al rendimiento de una central de ciclo único y mucho mayores que los de una de turbina de vapor. Los sistemas de cogeneración son sistemas de producción conjunta de electricidad (o energía mecánica) y de energía térmica útil (calor) partiendo de un único combustible. El gas natural es la energía primaria más utilizada para el funcionamiento de las centrales de cogeneración de electricidad calor, las cuales funcionan con turbinas o motores de gas. No obstante, también se pueden utilizar fuentes de energía renovables y residuos como biomasa o residuos que se incineran.

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En un proceso de cogeneración, el calor se presenta en forma de vapor de agua a alta presión o en forma de agua caliente. Por ejemplo, se puede utilizar el vapor caliente que sale de una turbina de producción de energía eléctrica, para suministrar energía para otros usos. Hasta hace poco lo usual era dejar que el vapor se enfriara, pero con esta técnica, con el calor que le queda al vapor se calienta agua para distintos usos. El aprovechamiento del calor residual, los sistemas de cogeneración presentan rendimientos globales del orden del 85%, lo que implica que el aprovechamiento simultáneo de electricidad y calor favorezca la obtención de elevados índices de ahorro energético, así como una disminución importante de la factura energética, sin alterar el proceso productivo, ahorro energético que se incrementa notablemente si se utilizan energías residuales.

En una central eléctrica tradicional los humos salen directamente por la chimenea, mientras que en una planta de cogeneración los gases de escape se enfrían transmitiendo su energía a un circuito de agua caliente/vapor. Una vez enfriados los gases de escape pasan a la chimenea. Las centrales de cogeneración de electricidad-calor pueden alcanzar un rendimiento energético del orden del 90%. El procedimiento es más ecológico, ya que durante la combustión el gas natural libera menos dióxido de carbono (CO2) y óxido de nitrógeno (NOX) que el petróleo o el carbón. El desarrollo de la cogeneración podría evitar la emisión de 127 millones de toneladas de CO2 en la UE en 2010 et de 258 millones de toneladas en 2020, ayudando a cumplir los objetivos fijados en el Protocolo de Kioto.

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La producción de electricidad por cogeneración representa en la UE en 1998 el 11% del total. Si se lograra aumentar hasta un 18%, el ahorro de energía podría llegar a ser del 3-4% del consumo bruto total de la UE. Además, son cada vez más numerosas las aplicaciones que se le está dando a esta técnica, tanto en usos industriales, como en hospitales, hoteles, etc.

Ventajas  Ahorra energía y mejora la seguridad del abastecimiento.  Disminuye las pérdidas de la red eléctrica, especialmente porque las centrales de cogeneración se suelen situar próximas a los lugares de consumo  Aumenta la competencia entre los productores  Permite crear nuevas empresas  Se adapta bien a las zonas aisladas o ultraperifíricas

Sistemas de Cogeneración. Plantas con motores alternativos Utilizan gas, gasóleo o fuel-oil como combustible. Son muy eficientes eléctricamente, pero son poco eficientes térmicamente. El sistema de recuperación térmica se diseña en función de los requisitos de la industria y en general se basan en la producción de vapor a baja presión (hasta 10 bares), aceite térmico y en el aprovechamiento del circuito de alta temperatura del agua de refrigeración del motor. Son también adecuadas la producción de frío por absorción, bien a través del vapor generado con los gases en máquinas de doble efecto, o utilizando directamente el calor del agua de refrigeración en máquinas de simple efecto.

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Plantas con turbinas de vapor En estos sistemas, la energía mecánica se produce por la expansión del vapor de alta presión procedente de una caldera convencional. El uso de esta turbina fue el primero en cogeneración. Actualmente su aplicación ha quedado prácticamente limitada como complemento para ciclos combinados o en instalaciones que utilizan combustibles residuales, como biomasa o residuos que se incineran. La aplicación conjunta de una turbina de gas y una turbina de vapor es lo que se denomina "Ciclo Combinado". Plantas con turbinas de gas En los sistemas con turbina de gas se quema combustible en un turbogenerador, cediendo parte de su energía para producir energía mecánica. Su rendimiento de conversión es inferior al de los motores alternativos, pero presentan la ventaja de que permiten una recuperación fácil del calor, que se encuentra concentrado en su práctica totalidad en sus gases de escape, que está a una temperatura de unos 500ºC, idónea para producir vapor en un generador de recuperación. Se diferencian 2 tipos de ciclos: (1) simple, cuando el vapor se produce a la presión de utilización del usuario; y (2)combinado, cuando el vapor se produce a alta presión y temperatura para su expansión previa en una turbina de vapor.

Ciclo simple. Es la planta clásica de cogeneración y su aplicación es adecuada cuando los requisitos de vapor son importantes (>10 t/h), situación que se encuentra fácilmente en numerosas industrias (alimentación, química, papelera). Son plantas de gran fiabilidad y económicamente rentables cuando están diseñadas para una aplicación determinada.

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El diseño del sistema de recuperación de calor es fundamental, pues su economía está directamente ligada al mismo, ya que a diferencia de las plantas con motores alternativos el precio del calor recuperado es esencial en un ciclo simple de turbina de gas.

Ciclo combinado. Un ciclo combinado ayuda a absorber una parte del vapor generado en el ciclo simple y permite, por ello, mejorar la recuperación térmica, o instalar una turbina de gas de mayor tamaño cuya recuperación térmica no estaría aprovechada si no se utilizara el vapor en una segunda turbina de contrapresión. En un ciclo combinado el proceso de vapor es esencial para lograr la eficiencia del mismo. La selección de la presión y la temperatura del vapor vivo se hacen en función de las turbinas de gas y vapor seleccionadas, selección que debe realizarse con criterios de eficiencia y economía. Por ello se requiere la existencia de experiencias previas e "imaginación responsable" para crear procesos adaptados a un centro de consumo, que al mismo tiempo dispongan de gran flexibilidad que posibilite su trabajo eficiente en situaciones alejadas del punto de diseño.

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8.4 CICLO COMBINADO EN EFICIENCIA ENERGETICA.

Los

sistemas

de

intercambio

de cogeneración son sistemas de producción en los que se obtiene simultáneamente energía eléctrica y energía térmica útil partiendo de un único combustible. Al generar electricidad con un

motor

generador

o

una

turbina,

el

aprovechamiento de la energía primaria del combustible es del 25% al 35%, lo demás se pierde. Al cogenerar se puede llegar a aprovechar del 70% al 85% de la energía que entrega el combustible. La mejora de la eficiencia térmica de la cogeneración se basa en el aprovechamiento del calor residual de los sistemas de refrigeración de los motores de combustión interna para la generación de electricidad. El gas natural es la energía primaria más utilizada para el funcionamiento de las centrales de cogeneración de electricidad y calor, las cuales funcionan con turbinas o motores de gas. No obstante, también se pueden utilizar fuentes de energía renovables y residuos como biomasa o residuos que se incineran. Además, esta tecnología reduce el impacto ambiental debido al ahorro de energía primaria que implica. Si se tiene en cuenta que para producir una unidad eléctrica por medios convencionales se necesitan 3 unidades térmicas, mientras que en cogeneración se necesitan 1,5 unidades, la cantidad total de agentes contaminantes emitidos se verá disminuida en un 50%. Este procedimiento tiene aplicaciones tanto industriales como en ciertos edificios singulares en los que el calor puede emplearse para calefacción u obtención de agua caliente sanitaria como por ejemplo ciudades universitarias, hospitales, etc. Con estos sistemas se mejora la eficiencia energética, consiguiendo con el mismo combustible más energía, con lo que se consigue un ahorro de éste y también una disminución de las emisiones de CO2.

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CAPITULO IX: COMPRESORES

9.1 CLASIFICACION DE LOS COMPRESORES. Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. Esto se realiza a través de unintercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor estransferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir. Al igual que las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a diferencia de las primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, ya que su fluido de trabajo es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable. Compresores de aire a pistón. Los compresores son máquinas que aspiran el aire ambiente (a presión atmosférica) y lo comprimen hasta lograr una presión superior. Existen distintos modelos de compresores, tales como:  Compresores de simple efecto y una etapa de compresión. Refrigeración por aire.  Compresores de simple efecto, de dos etapas de compresión. Refrigeración por aire.  Compresores de doble efecto, dos etapas de compresión y refrigeración por agua.  Compresores de simple efecto, dos etapas de compresión y refrigeración por aire, sin engrase de cilindros.

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 Compresores de doble efecto, dos etapas de compresión; refrigeración por agua, sin engrase de cilindros. Clasificación Los compresores se pueden clasificar atendiendo al número de etapas y por el modo de trabajar el pistón. De esta forma encontramos: Por el número de etapas Compresores de una etapa: disponen de una simple etapa de compresión. Se componen de un cárter con cigüeñal, pistón y cilindro. Para su refrigeración lleva en la parte exterior, aletas que evacuan el calor por radiación. ( compresores de pequeñas potencias) Compresores de dos etapas: su característica principal es que el aire es comprimido en dos etapas. En la 1ª etapa (de baja presión) se comprime hasta una Pi= 2 a 3 bares; y en la segunda (de alta presión), se comprime hasta una presión de 8 bares. Pueden ser refrigerados por aire y por agua, el refrigerador intermedio (entre etapas) puede actuar a base de un ventilador o en virtud de una corriente de agua a través del mismo. Por el modo de trabajar el pistón Simple efecto: se dice que un pistón es de simple efecto cuando trabaja sobre una sola cara del mismo y precisamente aquella dirigida hacia la cabeza del cilindro. La cantidad de aire desplazado es igual a la carrera por sección del pistón. Doble efecto: el pistón es de doble efecto cuando trabaja sobre sus dos caras y delimita dos cámaras de compresión en el cilindro. Así, el volumen engendrado es igual a dos veces el producto de la sección del pistón por la carrera. Haya que tener en cuenta el vástago, que ocupa el espacio obviamente no disponible para el aire, y, como consecuencia, los volúmenes creados por las dos caras del pistón no son iguales. Etapas múltiples o tándem: el pistón es de múltiples etapas si tiene elementos superpuestos de diámetros diferentes, que se desplazan en cilindros concéntricos. El

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pistón de mayor diámetro puede trabajar en simple o doble efecto. Esta disposición es muy utilizada por compresores de alta presión. Compresores rotativos Los compresores rotativos producen aire comprimido por un procedimiento rotatorio y continuo, es decir, que empujar el aire desde la aspiración hacia la descarga, comprimiéndolo. Los modelos de más amplia difusión industrial pueden clasificarse:  De paletas.  De tornillo,  Tipo ROOTS.

Compresores de paleta. En los compresores de paleta el rotor cilíndrico es tal colocado excéntricamente dentro del hueco tabular del estator. El rotor lleva un número de paletas radiales metidas en unas ranuras dispuestas a tal efecto, y cuando el rotor gira accionado por el motor, las paletas se desplazan hacia fuera ajustándose a la pared interior del estator hasta el punto de excentricidad máxima situado en la parte superior del estator. El volumen de aire atrapado en la cámara comprendida entre dos paletas consecutivas se comprime gradualmente mientras que la rotación del aire irá poco a poco disminuyendo y por tanto su presión aumentará por la progresiva reducción del volumen provocando la correspondiente compresión. En el momento en que llega a la lumbrera o abertura de descarga el aire será empujado a través de ella hacia la salida habiéndose consumado el ciclo aspiración-compresión-descarga.

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Compresores de tornillo Son asimismo de tipo volumétrico. Desde 1934 hasta nuestros días, su diseño

ha

sufrido

un

avance

considerable. Están dispuestos de tal manera que el rotor macho se encuentra dotado de lóbulos con un perfil de estudiado diseño,

y

acanaladuras

el

rotor en

las

hembra

de

cuales

se

introducen los lóbulos en el curso de la rotación.

55

El accionamiento del conjunto tiene lugar por el extremo del eje que lleva el rotor macho, quien arrastra por contacto a la hembra, o lo hace mediante engranajes sincronizados que posicionan relativamente los elementos con enorme exactitud, consiguiendo en ambos casos la intercepción mutua entre los cuatro lóbulos del macho y los seis canales de la hembra. El rotor macho es el que absorbe la potencia suministrada por el motor, estableciéndose alrededor del 85 al 90% total para él, dejando un 10 al 15% para el rotor hembra. Los rotores giran a velocidades lentas (1300 a 2400 rpm) sobre rodamientos de bolas y rodillos, con interposición de una película de aceite que sirve para sellar el espacio de compresión y eliminar el calor que se origina durante la compresión. Los compresores de tornillo poseen compresión interna y su relación de compresión viene determinada por la situación de los bordes de apertura de descarga y por la figura geométrica que adopte el perfil del par de tornillos. Los compresores de dos etapas constas de cuatro rotores situados dos a dos encima uno del otro. Tanto la etapa de baja presión como la de alta presión están compuestas por dos rotores secundarios arrastrados directamente por los rotores primarios sin la medición de ningún dispositivo de sincronización adicional. Un sistema hidráulico contrarresta el esfuerzo sobre los rodamientos soportando las cargas axiales de los rotores. El aceite inyectado en el interior de cada una de las dos etapas absorbe el calor que se genera durante la compresión. Habitualmente la central de los compresores de tornillo está inserta en el interior de un habitáculo construido a base de paneles laterales y superior, incluidos unos tabiques internos forrados con espuma de poliuretano prácticamente inflamable a fin de conseguir su insonorización. Compresores de soplantes Conocidos también con el nombre de soplantes, tiene un amplio campo de aplicación para bajas presiones. Dentro de un cuerpo de bomba o estator, dos rotores de perfiles

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idénticos en forma de ocho, giran a velocidad angular constante, en sentido inverso el uno del otro. Estas rotaciones están sincronizadas por un juego de engranajes exteriores, lubricados por baño de aceite. A diferencia de otros compresores los rotores no rozan ni entre sí ni con el estator, existiendo una pequeña tolerancia entre estos; por consiguiente no pueden efectuar compresión interior, ya que el volumen de las cámaras de trabajo no disminuye durante la rotación. Estos compresores únicamente transportan del lado de la aspiración al de compresión el volumen de aire aspirado, sin comprimirlo en este recorrido. El volumen que llega a la boca de salida, todavía con la presión de aspiración, se junta con el aire ya comprimido que vuele a la tubería de descarga y se introduce en la cámara cuyo contenido llega en ese momento a la presión máxima, siendo descargado seguidamente.La ventaja de la ausencia de fricción entre los rotores hace innecesaria la lubricación en la cámara de compresión, lo cual permite la entrega de un aire totalmente exento de aceite que pudiera contaminarlo. Compresores secos Cuando el agente comprimido que ha de producir un compresor tiene que quedar exento de aceite, hay que recurrir a compresores de pistón o de tornillo en los que ningún aceite de lubricación o sucedáneo entre en contacto con el gas a comprimir, resolviendo la mencionada necesidad mediante cámaras de compresión sin lubricante. El aire sigue estando húmedo, denominándose mejor compresores exentos de aceite o sin lubricación. Es imposible conseguir que el aire real y absolutamente exento de aceite, si bien los compresores secos, teóricamente, producen aire libre de aceite, puesto que trabajan con cámaras de compresión sin lubricación. La definición de aire exento de aceite deberá ser: aire al que, por medios prácticos, se ha eximido de aceite hasta el punto que no se pueden detectar trazas de aceite en las líneas de aire comprimido.

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9.2 ANALISIS DE LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA EN UN COMPRESOR RECIPROCANTE Y CENTRIFUGO.

La

primera

ley de

la

termodinámica

o Primer

Principio de

la

termodinámica

es una aplicación dela ley universal de conservación de la energía a la termodinámica y, a su vez, identifica el calor como una transferencia de energía. Uno de los enunciados de la primera ley de la termodinámica es el siguiente: El incremento de la energía interna de un sistema termodinámico es igual a la diferencia entre la cantidad de calor transferida a un sistema y el trabajo realizado por el sistema a sus alrededores. Conservación de la energía La ley de la conservación de la energía constituye el primer principio de la termodinámicaafirmaque la cantidad total de energía en cualquier sistema aislado (sin i nteracción con ningún otrosistema) permanece invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía. En resumen, la ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra, por ejemplo, cuando la energía eléctrica se transforma en energía calorífica en un calentador Aplicaciones de la Primera Ley Sistemas cerrados: Un sistema cerrado es uno que no tiene entrada ni salida de masa. El sistema cerrado tiene interacciones de trabajo y calor con sus alrededores, así como puede realizar trabajo de frontera .La ecuación general para un sistema cerrado (despreciando energía cinética y potencial) es: Donde Q es la cantidad total de transferencia de calor hacia o desde el sistema (positiva cuando entra al sistema y negativa cuando sale de éste), W es el trabajo total

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(negativo cuando entra al sistema y positivo cuando sale de éste) e incluye trabajo eléctrico, mecánico y de frontera; y U es la energía interna del sistema. Sistemas abiertos: un sistema abierto es aquel que tiene entrada y/o salida de masa, así como interacciones de trabajo y calor con sus alrededores, también puede realizar trabajo de frontera. Compresores reciprocantes. En lo sucesivo, si bien el fluido puede ser un gas puro, mezcla de gases, vapor saturado o vapor sobrecalentado, se supondrá que se trata de un gas que cumple con las leyes de los gases perfectos: p v = Rg T, con

Rg = cte. c p k

El objetivo buscado es incrementar la energía del gas sin alterar su energía interna. O sea (en ausencia de transformaciones químicas), sin recurrir al aumento de su temperatura. La única manera de realizarlo consiste en aumentar p disminuyendo v. Calentamiento en la entrada. El gas que ingresa al cilindro no se encuentra a la misma temperatura que a la entrada al compresor. En efecto, desde la entrada hasta el cilindro el gas recorre conductos cuyas paredes están a mayor temperatura que él. También experimenta un aumento de temperatura mientras ingresa al cilindro por estar a mayor temperatura las paredes de éste. Por lo tanto el cilindro succiona, en cada embolada, el volumen calculado pero a temperatura mayor, o sea con densidad menor. El volumen de gas extraído en cada ciclo del ambiente del cual toma no es

V1 – V4

sino menor. Refiriéndolo a las

condiciones en la entrada del compresor, equivale a un volumen reducido en un factor ev1 < 1. Si se puede medir la temperatura Ti al ingreso al cilindro, se puede calcular ev1 aplicando (1.5): T1 ev1 Ti Según ensayos realizados, el factor ev1 suele tomar valores entre 0.97 y 0.99. Pérdidas de carga en la entrada.

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Desde la entrada al compresor hasta el cilindro hay pérdidas de carga en filtros, conductos de admisión y válvulas de admisión. La presión y por lo tanto la densidad del gas al acceder al cilindro es menor que en la entrada al compresor. Refiriéndolo a las condiciones de entrada, equivale a un volumen reducido en un factor ev2 < 1. Si se puede medir la presión pi a la entrada al cilindro, se puede calcular ev2 aplicando (1.5): pi ev2 =p1 Según ensayos, el factor ev2 también suele tomar valores entre 0.97 y 0.99. Los factores ev1 y ev2 son, al igual que ev0, factores de disminución de capacidad, pero no tienen relación directa con la energía consumida, por lo que no cabe considerarlos como rendimientos. Fugas. La masa de gas que egresa del compresor, en cada ciclo, no es igual a la que ingresa debido a:  falta de estanqueidad de las válvulas.  falta de estanqueidad de los aros del pistón.  falta de estanqueidad entre vástago y tapa posterior, en el caso de un pistón de doble efecto. Para un compresor en buen estado, el valor de f suele estar entre 0.01 y 0.06. En una primera aproximación, se lo puede suponer constante, aunque además de las luces y malos cierres depende de r. Para ηv es adecuado el uso de la palabra "rendimiento" pues el gas que fuga lo hace una vez comprimido, por lo que se produce una pérdida de energía. Cálculo del caudal Siendo L la carrera del pistón y D su diámetro, el volumen desplazado vale:

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π.D2 VD = V1 −V3 =4 Si el pistón realiza N ciclos por unidad de tiempo y el compresor tiene Z cilindros iguales operando en paralelo, el caudal de aire que entrega, medido en las condiciones de entrada, vale: V= π.D 2 / L.N.Z.j. ev0 .ev1.ev2 ηv Donde j vale 1 si el pistón es de simple efecto y 2 si es de doble efecto (en realidad, para un compresor de doble efecto habría que descontar del volumen desplazado el volumen ocupado por el vástago, que suele ser bastante pequeño). Trabajo en el ciclo teórico.

P 3

2

4

1

V Supóngase que el ciclo del compresor es el de la Fig. 2.7, donde 4 - 1 y 2 - 3 son procesos a presión constante.

En abscisas se representa el volumen V de gas

encerrado en la cámara de compresión. Para el proceso de compresión 1-2, el volumen V es proporcional al volumen específico: V = v. G1 siendo G1 el peso del gas atrapado en el punto 1.

Figura 2.7 Análogamente para el proceso 3-4.

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Diagrama p-v

Ciclo real Se estudiará la influencia que ejercen sobre el diagrama del ciclo las condiciones reales (no ideales):  pérdidas de carga en válvulas.  retardos en apertura de válvulas.  compresión y

expansión

no

exactamente politrópicas.

Siendo F la fuerza que ejercen los resortes en su posición de válvulas cerrada, S la selección de pasaje de gas y pT la presión de suministro abastecido por el compresor (generalmente la presión en un tanque recibidor, o en la tubería de descarga), la válvula de escape abre cuando:

P= pT + F/S

Fig. Válvula de compresor reciproco.

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9.3 COMPRESORES MULTIETAPICO DE ENFRIAMIENTO INTERMEDIO.

Enfriador intermedio. Suele venir con el compresor, cuando éste es multi-etapa. El fluido refrigerante puede ser aire o agua. Debe lograrse la más baja temperatura posible en el gas con una pérdida de carga mínima. Además debe ser compacto. Los enfriadores a base de agua suelen ser intercambiadores de tubo y carcaza. El agua es normalmente enfriada en una torre de enfriamiento y llevada a un pozo, de donde una bomba la impulsa hacia el enfriador. Los enfriadores a base de aire son de tipo radiador con tubos aletados. Las temperaturas típicas de entrada y salida de un intercambiador de calor de agua son:

 Para el gas, 140 a 170ºC de entrada, 30 a 35ºC salida.  Para el agua, 20 a 30ºC entrada, 60 a 80ºC salida, dependiendo del caudal.

La pérdida de carga en el agua puede valer entre 0.03 y 0.04 bar; el caudal de agua suele variar entre 2 y 3 lt/min por m min3 de gas.

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9.4 EFICIENCIA ISOTÉRMICA DEL COMPRESORES. La entropía de una sustancia de masa fija puede cambiar tanto debido a un proceso de transferencia de calor como a las irreversibilidades presentes en todo proceso real. Corolario Como consecuencia de lo anterior podemos afirmar que: cuando una sustancia de masa constante (sistema cerrado) es sometida a un proceso adiabático e internamente reversible su entropía no cambia. Un proceso en el que la entropía permanece constante es un proceso isentrópico, que se caracteriza mediante la siguiente expresión: Ds = 0 Una sustancia tendrá la misma entropía tanto al principio como al final del proceso, si el proceso se lleva a cabo isentrópicamente. s2 = s1 Muchos sistemas o dispositivos de ingeniería como bombas, turbinas, toberas y difusores operan de manera esencialmente adiabática, y tienen mejor desempeño cuando se minimizan las irreversibilidades, como la fricción asociada al proceso. Un modelo isentrópico puede servir como un modelo apropiado para los procesos reales, además de permitirnos definir las eficiencias para procesos al comparar el desempeño real de estos dispositivos con el desempeño bajo condiciones idealizadas (isentrópicas, p. e.) Es importante destacar que un proceso adiabático reversible necesariamente es isentrópico, pero uno isentrópico no es necesariamente un proceso adiabático reversible. Sin embargo el término proceso isentrópico se usa habitualmente en termodinámica para referirse a un proceso adiabático internamente reversible. De lo anterior se deduce que la entropía es una propiedad útil y una valiosa herramienta en el análisis de la segunda ley en los dispositivos de ingeniería, en particular de los compresores.

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9.5 EFICIENCIA ISOENTROPICA DE UN COMPRESOR. La eficiencia isentrópica de un compresor es la razón entre el trabajo requerido para elevar la presión de un gas a un valor específico de forma isentrópica, y el trabajo actual de compresión:

Cuando las variaciones de energía cinética y potencial del gas son despreciables, el trabajo requerido por el compresor adiabático es igual al cambio de entalpía; entonces:

h1: entalpía a la entrada del compresor h2a: entalpía a la salida para la condición actual h2s: entalpía a la salida para la condición de compresión isentrópica (ver figura)

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9.6 EFISIENSIA POLITROPICA DEL COMPRESOR. Una mejor aproximación se logra considerando las pérdidas de carga debidas a las válvulas de entrada y salida. Conocido el diagrama indicado de un cilindro de compresor, supóngase un ciclo teórico 1' 2' 3' 4' que aproxime al diagrama indicado, tenga 1'2' y 3'4' politrópicos y cuyo diagrama encierre la misma área que el diagrama indicado. Dicho ciclo se representa en punteado. Las presiones extremas de este ciclo son p1 - Δpi y p2 + Δps, donde p1 y p2 son las presiones de admisión y de salida del ciclo original. Rendimiento politrópico. Como se observó en 2.8, el ciclo real difiere del teórico en dos aspectos: i. relación de compresión interior al

cilindro mayor que pT / p1; se estudió su efecto en 2.8 ii.

Procesos de compresión y expansión no exactamente politrópicos En virtud de ii., el trabajo por ciclo, así como la potencia requerida, son mayores que las calculadas suponiendo los procesos politrópicos (véase Fig. 2.11). Se llama “rendimiento politrópico” al cociente de los trabajos politrópico e indicado para un ciclo, o de las potencias politrópica e indicada: Análogamente, se define el “rendimiento adiabático”: si los procesos 1-2 y 3-4 se hubieran supuesto adiabáticos, se llegaría a una expresión análoga a (2.11), con k

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9.7 TRABAJO IDEAL DEL COMPRESOR.

67

68

69

9.8 TRABAJO IDEAL DEL COMPRESOR.

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9.9 APLICACIÓN DE LA TERMODINAMICA DEL COMPRESOR.

Compresor Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la substancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir. Al igual que las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a diferencia de las primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, ya que su fluido de trabajo es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable. Los compresores son ampliamente utilizados en la actualidad en campos de la Ingeniería y hacen posible nuestro modo de vida por razones como: Son parte importantísima de muchos sistemas de refrigeración y se encuentran en cada refrigerador casero, y en infinidad de sistemas de aire acondicionado. Se encuentran en sistemas de generación de energía eléctrica.

El Ciclo Brayton Se encuentran en el interior muchos "motores de avión", como lo son. Los turborreactores y hacen posible su funcionamiento. Se pueden comprimir gases para la red de alimentación de Sistemas neumáticos, los cuales mueven fábricas completas. Existen hoy en día dos tipos de compresores:

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 Alternativos  Rotatorios Los compresores alternativos o de desplazamiento: Se utilizan para generar presiones altas mediante un cilindro y un pistón. Cuando el pistón se mueve hacia la derecha, el aire entra al cilindro por la válvula de admisión; cuando se mueve hacia la izquierda, el aire se comprime y pasa a un depósito por un conducto muy fino. Los compresores Rotatorios: Los Compresores rotatorios producen presiones medias y bajas. Están una rueda con palas que gira en el interior de un recinto circular cerrado. El aire se introduce por el centro de la rueda y es acelerado por la fuerza centrífuga que produce el giro de las palas. La energía del aire en movimiento se transforma en un aumento de presión en el difusor y el aire comprimido pasa al depósito por un conducto fino. El aire, al comprimirlo, también se calienta. Las moléculas de aire chocan con más frecuencia unas con otras si están más apretadas, y la energía producida por estas colisiones se manifiesta en forma de calor. Para evitar este calentamiento hay que enfriar el aire con agua o aire frío antes de llevarlo al depósito.

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CONCLUSION.

En base a la investigación realizada Un sistema termodinámico es una parte del Universo que se aísla para su estudio. Este aislamiento se puede llevar a cabo de una manera real, en el campo experimental, por ejemplo una máquina térmica, o de una manera ideal como la máquina de Carnot, cuando se trata de abordar un estudio teórico. En base a la primera ley termodinámica expresa el principio de conservación de la energía, durante una interacción puede cambiar de una forma a otra, pero la cantidad de energía permanece constante, por lo tanto esta no puede crearse ni destruirse. De acuerdo con la segunda ley, la energía tiene tanto calidad como cantidad, y los procesos reales tienden a la disminución de su calidad. Un sistema termodinámico es la cantidad de materia a objeto de estudio. Este límite o frontera puede ser real o imaginario, todo lo que está afuera de dichas fronteras es el medio exterior. Por lo cual se pueden definir tres tipos de sistemas termodinámicos: cerrados, abierto y aislado. El sistema aislado, es aquel que no intercambia ni materia ni energía con su entorno, es decir se encuentra en equilibrio termodinámico. Un ejemplo de esta clase podría ser un gas encerrado en un recipiente de paredes rígidas lo suficientemente gruesas (paredes adiabáticas) como para considerar que los intercambios de energía calorífica sean despreciables y que tampoco puede intercambiar energía en forma de trabajo. Por lo consiguiente el sistema cerrado: Es el que puede intercambiar energía pero no materia con el exterior. Multitud de sistemas se pueden englobar en esta clase. El mismo planeta Tierra puede considerarse un sistema cerrado. Una lata de sardinas también podría estar incluida en esta clasificación. El sistema abierto, incluye la mayoría de sistemas que pueden observarse en la vida cotidiana.

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