UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA -UNADEscuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Cadena de Formación Industrial Termodinámica

HABILITACIÓN

TERMODINÁMICA

201015H_224

Elaborado por:

MARY LUZ GUALTEROS FONTECHA

Código: 1.101.753.337

Formador(a)

YAHIR ALFONSO MURCIA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

CEAD JOSE ACEVEDO Y GOMEZ

BOGOTÁ, D.C., Diciembre de 2015

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EQUIPOS PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

FLUIDOS QUE INTERVIENEN

COMPONENTES PRINCIPALES

IMAGEN O ESQUEMA

CALDERAS Y EQUIPOS AUXILIARES Las calderas

poseen una cámara donde se produce la combustión, con la ayuda del aire comburente y a través de una superficie de intercambio se realiza la transferencia de calor.

Las calderas funcionan aplicando el calor de un combustible gaseoso, líquido o sólido.Fluidos Agua en estado líquido, vapor de agua, Combustible como carbón, combustóleo y gas.

Hogar o fogón Puerta del Hogar Parrillas Ceniceros Puerta del

cenicero Altar Mampostería Conductos de

humo Caja de humo Chimenea Regulador de tiro

o Templador Tapas de

Registro Puertas de

Explosión Cámara de Agua Cámara de

Vapor Cámara de

Alimentación de Agua.

http://www.absorsistem.com/tecnologia/calderas/descripci%C3%B3n-de-calderas-y-

generadores-de-vapor

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TURBINAS Y EQUIPOS AUXILIARES

El fluido pasa a la cámara de combustión, allí se combina con el combustible y origina la ignición. Los gases calientes que fueron producidos en la combustión son conducidos a través de la turbina. Los gases se expansionan y mueven el eje accionando el compresor de la turbina y el alternador.

Aire

Gases Toma de aire Compresor Cámara de

combustión Turbina: Rotor,

carcasa y alabes

https://www.google.com.co/search?q=TURBINAS&espv=2&biw=1280&bih=699&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwi42uzyt9_JAhWKlh4KHUFeB-0Q_AUIBigB#tbm=isch&q=turbinas+y+equipos+auxiliares&imgrc=XOgb7HpMvuWCrM%3A

COMPRESORES Y TURBOCOMPRESORES

El fluido que pasa por el compresor obtiene la energía del mismo, aumentando su presión y forzándolo a salir.

Aire Motor Pistón Tanque de

almacenamiento

https:// www.emersonclimate.com

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BOMBAS DE PISTÓN A VAPOR

El fluido se mueve por la acción del movimiento de un perno del pistón, la sustancia se transporta a través de un eje por medio de una cámara que parece como cilindro. Mientras que el pistón se agita a través del cilindro, la presión se acumula forzando a la sustancia a pasar en la bomba.

Vapor de agua Tapa de Válvula Cilindro de Fuera

de borda Sellos de

Carcasa Válvula de

cheque Sellos de

rodamientos de pistón universal

Carcasas estándar

http//repositorio.sena.edu.co

BOMBAS CENTRIFUGAS

El fluido entra por el ojo del rodete y va adquiriendo energía a medida que las paletas del rodete lo van llevando hacia fuera en dirección radial.

Agua en estado

líquido

Carcasa

Impulsores

Anillos de

desgaste

Estoperas,

empaques y

sellos

https://www.google.com.co/url?

sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved

=0ahUKEwiMjvmqut_JAhWJXB4KHbatAZUQjB0IBg&url=https%3A

%2F%2Fes.wikipedia.org%2Fwiki%2FBomba_centr

%25C3%25ADfuga&psig=AFQjCNHBmcdaBaggL9H7xuPm4qM3V

KaqeQ&ust=1450323525184185

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BOMBAS DE CALOR El refrigerante atraviesa el evaporador disipándose por la absorción de calor de la habitación. El compresor adquiere el refrigerante en forma de gas, producto del evaporador, y le aumenta la presión haciéndolo moverse por el circuito frigorífico. El refrigerante expulsa el calor al ambiente en el condensador. Finalmente el refrigerante pasa por la válvula de expansión aumentando su volumen de manera que se evapora moderadamente, absorbe calor y se enfría.

Agua

Aire

Compresor

Condensador

Válvula de

Expansión

Evaporador

Http//html.rincondelvago.com

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MOTORES DE COMBUSTIÓN

INTERNA OTTO

En el motor ocurren cuatro tiempos: Admisión, compresión, explosión y escape. En el primer tiempo desciende el pistón y se absorbe una mezcla de aire y combustible, la válvula de escape mantiene cerrada y la de admisión abierta.  En el tiempo de compresión la válvula de admisión se cierra haciendo que el gas se comprima por el ascenso del pistón. En el tercer tiempo el gas alcanza su máxima presión, los motores Otto se enciende la mezcla por una chispa en la bujía, mientras en el motor diesel se introduce por el inyector el combustible muy pulverizado pero se inflama por la presión y la temperatura, los gases se expanden y empujan al pistón.

Oxigeno

Combustible

gasificado

Balancín de válvula

Tapa de válvulas Pasaje de

admisión Culata de

cilindros Cámara

refrigeración Bloque de motor Carter de motor Lubricante Eje de levas Regulador de

válvula Bujía de

encendido Pasaje de

Escape Pistón Biela Puño de biela Cigüeñal

https://www.computacioncuantica.com%2Fwp%2Fhistoria-del-motor-otto

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Finalmente en el cuarto tiempo o de escape los gases de combustión salen por la válvula de escape y el ciclo se reanude. 

MOTORES DE COMBUSTIÓN

INTERNA DIESEL

. En un motor de esta clase, a diferencia de lo que ocurre en un motor de gasolina la combustión no se produce por la ignición de una chispa en el interior de la cámara. En su lugar, aprovechando las propiedades químicas del gasóleo, el aire es comprimido hasta una temperatura superior a la de autoignición del gasóleo y el combustible es inyectado a presión en este aire caliente, produciéndose la combustión de la mezcla.

Oxigeno

Combustible Balancín de

válvula Tapa de válvulas Pasaje de

admisión Culata de

cilindros Cámara

refrigeración Bloque de motor Carter de motor Lubricante Eje de levas Regulador de

válvula Bujía de

encendido Pasaje de

Escape Pistón Biela Puño de biela Cigüeñal

motor.uncomo.com

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SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN

El evaporador absorbe el calor del espacio y lo enfría, mientras el refrigerante se evapora cambiando de estado de líquido a vapor. Luego el refrigerante en forma de vapor pasa al compresor, allí se comprime e incrementa su presión. El refrigerante de alta presión es conducido al condensador para expulsar el calor que contiene y el refrigerante pasa a ser un líquido frío.   Finalmente el refrigerante se transporta a la válvula de expansión para aumentar su volumen y facilitar su posterior evaporación.

Refrigerante en

estado líquido

Refrigerante en

estado gaseoso

Compresor

Condensador

Evaporador

Válvula de

Expansión

Purga de

Incondensables

profedaza.wordpress.com

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TORRES DE ENFRIAMENTO

La torre obtiene el agua a través de boquillas para ser distribuida por la mayor parte de la superficie.  El agua se enfría cuando al caer por la torre entra en contacto por una corriente de aire que fluye a contracorriente con una temperatura más baja que el del agua. Parte del agua se evapora y es retirada a través de ventiladores ubicados en la parte superior de la torre.

Agua Empaque

Charola de

distribución

Persianas

Eliminadores de

arrastre

Ventilador

Motor

http://foromantenimientoindustrial.blogspot.com.co/2011/07/tratamientos-quimicos-para-torres-de.html

INTERCAMBIADORES DE CALOR

Dos corrientes de fluidos se mueven de manera viceversa y paralela a través de una partición interior. De esta manera la corriente de fluido fría se puede calentar hasta alcanzar la misma temperatura de la corriente del fluido caliente que sale y viceversa.

Aire

Gas

Liquido

Deflectores

Cabezal flotante

Cabezal Fijo

Haz de tubos

Carcasa

Placa tubular

https://www.google.com.co/search?q=TURBINAS&espv=2&biw=1280&bih=699&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwi42uzyt9_JAhWKlh4KHUFeB-0Q_AUIBigB#tbm=isch&q=intercambiador+de+calor+de+pl

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acas&imgrc=JDlEtQcXZIUCHM%3A

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2. Tema: En una industria farmacéutica es necesario realizar la inactivación de unos lodos que se generan como residuos biológicos de los procesos internos. El proceso de inactivación se lleva a cabo aumentando la temperatura de los lodos hasta los 90ºC con el uso de vapor, y luego, disminuyéndola de forma rápida hasta la temperatura ambiente mediante un refrigerante, el objetivo es enviar los lodos a una laguna de oxidación. Para el desarrollo del proceso se usa una caldera que genera el vapor requerido para el calentamiento de los lodos, de igual forma la caldera alimenta un turbogenerador que será el encargado de producir la energía necesaria para hacer funcionar el equipo de refrigeración empleado para enfriar el refrigerante.

Con base en la descripción del tema, se deberá elaborar una propuesta con los siguientes aspectos:

a. Diagrama de bloques del proceso, deben indicarse corrientes de entrada y salida (Ver Ejemplo Problema 1), se recomienda usar un bloque para cada equipo involucrado. El diagrama debe elaborarse en Excel.

b. Identificar el o los sistemas termodinámicos involucrados y definir los alrededores.

c. Elaborar una tabla en Excel que contenga los siguientes puntos de acuerdo a la situación asignada:

Equipos involucrados. Sistemas termodinámicos que generan o consumen energía. Operaciones que ocurren en cada equipo. Tipo de procesos termodinámicos realizados en cada uno de los equipos. Definición de variables termodinámicas para cada uno de los equipos, que permitan

cálculos de trabajo y energía. Tipo de energía asociada al equipo.

EQUIPO SISTEMAS OPERACIONES PROCESOS VARIABLES ENERGIA

BOMBA CENTRIFUGA

Impulsor Bombeo Isocórico e Isotérmico

Presión Trabajo

DESAIREADORMezcla de

Agua Fresca y

Condesando

Remueve Aíre Isotérmico Presión Trabajo

CALDERAAgua líquida Calentamiento Isocórico Presión,

temperaturaCalor, trabajo

TURBOGENERADORVapor de

aguaProducción

energíaIsocórico e Isotérmico

Presión Trabajo

COMPRESOR Gas tratado Compresión Isotérmico Presión TrabajoINTERCAMBIADOR

DE CALORGas

ComprimidoEnfriamiento Isocórico Temperatura Calor

TANQUE DE ALMACENAMIENTO

Fluidos Almacenamiento Isocórico e Isotérmico

Presión Trabajo

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3. Desarrollo de la fase 3 del proyecto de curso

Con base en los datos establecidos para el Tema de la habilitación, el estudiante deberá desarrollar los siguientes cálculos termodinámicos: Se tiene los siguientes datos disponibles:

Temperatura inicial de los lodos: 32ºC Temperatura final de los lodos: Temperatura ambiente Calor específico de los lodos: 3,920 kJ/kg Producción diaria de lodos: 3200kg Porcentaje de energía producida en el turbogenerador y destinada al equipo de

refrigeración: 30% Refrigerante utilizado: Amoniaco. Temperatura de ingreso del refrigerante: -12ºC Temperatura de salida del refrigerante: 8ºC Eficiencia del equipo de refrigeración: 35% Eficiencia del turbogenerador: 68%

a. Determinar la cantidad de vapor requerida para el calentamiento de los lodos. b. Determinar la cantidad de refrigerante requerida en el enfriamiento. c. Determinar la potencia del turbogenerador empleada para la refrigeración. d. Determinar la cantidad de vapor que ingresa al turbogenerador procedente de la caldera.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Múnera, Rubén Modulo Termodinámica. UNAD 2013, (Pág, 207)

Artículos de la Web

http://www.fenercom.com/pdf/publicaciones/Guia-basica-calderas-industriales-eficientes-

fenercom-2013.pdf

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http://www.absorsistem.com/tecnologia/calderas/descripci%C3%B3n-de-calderas-y-

generadores-de-vapor

http://mmindustriales.com/manuales/Manual_Operadores_de_Caldera.pdf

Características Generales de las bombas centrifugas, recuperado en

http://ocwus.us.es/ingenieria-agroforestal/hidraulica-y-riegos/temario/Tema

%207.%20Bombas/tutorial_05.htm

Termodinámica segundo principio, recuperado en

http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo2p/refrig.html

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