Universidad de las Fuerzas Armadas – ESPE

Laboratorio de Termodinámica

Nombre: Esteban Medina Andrade

NRC: 2028

Fecha de entrega: 16 de enero de 2015

CONSULTAS

Clases de trampas de vapor

El vapor es generado en una caldera y es transportado a través de la tubería hasta los equipos de vapor.

Estas tuberías deben estar correctamente aisladas o con recubrimiento con el fin de prever la pérdida de calor, no obstante parte de calor es radiado al medio ambiente. En este transporte el vapor cede calor a las paredes de la tubería y empieza a condensar en agua (agua caliente) y a depositarse en el fondo de la misma. Si este condensado se le permite mantenerse en la tubería, le ocasionará tanto perdida de calor como bloqueo con sus correspondientes consecuencias.

Similarmente cuando el vapor ingresa en los equipos, el calor es transferido a través de las paredes al fluido o producto empezando su calentamiento. Como el vapor cede su calor este condensa, el condensado así formado comienza a acumularse en el espacio destinado para el vapor en el equipo.

Las trampas para vapor, son empleadas para funciones que no son tan aparentes. Cuando el sistema de vapor se interrumpe o apaga, aire ingresa en las tuberías para ocupar el espacio del vapor en compañía con el condensado generado. Las trampas para vapor deben por tanto desalojar ese aire en el momento de arranque de estos sistemas.

En resumen, las tres importantes funciones de las trampas para vapor son:

1. Descargar condensado.

2. No permitir escape de vapor.

3. Ser capaces de desalojar aire y gases.

Existen varios tipos de trampas para vapor, no todas ellas son capaces de cumplir correctamente las funciones antes mencionadas. Dichas trampas se pueden clasificar en tres principales categorías:

1. Mecánicas.

2. Termostáticas.

3. Termodinámicas.

Las trampas mecánicas trabajan con el principio de diferencia entre la densidad del vapor y la del condensado. Por ejemplo, un flotador que haciende a medida que el nivel del condensado se incrementa, abriendo una válvula, pero que en presencia del vapor la mantiene cerrada.

Las trampas mecánicas no pueden permitir el venteo de aire o de gases no condensables, sin embargo puede incorporarse un elemento térmico en algunas versiones. Estos elementos son versiones miniaturas de las trampas termostáticas.

Las trampas termostáticas operan por la percepción de la temperatura del condensado. Cuando la temperatura cae a un específico valor por debajo de la temperatura del vapor, la trampa termostática abrirá para liberar el condensado.

Finalmente, la tercera categoría es la trampa termodinámica, la cual opera con la diferencia entre el flujo del vapor sobre una superficie, comparada con el flujo del condesado sobre la misma superficie.

El vapor o el gas fluyendo sobre la superficie crea un área de baja presión. Este fenómeno es empleado para mover la válvula hacia el asiento y así cerrar su paso.

La trampa termodinámica opera con la diferencia entre el flujo del vapor sobre una superficie, comparada con el flujo del condesado sobre la misma superficie.

El vapor o el gas fluyendo sobre la superficie crea un área de baja presión. Este fenómeno es empleado para mover la válvula hacia el asiento y así cerrar su paso.

CLASIFICACIÓN DE LAS CALDERAS

Se clasifican según diversos criterios, relacionados con la disposición de los fluidos y su circulación, el mecanismo de transmisión de calor dominante, aspectos estructurales, modo de intercambio de calor, la forma del quemado del combustible, forma de alimentación del agua y otros muchos factores.

Basándose en algunos de estos criterios las calderas se pueden clasificar en:

a) Calderas humo tubulares:

En estas calderas son los humos los que circulan por dentro de tubos, mientras que el agua se calienta y evapora en el exterior de ellos.Todo este sistema está contenido dentro de un gran cilindro que envuelve el cuerpo de presión.

Los humos salen de la caldera a temperaturas superiores a 70 C de forma que se evita la condensación del vapor de agua que contienen, evitando así problemas de formación de ácidos y de corrosión de la caldera. Al evacuar los humos calientes, se producen pérdidas de energía con la consiguiente bajada del rendimiento de la caldera.

La caja de humos (colector de humos), es la parte de la caldera donde confluyen los gases de la combustión en su recorrido final, que mediante un tramo de conexión se conducen a la chimenea.

b) Calderas acuotubulares:

Por dentro de tubos circula el agua y la mezcla de agua y vapor. Por fuera, generalmente en flujo cruzado, intercambian calor los humos productos de la combustión. En este tipo de calderas además el hogar (recinto donde se produce la combustión) está conformado por paredes de tubos de agua. En ellas el intercambio es básicamente por radiación desde la llama.

En este tipo de calderas es el agua o fluido térmico que se pretende calentar, es la que circula por el interior de los tubos que conforman la cámara de combustión y que están inmersos entre los gases o llamas producidas por la combustión. El vapor o agua caliente se genera dentro de estos tubos.

Existen dos tipos de agrupaciones de tubos, de subida y de bajada que se comunican entre sí en dos domos.

c) Calderas piro tubulares:

En este tipo de caldera el humo caliente procedente del hogar circular por el interior de los tubos gases, cambiando de sentido en su trayectoria, hasta salir por la chimenea.El calor liberado en el proceso de combustión es transferido a través de las paredes de los tubos al agua que los rodea, quedando todo el conjunto encerrado dentro de una envolvente o carcasa convenientemente calorifugada.

A través de este recorrido, el humo, ceden gran parte de su calor al agua, vaporizándose parte de esta agua y acumulándose en la parte superior del cuerpo en forma de vapor saturado. Esta vaporización parcial del agua es la que provoca el aumento de la presión del interior del recipiente y su visualización en el manómetro.Su rendimiento global esperado a lo largo de su vida útil no supera el 65% en el mejor de los casos.

Este tipo de generadores, por su diseño no admiten presiones de trabajo elevadas, más allá de las dos o tres atmósferas; son de construcción sencilla y disponen de moderada superficie de intercambio, por lo no se utilizan para elevadas producciones de vapor.Son en compensación, muy económicos en costo y de instalación sencilla, por lo que su utilización actual primordial es para calefacción y producción de vapor para usos industriales.

Clases de Torres de enfriamiento:

Las torres de enfriamiento son un tipo de intercambiadores de calor que tienen como finalidad quitar el calor de una corriente de agua caliente, mediante aire seco y frío, que circula por la torre.El agua caliente puede caer en forma de lluvia y al intercambiar calor con el aire frío, vaporiza una parte de ella, eliminándose de la torre en forma de vapor de agua.

Las torres de enfriamiento se clasifican según la forma de suministro de aire, en:

- Torres de circulación natural

- Atmosféricas: El movimiento del aire depende del viento y del efecto aspirante de los aspersores. Se utiliza en pequeñas instalaciones. Depende de los vientos predominantes para el movimiento del aire.

- Tiro natural: El flujo del aire necesario se obtiene como resultado de la diferencia de densidades, entre el aire más frío del exterior y húmedo del interior de la torre. Utilizan chimeneas de gran altura para obtener el tiro deseado. Debido a las grandes dimensiones de estas torres se utilizan flujos de agua de más de 200000gpm. Es muy utilizado en las centrales térmicas. A continuación se muestra el funcionamiento de una torre de enfriamiento con tiro natural:

- Torres de tiro mecánico

El agua caliente que llega a la torre es rociada mediante aspersores que dejan pasar hacia abajo el flujo del agua a través de unos orificios.

El aire utilizado en la refrigeración del agua es extraído de la torre de cualquiera de las formas siguientes:

- Tiro inducido: el aire se succiona a través de la torre mediante un ventilador situado en la parte superior de la torre. Son las más utilizadas. A continuación se muestra el funcionamiento de las torres de tiro inducido:

- Tiro forzado: el aire es forzado por un ventilador situado en la parte inferior de la torre y se descarga por la parte superior. A continuación se muestra el funcionamiento de las torres de tiro forzado:

- Torres de flujo cruzado. El aire entra por los lados de la torre fluyendo horizontalmente a través del agua que cae. Estas torres necesitan más aire y tienen un coste de operación más bajo que las torres a contracorriente.

A continuación se muestra el funcionamiento de las torres de flujo cruzado:

Clases de intercambiadores de calor

Es un equipo de transferencia de calor cuya función es cambiar la entalpía de una corriente. En otras palabras, un intercambiador transfiere calor entre dos o más corrientes de proceso a diferentes temperaturas. Usualmente no existen partes móviles en un intercambiador de calor, sin embargo, hay excepciones, tales como los regeneradores.

Los intercambiadores de calor se clasifican de la manera siguiente:

-Contacto indirecto o recuperadores:

- Tubos concéntricos o doble tubo. Los intercambiadores de calor de tubos concéntricos o doble tubo son los más sencillos que existen. Están constituidos por dos tubos concéntricos de diámetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el interior del tubo de menor diámetro y el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos.

- Coraza y tubosEl intercambiador de calor de coraza y tubos es el más utilizado en la industria. Está formado por una coraza y por multitud de tubos. Se clasifican por el número de veces que pasa el fluido por la coraza y por el número de veces que pasa el fluido por los tubos.

- PlacasUn intercambiador de calor de placas consiste en una sucesión de láminas de metal armadas en un bastidor y conectadas de modo que entre la primera y la segunda placa circule un fluido, entre la segunda y la tercera otro, y así sucesivamente. Estas placas están separadas por juntas, fijadas en una coraza de acero.La circulación de estos fluidos puede tener diferentes configuraciones, en paralelo y contracorriente.

- CompactoLos intercambiadores de calor compactos están diseñados para conseguir una gran área superficial de transferencia de calor por unidad de volumen.

En los intercambiadores compactos, los dos fluidos normalmente se mueven en direcciones ortogonales entre sí. Esta configuración del flujo recibe el nombre de flujo cruzado. El flujo cruzado se clasifica en mezclado (uno de los dos fluidos fluye libremente en dirección ortogonal al otro sin restricciones) y no mezclado (se ponen unas placas para guiar el flujo de uno de los fluidos).

- RegeneradoresEn un regenerador, la transferencia de calor entre dos corrientes es transportada por el paso alternado de fluidos calientes y fríos a través de un lecho de sólidos, el cual tiene una apreciable capacidad de almacenamiento de calor. El fluido caliente proporciona calor a los sólidos que se calientan de forma gradual; pero antes de llegar al equilibrio los flujos son cambiados y entonces el fluido frío remueve el calor del lecho.Los regeneradores ofrecen la ventaja de un área de superficie grande por unidad de volumen y bajo coste comparado con los intercambiadores de coraza y tubos. Además, son fáciles de limpiar, y la coraza puede ser fácilmente reemplazada.

-Contacto directo:

- Torres de enfriamientoLas torres de enfriamiento son un tipo de intercambiadores de calor que tienen como finalidad quitar el calor de una corriente de agua caliente, mediante aire seco y frío, que circula por la torre.

Diferencia entre condensador e intercambiador de calor

Un condensador es un cambiador de calor latente que convierte el vapor (en estado gaseoso) en vapor en estado líquido, también conocido como fase de transición. El propósito es condensar la salida (o extractor) de vapor de la turbina de vapor para así obtener máxima eficiencia e igualmente obtener el vapor condensado en forma de agua pura de regreso a la caldera; mientras que un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios, que estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto.

Válvula Solenoide

La llamada válvula solenoide responde a pulsos eléctricos respecto de su apertura y cierre. Eventualmente controlable por programa, su aplicación más recurrente en la actualidad, tiene relación con sistemas de regulación hidráulica y neumática.

El mecanismo que acopla y desacopla el motor de arranque de los motores de combustión interna en el momento de su puesta en marcha es un solenoide.

Bomba de combustibleUna bomba de combustible es un dispositivo que le entrega al fluido de trabajo o combustible la energía necesaria para desplazarse a través del carburador para luego entrar en la válvula de admisión donde posteriormente pasa al cilindro.

Las presiones con las que trabaja la bomba dependen en gran medida del tipo de motor que se tenga. Así, cuanta más potencia necesite un motor, mayor caudal de combustible hará falta, por lo que se necesitará una bomba de mayor potencia.

Bombas mecánicasLas bombas de combustible mecánicas son uno de los dos tipos más importantes de bombas de combustible. Estas bombas se usan en motores con carburadores. Se llaman bombas mecánicas porque operan mecánicamente -por ejemplo, su operación depende del giro de una vara de la leva, la cual manipula una palanca que jala un diafragma que opera válvulas que permiten que salga el combustible fuera del tanque y dentro del sistema de combustible. Estas bombas son de baja presión y operan a tan solo 4 o 6 psi. Generalmente se montan sobre el motor.

Bombas eléctricasLas bombas de combustible eléctricas son el segundo tipo principal de bombas de combustible. Se usan en motores con sistemas de inyección de combustible. Estas bombas no requieren una leva excéntrica sobre una vara de leva para operar, y pueden operar a presiones mucho más altas que las bombas de combustible mecánicas. La mayoría de las

bombas de combustible eléctricas operan entre 30 a 40 psi. De hecho algunos sistemas de inyección de combustible hacen uso de dos bombas de combustible eléctricas. Una está montada en el tanque y la otra está montada en, o cerca del motor.

Bombas turboUn tercer tipo de bomba de combustible es menos conocido debido a que se localiza solo en los motores de reacción y de cohete. Estas bombas se llaman bombas turbo. Son centrífugos y obtienen su propulsión ya sea de un dispositivo de aire de impacto o de una turbina de gas.