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TOBERAS la tobera es un ducto con rea de seccin transversal uniformemente variable en el c ual se acelera un flujo de vapor o gas, transformando su energa potencial manifes tada en alta temperatura y presin en energa cintica. Existen diferentes tipos de toberas: toberas de presin toberas rotativas. TOBERAS Una tobera de rociada o boquilla pulverizadora es un dispositivo empleado para d ividir un liquido en gotitas. Las aplicaciones de estas toberas son numerosas y variadas, y en consecuencia, se emplea un gran nmero de modelos. Todas las tobera s de rociada pueden clasificarse en alguno de los tipos siguientes: Toberas de presin Toberas giratorias o rotativas Toberas atomizadoras por gas Toberas de Presin En las que el liquido esta a presin y se divide por su inherente estabilidad y su choque con la atmsfera, o bien por su choque con otro chorro o con una placa fij a. Las toberas de presin son generalmente o mejor dicho relativamente sencillas, pe queas y poco costosas y consumen por lo general menos potencia que otros tipos. P ueden emplearse con todos los lquidos que contengan una viscosidad menor que unos 300 a 500 seg. Saybolt y que no contengan partculas slidas mayores que los pasaje s de la tobera. Toberas de cono hueco Las toberas de presin tienen un campo de aplicacin muy vasto y se encuentran en el comercio en una gran variedad de modelos y tamaos. La ms comn es la llamada de con o hueco y en ella se alimenta el lquido a una cmara por pasajes tangenciales o por una espiral fija, de modo que adquieran rpido movimiento de rotacin. El orificio est colocado en el eje de la cmara de remolinos y el lquido sale en una lmina con fo rma de cono hueco que luego se divide en gotas. Se representan tres modelos de e stas toberas. Dichas toberas se construyen con orificios de 0.5 mm (0.02'') a 51 mm (2'') de dimetro, con gastos de derrame correspondientes de 0.038 a ms de 760 l/min. Los tamaos mayores se emplean para los estanques de enfriamiento, para lav ar grava y arena, airear agua, etc., y suelen trabajar a presiones relativamente bajas. Las toberas ms pequeas se emplean para el secado por pulverizacin, los lava dores y los humidificadores de aire, los quemadores de petrleo, la absorcin de gas es, etc., y suelen funcionar con presiones algo ms altas. Como en las toberas de presin la capacidad de una tobera dad es casi proporcional a la raz cuadrada de la presin, salvo a presiones extremadamente altas a las cuales los rozamientos limi tan la descarga o derrame. Las presiones de trabajo no suelen ser superiores a 2 1 kg./cm.2, salvo en casos especiales, como la pulverizacin de leche, en la que s e emplean presiones de 70 a 490 kg./cm2. Para un diseo dado de tobera, la descarg a a presin constante es aproximadamente proporcional al rea del orificio, aunque e n este no corra el liquido llenndolo totalmente. La descarga o derrame no vara muc ho con la viscosidad del fluido, hasta que esta sea mayor de 10 veces la del agu a. El ngulo comprendido en el cono de rociada suele aumentar con la presin lentame nte hasta un mximo y luego disminuye, pero depende en gran parte de las proporcio nes de la tobera. Una espiral con un paso corto, produce una rociada de cono anc ho, mientras que inversamente, una espiral de paso grande da una de cono cerrado . El ngulo puede ser de 15 a 135 grados, pero no siempre resulta posible la obten cin de toberas comerciales que nos den el ngulo deseado cuando la presin y el gasto de derrame son tambin fijos. Las toberas de cono cerrado tienden a la produccin d e un cono macizo ms bien que uno hueco. Toberas de cono macizo Esta tobera es una modificacin de la de cono hueco y se emplea cuando se desea ab arcar por completo una superficie fija. Se emplea en ciertas aplicaciones de lav ado, para enfriar y airear agua, y para otros fines en que resulte ventajosa la

distribucin especial ms que uniforme. La tobera es en esencia una de cono hueco a la que se le ha aadido un chorro axial que choca contra el liquido en rotacin just amente en el orificio. La divisin del lquido se debe en gran parte a este choque y a la turbulencia resultante. El fluido parece salir del orificio en forma de go tas mientras que en la de cono hueco suele observarse por lo general una lmina cni ca corta que luego se rompe en gotitas fuera del orificio. Para obtener una dist ribucin espacial uniforme es necesario disear la tobera de modo que exista una pro porcin adecuada entre la cantidad de lquido alimentado al chorro central, la canti dad del que se hace girar y el tamao del orificio. Normalmente, es mayor la canti dad de liquido que se puede hacer girar que la del chorro axial. Puede conectars e una tubera independiente de alimentacin para el chorro central, de modo que pued an mezclarse ntimamente dos lquidos o un lquido y un gas. Esto frecuentemente resul ta til en ciertas aplicaciones qumicas. El ngulo comprendido en el cono macizo es funcin del diseo de la boquilla y es casi independiente de la presin. Varias toberas comerciales de cono macizo producen c onos con ngulos comprendidos que van de 30 a 100 grados. Con un diseo especial pue de conseguirse una rociada de cono macizo sin chorro central con ngulo comprendid o tan grande como 100 grados. Las toberas de cono macizo no suelen encontrarse en el comercio en tamaos tan peq ueos como las del cono hueco, pero los tamaos corrientes tienen gastos de derrame que van desde menos de 3.8 l/min. Hasta varios centenares de litros por minuto. Toberas de abanico Un tercer modelo de tobera de presin es la llamada de abanico. Por medio de corte s fresados o canales en la cara posterior de la placa del orificio, y a veces de un orificio alargado, o por medio de dos chorros inclinados, se hace que el flu ido salga en lmina de forma de abanico que luego se rompe en gotitas. Debido a la tensin superficial, los bordes de la lmina estn por lo general limitados por corri entes macizas o cuernos, en particular en los tamaos ms pequeos, que pueden compren der entre una cuarta parte y la mitad de la cantidad total de lquido pulverizado. Esas corrientes se rompen en corrientes ms gruesas que la lamina central. Los cu ernos no suelen ser tan acusados en los tamaos mayores, ni para ngulos comprendido s por la rociada inferior a unos 50 grados. Las toberas de abanico son tiles cuan do se desea distribuir el lquido siguiendo una lnea determinada, como sucede cuand o se lava, se limpia, se recubre o se enfra un material en un proceso continuo. E l ngulo del abanico es de 10 a 130 grados en las toberas normalizadas y sus capac idades oscilan entre 0.38 y 76 l/min. Toberas de choque Otro tipo de tobera utilizada para ciertos fines especiales es el de choque. Se hace chocar a una corriente maciza de lquido a presin contra una superficie fija o contra otra corriente anloga. Mediante una orientacin y una forma adecuada de la placa o variando el tamao y la direccin de las dos corrientes de fluidos es posibl e obtener un cono hueco o una lamina en forma de abanico o de disco. Con toberas de choque es posible producir gotas de tamaos mas uniformes que con otros tipos de toberas de presin, si se mantiene la corriente laminar. En estos ltimos tipos e s extremadamente difcil conseguir la corriente laminar debido a sus piezas esenci ales interiores. Por el contrario, los orificios de las toberas de choque pueden proyectarse para que produzcan flujo laminar si se toman las precauciones aprop iadas y se aplican a operaciones continuas como el lavado de gases y a reaccione s qumicas entre un liquido y un gas en las que los tamaos mas uniformes de las got as conducen en total a una economa a pesar del mayor costo de las toberas. Suelen usarse en el humidificador de aire. Toberas de niebla para extinguir incendios Hay en el mercado varias toberas especiales de rociada para extinguir incendios, especialmente los producidos en petrleos y sus aceites. Corrientemente son de pr esin diseados para producir una densa capa o niebla de gotas de agua relativamente p equeas. Su efecto extintor se debe primordialmente al enfriamiento de los gases q uemados por su contacto con las gotas de agua y principalmente por la evaporacin de dichas gotas. Se consume una cantidad de agua relativamente pequea, en compara cin con la gastada por las mangueras ordinarias. Por lo que reducen la inundacin y

el esparcimiento consiguiente de los lquidos en llamas. Comnmente se emplea un ca bezal o distribuidor mltiple de rociadas que comprende varias toberas de alguno d e los tipos corrientes. Sirve ello para producir pequeas gotas y formar adems una manta de rociado de un volumen relativamente grande. Estas toberas trabajan a pr esiones de 3.5 a 14 kg./cm, y descargan hasta 760 l/min. 1.2 Toberas Rotativas La parte fundamental de una tobera rotativa es un disco o una copa generalmente conectado directamente a un motor elctrico. El lquido que se pulveriza se alimenta bajo presin al centro del disco rotativo. Se emplean diversos modelos de discos, con el fin de mejorar las caractersticas de la rociada. A menudo se ponen aletas a la periferia del disco, o se montan independientemente a corta distancia de e lla, para facilitar la dispersin o eliminar algunas de las gotas ms grandes. La to bera rotativa es particularmente til para pulverizar o rociar lquidos viscosos, le chadas, y lquidos que contengan partculas slidas que obstruiran otras toberas; se em plea tambin en algunos lavadores de aire, en pequeos aparatos para humedecer aire y en los quemadores de petrleo para uso domestico. El lquido pulverizado es lanzad o en todas las direcciones en el plano del disco, y esto es a menudo un inconven iente. La velocidad del disco, depende de la aplicacin y del tamao de la tobera y vara entre unos cuantos cientos y varios miles de r.p.m. La cantidad de lquido pul verizado se controla fcilmente entre lmites extensos. Los pequeos aparatos solo roca n unos litros por hora para humedecer aire, en tanto que los grandes funcionan c on un gasto de derrame de 378 l/min. El tamao de las gotas producidas se modifica cambiando la velocidad de rotacin y dicho gasto, siendo las grandes velocidades y los bajos gastos los que dan gotas ms pequeas. Las toberas rotativas necesitan p or lo general ms potencia para funcionar que las de presin, para una aplicacin dete rminada. Esto se debe probablemente a las perdidas por rozamientos entre el disc o y el liquido, y entre este y el aire. Y adems, a menudo hay que usar una bomba para suministrar lquido al disco. Las toberas rotativas son relativamente grandes y costosos y no suelen emplearse en los casos en que pueden aplicarse las de pr esin. 1.3. Toberas Atomizadoras El lquido se pulveriza por su choque con una corriente de gas a gran velocidad, g eneralmente de aire o vapor. El lquido puede alimentarse bajo presin por la carga hidrulica debida a su densidad o por aspiracin por el efecto del inyector de la co rriente de gas. El contacto entre el lquido y el gas, puede tener lugar completam ente fuera de la tobera dentro de una cmara en la cual sale el lquido pulverizado por un orificio. La forma de la nube de rociado se controla variando la forma de l orificio en los tipos de mezcla interna y por medio de chorros auxiliares de g as en el mezcla externa. Toberas Rotativas Las toberas rotativas de mxima presin estn indicadas para limpieza de conducciones con hasta 1000 bar. Permiten la eliminacin de las incrustaciones ms duras en los d epsitos de los tubos intercambiadores de la industria qumica y las instalaciones n ucleares, al igual que los tubos de acero en la industria. Campo de aplicacin 12 - 200 mm - Presin de trabajo hasta 1.000 bar El motor cohete termoqumico Una de las aplicaciones que tienen las toberas es precisamente en este motor. Lo s motores cohetes termodinmicos pueden dividirse en dos segn el combustible utiliz ado: propulsante (o propelente) liquido y de propulsante slido Este motor cohete de propulsante a lquido funciona as: El comburente y el combusti ble se bombean a travs de la placa de inyectores a la cmara de combustin, donde se efecta esta a grande presin. Los gases de combustin a alta presin y alta temperatura se expanden a medida que fluyen por la tobera, y como resultado salen de esta a gran velocidad. El cambio de cantidad de movimiento que implica este aumento de velocidad, da lugar al empuje hacia adelante (reaccin propulsiva) ejercida sobre el vehculo. DIFUSORES Un difusor es un dispositivo que aumenta la presin de un fluido. Es una tobera in versa por lo tanto el rea de entrada es menor que el rea de salida y por consiguie nte la velocidad se disminuye dentro del difusor. La transferencia de calor es m

uy pequea y

Despreciable, por esto se consideran como adiabticos. Debido a los cambios que ha y en la velocidad el cambio en la energa cintica es bastante apreciable y como el fluido experimenta poco o ningn cambio en la elevacin la energa potencial es despre ciable. Difusores Los difusores variables son vlvulas que cambian su seccin de paso cuando se modifi can las propiedades del fluido que las cruza. Los carburadores son las mquinas qu e los utilizan con mayor frecuencia aunque sirven tambin en otros mezcladores. Un difusor variable tiene una seccin convergente, la garganta y una seccin diverge nte. El fluido es subsnico y la presin del gas o de la mezcla de gases, se expande en la seccin convergente, alcanzado el mayor vaco relativo en la garganta. Un mec anismo externo que puede ser una campana de vaco o un fuelle, utiliza la presin de vaco para mover la puerta del difusor. Los difusores variables son autmatas que obedecen a la velocidad del fluido medid a con el nmero de Mach. Como la forma fsica del difusor difcilmente puede ser un tu bo venturi perfecto siempre existirn prdidas por contraccin del chorro. Lo ms interesante de este mecanismo es que si se conoce la forma como varan los co eficientes de perdidas, l es un sensor de la velocidad del flujo de peso. DIFUSOR: Los difusores son utilizados comnmente en maquinas de chorro, cohetes, naves espa ciales e incluso mangueras de jardn. Un difusor es un dispositivo que aumenta la presin del fluido retardndolo, el rea de la seccin transversal de un difusor aumenta en la direccin del flujo subsnico y disminuye cuando se trata de flujos supersnico s. La relacin de transferencia de calor entre el fluido que fluye por un difusor y los alrededores suele ser muy pequea (despreciable) aunque estos dispositivos n o estn aislados, debido principalmente a las altas velocidades que tienen los flu idos y que por ello no permanecen el tiempo suficiente en el dispositivo para qu e suceda alguna transferencia de calor significativa. Por consiguiente ante la a usencia de datos de transferencia de calor el flujo a travs de los difusores es c onsiderado adiabtico. El trmino de trabajo para los difusores es cero porque estos dispositivos son bsicamente ductos de forma apropiada y no incluyen eje o alambr es de resistencia elctrica. Los difusores requieren de velocidades muy altas u cu ando un fluido pasa por l, experimente grandes cambios en su velocidad, en consec uencia los cambios en la energa cintica deben ser considerados al analizar el fluj o a travs de estos dispositivos. A menudo el fluido experimenta poco o ningn cambi o en su elevacin cuando fluye por un difusor y por tanto el termino de energa pote ncial puede omitirse. RENDIMIENTO ISENTROPICO: Cuanto ms cerca se aproxima el proceso real al proceso isentropico idealizado, t anto mejor se desempeara el dispositivo. Por ello sera deseable tener un parmetro q ue exprese cuantitativamente que tan eficiente es el acercamiento de un disposit ivo real a uno idealizado. Ese parmetro es el rendimiento isentropico, que es una medida de la desviacin que tiene el proceso real de los idealizados correspondie ntes. IRRREVERSIBILIDADES: Cualquier diferencia entre el trabajo reversible y el trabajo til se debe a las i rreversibilidades presentes durante el proceso y se denomina irreversibilidad. E n todos los procesos reales la irreversibilidad es una cantidad positiva, ya que el trmino de trabajo es positivo para dispositivos que producen trabajo, y negat ivo si para dispositivos que consumen trabajo. La irreversibilidad se considera como la oportunidad perdida para hacer trabajo. Representa la energa que podra hab

erse convertido en trabajo pero que no lo fue. Cuanto ms pequea es la irreversibil idad asociada con un proceso, cuanto mayor ser el trabajo producido. Para mejorar el rendimiento de sistemas de ingeniera complejos deben localizarse las fuentes primarias de irreversibilidad asociadas con el componente en el sistema y deben realizarse esfuerzos para minimizarlas. se denomina proceso isentrpico a aquel proceso en el cual la entropa del sistema p ermanece incambiada. La palabra isoentrpico se forma de la combinacin del prefij o iso que significa igual y la palabra entropa. Si un proceso es completamente reversible, sin necesidad de aportarte energa en f orma de calor, entonces el proceso es isentrpico. En los procesos isentrpicos o reversibles, no existe intercambio de calor del sis tema con el ambiente, entonces se dice que el proceso es tambin adiabtico. Para lograr que un proceso reversible sea isoentrpico, se asla trmicamente el siste ma, para impedir el intercambio de calor con el medio ambiente. Muchos sistemas de ingeniera, como bombas, turbinas y difusores son esencialmente adiabticos (no intercambian calor con el medio), y funcionan mejor cuando las ir reversibilidades como la prdida de energa por friccin, son minimizadas. De esta man era, los procesos isentrpicos son tiles como modelo de procesos reales, y tambin se puede Si suponemos un gas ideal, podemos decir que un flujo de este gas, que sea adiabt ico y reversible, es un flujo isentrpico. Si tenemos a dicho gas en un sistema cerrado, podemos decir que el cambio de ene rga es igual a la suma del trabajo ms el calor aportado: En un proceso isentrpico, la variacin de calor dQ es igual a cero, entonces tenemo s que el cambio de energa dU es igual al trabajo realizado sobre el sistema (dW). Como estamos considerando un gas ideal como sistema, sobre el cual se ejerce una fuerza de compresin o descompresin, el trabajo realizado sobre el gas est relacion ado con la variacin de su volumen como describe la siguiente frmula: Donde p es la presin y dV la variacin de volumen del gas. Como dijimos ms arriba, en el proceso isentrpico el trabajo es igual al cambio de energa del sistema y depende de la presin y el volumen del gas, entonces el cambi o de energa tambin depender de la presin y el volumen: La descompresin rpida de un gas, en un compresor aislado trmicamente, es un proceso casi isentrpico. Esto se puede demostrar experimentalmente, si se cuenta con com presor y un contenedor de gas comprimido aislado trmicamente, con indicadores de temperatura y de presin, que adems cuente con una vlvula de liberacin rpida del gas. Lo que se debe hacer es tomar los datos de presin y temperatura y graficarlos. L uego comparar los resultados con lo que sucedera en un proceso isentrpico. Los res ultados sern similares. En la foto de arriba observamos un dispositivo con el cual se puede llevar a cab o el experimento descrito, son su fuente de aire comprimido, indicador de presin, indicador de temperatura y vlvula de apertura rpida.