Termotecnia

1
Termotecnia

• Conceptos fundamentales
• El primer principio de la termodinámica
• Propiedades de las sustancias puras.Gases ideales
• El segundo principio de la termodinámica
• Entropía y análisis exergético
• Estudio del vapor de agua
• Mezcla de gases ideales. Psicrometría
• Combustión
• Turbomáquinas térmicas

2
Conceptos fundamentales
3
Conceptos
4
Definición de sistema,frontera y medio circundante
Sistema ?Parte de materia o región aislada
imaginariamente, sobre la
cual fijamos nuestra atención.
Frontera ?Límites de un sistema.
Medio circundante ?Región que rodea al sistema.
CLASIFICACIÓN DE SISTEMAS
CLASIFICACIÓN DE FRONTERAS
SISTEMAS ABIERTOS, CERRADOS, ADIABÁTICOS Y
AISLADOS
5
Clasificación de sistemas
Aislados
S I S T E M A S
No aislados
Simples
Compuestos
Cerrados
Abiertos
6
Clasificación de fronteras
Rígidas
F R O N T E R A S
Móviles
Adiabáticas
Diatermanas
Permeables
Impermeables
Semipermeables
7
Sistemas
Entorno
8
Coordenadas o variables termodinámicas
Son las que describen el estado de un sistema
termodinámico
9
Definición de proceso

• Proceso o transformación

• Cuando un sistema cambia
• de un estado a otro.
• El sistema no cambia de
• estado si no hay una
• transferencia de energía con
• el medio circundante

• Proceso cíclico

Aquel en que los estados inicial y final coinciden
10
Principio cero de la termodinámica
SISTEMA 1
SISTEMA 2
Equilibrio térmico
Equilibrio térmico
SISTEMA 3
M.C.
11
Definición de calor, trabajo y energía interna

• Calor (Q)gt energía en tránsito de un sistema
  a otro, debida a una diferencia de temperaturas
  entre los sistemas

• Trabajo(W) gt energía desarrollada por una
  fuerza que actúa a lo largo de un desplazamiento.

• Energía interna (U) gt energía almacenada en
  un sistema, formada por las siguientes energías
• -energía cinética de rotación y traslación de
  las moléculas
• -energía cinética de vibración de los átomos de
  las moléculas
• -energía potencial debida a la interacción entre
  las moléculas

12
Sistema en equilibrio termodinámico
Cuando las variables termodinámicas son uniformes
en todo el sistema.
Equilibrio térmico Equilibrio mecánico Equilibrio
químico
13
El primer principio de la termodinámica
14
Enunciados generales del primer principio

• La energía no se crea ni se destruye solo se
  transforma .

Energía que entra
Incremento de - energía almacenada
Energía que sale

• Formulación matemática

15
Proceso cuasiestático
A-B-C gt Proceso cuasiestático La
compresión pasa por una serie de estados de
equilibrio termodinámico ya que todos los
parámetros del sistema varían de un modo más
lento que el correspondiente tiempo de
relajación.
16
Trabajo de un sistema
Al aumentar el volumen el sistema realiza un
trabajo contra las fuerzas de la Presión externa
Pe
17
Trabajo de un sistema
18
Aplicación del primer principio a sistemas
abiertos
caso de régimen estacionario.

• Balance de energía

Energía que entra V.C.
Energía que sale V.C.

19
Ecuación de la energía
c22-c21
q h2-h1 -----
g(z2-z1) w 2
q ? calor específico w ? trabajo
específico c2/2 ? energía cinética por unidad de
masa gz ? energía potencial por unidad de masa
q , h , gz , c2/2 , w J/Kg
20
Ecuaciones de Bernuillí y de continuidad

• Ecuación de Bernuillí

En un líquido ? cte ? v1 v2 v
c21
c22
u1 gz1 ---
Pv1 q u2 gz2 --- Pv2 w
2 2

• Ecuación de continuidad

. m r c A
m ?Ax ?Ac?t
c x ?t
21
Aplicación del primer principio a sistemas
abiertos
caso de régimen no estacionario.
En cada punto del v.c. tendremos en cuenta la
variación de masa y de energía.
PP(t) TT(t) cc(t)

• Balance de materia

• Balance de energía

22
Aplicaciones típicas del primer principio a
sistemas abiertos
Turbinas
Compresores Bombas y ventiladores
Toberas y difusores
Válvulas y tubos aislados
Intercambiadores de calor
Generadores de vapor
23
Ecuación de la energía aplicada a turbinas
Turbina axial
Representación simbólica
1
T
w
2
24
Ecuación de la energía aplicada a compresores y
bombas
Representación simbólica
2
w
C
q
1
r1 r2 cte
25
Ecuación de la energía aplicada a toberas y
difusores
26
Ecuación de la energía aplicada a válvulas de
laminación y tubos
1
2
V.L.
Tubos
q
1
2
c2
c1
27
Ecuación de la energía aplicada a
intercambiadores de calor
1
P1 P2 P3 P4
2
fluido 1
q1 gt q2 q4 gt q3
fluido 2
3
4
28
Ecuación de la energía aplicada a calderas o
generadores de vapor
2
vapor de agua
humos
G.V.
Representación simbólica
q
agua liquida
1
29
Propiedades de las sustancias puras. Gases ideales
30
Comportamiento de los fluidos
Introducimos un gas en un cilindro y medimos P,
V en distintos estados de igual temperatura.
P
Tª CTE
gas
C
Proceso isotérmico
Pc
Líquido
T3
B2
A2
Vapor recalentado
Tc
Vapor húmedo
B1
T2
A1
T1
Vapor saturado seco
Líquido saturado
V
31
Ecuación de estado
Relación entre las variables termodinámicas de
un sistema , en equilibrio termodinámico.


M.C.
P, V, T ? Variables termodinámicas fundamentales
Sistema simple
P,V,T
P P(V,T) VV(P,T) TT(P,V)
La ecuación de estado nos permite hallar
una variable fundamental conocidas las otras dos.
Ecuación de estado en gases ideales
Ley de los estados correspondientes
Ecuación de estado en gases reales
Mezcla de gases reales
Propiedades críticas y constantes de Van der
Waals
32
Ecuación de estado en gases ideales
_ v
_ v
m N --- M
PV mR T
Pv R T
R R --- M
. . P V mR T
33
Ecuaciones de estado en gases reales
34
Ley de los estados correspondientes
Variables reducidas
Conocidas dos variables reducidas está
determinada la tercera. f (Pr , vr , Tr ) 0
v vr -- vc
P Pr -- Pc
T Tr -- Tc
1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
2.5
3.0
5.0
3.5
2.0
1.8
1.6
Tr
1.4
0.8
1.3
Factor de compresibilidad Z
1.2
0.9
0.95
1.1
Tr1.0

• Diagrama de Nelson-Obert

0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
6.0 7.0 8.0 9.0 10
Presión reducida Pr
35
Mezcla de gases reales
Ni Ri --- N
nº moles
componente i Fracción molar --------------------
nº total moles de
la mezcla
36
Propiedades críticas y constantes de van der
Waals
sustancias Tc ºK Pc bar vc m3 _______ kg mol Zc a m3 bar(________ )2 kg mol b m3 _______ kg mol
Acetileno Aire Amoniaco Benceno n-butano CO2 CO Refrigerante 12 Etano Etileno Helio Hidrógeno Metano Nitrógeno Oxigeno Propano SO2 Agua 309 133 406 562 425.2 304.2 133 385 305.4 283 5.2 33.2 190.7 126.2 154.4 370 431 647.3 62.8 37.7 112.8 49.3 38.0 73.9 35.0 41.2 48.8 51.2 2.3 13.0 46.4 33.9 50.5 42.7 78.7 220.9 0.112 0.0829 0.0723 0.256 0.257 0.0941 0.0928 0.216 0.221 0.143 0.0579 0.0648 0.0991 0.0897 0.0741 0.195 0.124 0.0558 0.274 0.284 0.242 0.274 0.274 0.276 0.294 0.278 0.273 0.284 0.300 0.304 0.290 0.291 0.290 0.276 0.268 0.230 4.410 1.358 4.233 18.63 13.80 3.643 1.463 10.78 5.575 4.563 0.0341 0.247 2.285 1.361 1.369 9.315 6.837 5.507 0.0510 0.0364 0.0373 0.1181 0.1196 0.0427 0.0394 0.0998 0.0650 0.0574 0.0234 0.0265 0.0427 0.0385 0.0315 0.0900 0.0568 0.0304
37
Calor específico
Cantidad de calor necesaria para elevar un grado
la temperatura de la unidad de masa de una
sustancia.

• Unidades
• J/kg k
• J/kg C

1 dQ dq c --- --- ---
m dT dT

c c(T,P)
c c(T)
38
Calor específico
Aplicando el primer principio a un proceso
reversible infinitesimal de un gas ideal
dq du Pdv
39
Otros coeficientes
expansión térmica
C O E F I C I E N T E S
Variación de volumen por unidad de variación de
temperatura a presión constante y por unidad de
volumen
compresibilidad isotérmica
Variación de volumen por unidad de variación de
presión a temperatura constante y por unidad de
volumen
compresibilidad adiabática
Variación de volumen por unidad de variación de
presión a calor constante y por unidad de volumen
40
Energía interna y entalpía de los gases ideales




Estado inicial (P,V,T)
41
Formula de Mayer
Aplicando el primer principio a un proceso
reversible infinitesimal de un gas ideal
- dq du Pdv
du cv dT
diferenciando
- Pv RT
- - Pdv vdP RdT
- dq cv dT RdT
- vdP
- - Pdv RdT - vdP
42
Procesos con gases ideales
Procesos politrópicos ?
Pvn K n gt (- ? , ?)
n exponente politrópico
P
Adiabáticos n g Q12 0
n?
n1
Isotérmicos n 1 T cte
Procesos politrópicos
n0
Isócoros n ? ? V cte
Isóbaros n 0 P cte
n-?
n ?
v
43
Procesos adiabáticos
En un proceso reversible e infinitesimal
cv dT -Pdv (1)
dP dv --- ? --- 0 P
v
cp dT vdP (2)
ln P ? ln v C
44
Procesos isotérmicos
P
Pv K
Si n 1
2
P1 v1 P2 v2
1
T1 T2
w12
P1v1 P2v2 ---- ---- T1 T2
isotérmico
v
P1v1 P2v2
45
Procesos isócoros e isobáricos
46
Cálculo analítico y gráfico de n

• método analítico

• método gráfico

47
Calor específico politrópico cn
Cantidad de calor necesaria para elevar un grado
la temperatura de la unidad de masa de una
sustancia mediante un proceso politrópico
48
El segundo principio de la termodinámica
49
Introducción al segundo principio
50
Ciclos inversos
P
Maquina frigorífica
v
Q2 Q2
? C.O.P. --- ------
W Q1 - Q2
Bomba de calor
Q1 Q1
?B C.O.P. --- ------ gt 1
W Q1 - Q2
C.O.P. Coeficiente operación ?
Eficiencia
51
Enunciados del segundo principio
52
Procesos irreversibles

• PROCESOS REVERSIBLES
• UN PROCESO ES REVERSIBLE SI PUEDE LLEVARSE
  A CABO UNA HIPOTÉTICA INVERSIÓN DEL PROCESO SIN
  QUE VIOLE EL SEGUNDO PRINCIPIO DE LA
  TERMODINÁMICA.
• CONDICIONES
• PROCESO CUASIESTÁTICO.
• SIN ROZAMIENTO.
• LA TRANSMISIÓN DE CALOR SE DEBE EFECTUAR ENTRE
  UNA DIFERENCIA INFINITESIMAL DE TEMPERATURAS.

53
Ciclo de Carnot
Isotérmicos
A
Adiabáticos
P
B
D
C
v
54
Teorema de Carnot
?I ? ?R
55
Escala termodinámica de temperatura absoluta
Para un motor térmico reversible
T2 Q2 --- --- T1 Q1
? f( T1 ,T2)
W Q2 ? --- 1 - ---
Q1 Q1
Se miden Q1 Q2
56
Entropía y análisis exergético
57
Integrales de Clausius
? de un ciclo irreversible ? ? de un ciclo
reversible de Carnot
de Carnot
58
Entropía S

dQ dS ? --- T
J --- K
D i a g r a m a s TS
59
Ecuación combinada del primer y segundo principio
dQ dU dW
T ds ? dU dW
dQ dS ? --- T
Tercer principio de la termodinamica
La entropía de una sustancia pura, en equilibrio
termodinámico, tiende a cero, a medida
que la temperatura absoluta tiende a cero.
lim S 0 T?0
60
Cambio de entropía en gases ideales
dT dv ds cv -- R --
T v
T2
v2 ?s12 cv ln --- Rln ---
T1 v1
T2
P2 ?s12 cp ln --- - Rln ---
T1 P1
61
Cambio de entropía en un proceso isotérmico
Isotérmico Tcte
n1
T
T4
T2
v2 ?s12 cv ln --- Rln ---
T1 v1
1
2
T3

T2
q12 w12
T1
T2
P2 ?s12 cp ln --- - Rln ---
T1 P1
s1
s2
s
62
Cambio de entropía en un proceso adiabático
Q12 0 n ?
Adiabático
?s12 s2 s1 0 s2 s1
T
2
P2
T2 v2
0 cv ln --- Rln --- T1
v1
P1
1
T2 P2
0 cp ln --- - Rln --- T1
P1
s1 s2
s
63
Cambio de entropía en un proceso isócoro
Isócoro v cte
n ??
v5
T
v4
T2
v2 ?s12 cv ln --- Rln ---
T1 v1
v3
v2
2
v1
1
T2 ?s12
cv ln --- T1
Q12
s
64
Cambio de entropía en un proceso isóbaro
Isóbaro P cte n0
T
P5
T2
P2 ?s12 cp ln --- - Rln ---
T1 P1
P4
P3
2
P2
T2 ?s12
cp ln --- T1
1
P1
Q12
s
65
Ciclos regenerativos
Ciclo Ericsson

• Sin regeneración

wab wcd wbc wda ?
---------------- qab qda

• Con regeneración

wab wcd wbc wda ? ----------------
qab
ab, cd adición, cesión de calor bc, da
expansión, compresión P cte
Ciclo Stirling

• Sin regeneración

wab wcd ? -------- qab qda

• Con regeneración

wab wcd ? -------- qab
ab, cd adición, cesión de calor bc, da
expansión, compresión v cte
66
Rendimiento interno o isentrópico
Expansión adiabática
Gas ideal h cp T
Compresión adiabática
67
Aplicación del segundo principio a sistemas
abiertos
_
Generación de entropía
Entropía que sale del V.C.
Entropía que entra al V.C.
Acumulación de entropía en el V.C.


Régimen estacionario
Proceso adiabático
68
Concepto de exergía, anergía y exergía destruida
Wmax T0 ? ---- 1 - ---
Q T
Wmax Q - Q0
Exergía
T0 Q0 Q - Wmax
Q --
T
Anergía
Exergía destruida
?Exd Wmax -Wirreversible ?o
69
Ecuación de Guy-Stodola
Motor irreversible
70
Exergía destruida en un motor reversible
Motor reversible
71
Exergía física de flujo
72
Exergía destruida de la turbina y el compresor
Turbina adiabática
Compresor adiabático
73
Exergía destruida de un intercambiador de calor y
una válvula de laminación
Intercambiador de calor
b1 b2 h1 h2 T0 ?s12
b4 b3 h4 h3 - T0 ?s34
Válvula de laminación
P2lt P1
T
P1
h1 h2
w 0 q 0
1
2
P2
T0
exd
s
74
Exergía destruida en una caldera
Calderas o generadores de vapor
Ganancia de exergía del fluido calentado
Exergía entregada por las llamas
T
P1P2
2
1
T0
exd
s
75
Estudio del vapor de agua
76
Líquidos y vapores
Líquido
Pa
T
calentamiento ebullición sobrecalentamiento
Pb
Vapor recalentado
Líquido y vapor
Líquido saturado
Pa
Líquido
Vapor saturado seco
Q
77
Diagramas, tablas ... del vapor de agua

• Diagrama TS

Diagramas

• Diagrama h-s

• Propiedades del agua y del vapor

• según la temperatura

• según la presión

Tablas

• Propiedades del vapor sobrecalentado

• Propiedades del líquido comprimido

• Título o calidad de un vapor húmedo

• Medición del título de un vapor húmedo

• Sustancia incompresible

• Calderas, condensadores, turbinas de vapor

• Ciclo de potencia con vapor

78
Diagrama TS
Vapor saturado seco h s v u
Líquido saturado h s v u
?c 374,15 ºC
Pc 221,2 bar
s

• Calor latente de cambio de fase

r h- hTS( s- s)
Ts Temperatura de saturación
r u- u PS( v- v)
Ps Presión de saturación
79
Diagrama h-s
800ºC
80
Propiedades del agua y del vapor de agua según la
Tª
? ºC v m3/kg v m3/kg h kJ/kg h kJ/kg r kJ/kg s kJ/kgk s kJ/kgk
1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0,0010001 0,0010000 0,0010003 0,0010008 0,0010017 0,0010029 0,0010043 0,0010060 0,0010078 0,0010099 0,0010121 0,0010145 0,0010171 0,0010199 0,0010228 0,0010259 0,0010292 0,0010326 0,0010361 0,0010399 0,0010437 192,6 147,2 106,4 77,98 57,84 43,40 32,93 25,24 19,55 15,28 12,05 9,579 7,679 6,202 5,046 4,134 3,409 2,829 2,361 1,982 1,673 4,17 21,01 41,99 62,94 83,86 104,77 125,66 146,56 167,45 188,35 209,26 230,17 251,09 272,02 292,97 313,94 334,92 355,92 376,94 397,99 419,06 2503,4 2510,7 2519,9 2529,1 2538,2 2547,3 2556,4 2565,4 2574,4 2583,3 2592,2 2601,0 2609,7 2618,4 2626,9 2635,4 2643,8 2652,0 2660,1 2668,1 2676,0 2499,22489,7 2477,9 2466,1 2454,3 2442,5 2430,7 2418,8 2406,9 2394,9 2382,9 2370,8 2358,6 2346,3 2334,0 2321,5 2308,8 2296,5 2283,2 2270,2 2256,9 0,0152 0,0762 0,1510 0,2243 0,2963 0,3670 0,4365 0,5049 0,5721 0,6383 0,7035 0,7677 0,8310 0,8933 0,9548 1,0154 1,0753 1,1343 1,1925 1,2501 1,3069 9,1311 9,0707 8,9020 8,7826 8,6684 8,5592 8,4546 8,3543 8,2583 8,1661 8,0776 7,9926 7,9108 7,8322 7,7565 7,6835 7,6132 7,5454 7,4799 7,4166 7,3554
81
Propiedades del agua y del vapor de agua según la
P
P bar v m3/kg v m3/kg h kJ/kg h kJ/kg s kJ/kgk s kJ/kgk
0.01 0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 1 10 20 30 40 50 60 80 90 100 120 140 160 180 200 221.2 0,0010001 0,0010102 0,0010172 0,0010265 0,0010333 0,0010387 0,0010434 0,0011274 0,0011766 0,0012163 0,0012521 0,0013842 0,0013187 0,0013842 0,0014179 0,0014526 0,0015268 0,0016106 0,0017103 0,0018399 0,0020370 0,00317 129,2 14,67 7,65 3,993 2,732 2,087 1,694 0,1943 0,09954 0,06663 0,04175 0,03943 0,03244 0,02353 0,02050 0,01804 0,01428 0,01150 0,09308 0,07498 0,05877 0,00317 29,34 191,83 251,45 317,65 359,93 391,72 417,51 762,61 908,59 1008,4 1087,4 1154,5 1213,7 1317,1 1363,7 1408,0 1491,8 1571,6 1650,5 1734,8 1826,5 2107,4 2514,4 2584,8 2609,9 2636,9 2653,6 2665,8 2675,4 2776,2 2797,2 2802,3 2800,3 2794,2 2785,0 2759,9 2744,6 2727,7 2689,2 2642,4 2584,9 2513, 9 2418,4 2107,4 0,1060 0,6493 0,8321 1,0261 1,1454 1,2330 1,3027 2,1382 2,4469 2,6455 2,7965 2,9206 3,0273 3,2076 3,2867 3,3605 3,4972 3,6242 3,7471 3,8765 4,0149 4,4429 8,9767 8,1511 7,9094 7,6709 7,5327 7,4352 7,3598 6,5828 6,3367 6,1837 6,0685 5,9735 5,8908 5,7471 5,6820 5,6198 5,5002 5,3803 5,2531 5,1128 4,9412 4,4429
82
Propiedades del vapor sobrecalentado
P 60.0 MPa
P 40.0 MPa
T v u h s v u h s
375 400 425 450 500 550 600 650 700 800 900 1000 1100 1200 1300 0,001640 0,001907 0,002532 0,003693 0,005622 0,006984 0,008094 0,009063 0,009941 0,011523 0,012962 0,014324 0,015642 0,016940 0,018229 1677,1 1854,6 2096,9 2365,1 2678,4 2869,7 3022,6 3158,0 3283,6 3517,8 3739,4 3954,6 4167,4 4380,1 4594,3 1742,8 1930,9 2198,1 2512,8 2903,3 3149,1 3346,4 3520,6 3681,2 3978,7 4257,9 45276 4793,1 5057,7 5323,5 3,82904,1135 4,50294,9459 5,4700 5,7785 6,0114 6,2054 6,3750 6,6662 6,9150 7,1356 7,3364 7,5224 7,6969 0,001502 0,001633 0,001816 0,002085 0,002956 0,003956 0,004834 0,005595 0,006272 0,007459 0,008508 0,009480 0,010409 0,011317 0,012215 1609,4 1745,4 1892,7 2053,9 2390,6 2658,8 2861,1 3028,8 3,1772 3441,5 3681,0 3906,4 4124,1 4338,2 4551,4 1699,5 1843,4 2001,7 2179,0 2567,9 2896,2 3151,2 3364,5 3553,5 3889,1 4191,5 4475,2 4748,6 5017,2 5284,3 3,7141 3,9318 4,1626 4,4121 4,9321 5,3441 5,6452 5,8829 6,0824 6,4109 6,6805 6,9127 7,1195 7,3083 7,4837
83
Propiedades del líquido comprimido
P 10 MPa
P 5 MPa
T v u h s v u h s
Sat 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 0,0012859 0,0009977 0,0009995 0,00100560,0010149 0,0010268 0,0010410 0,0010576 0,0010768 0,0010988 0,0011240 0,0011530 0,0011866 0,0012264 0,0012749 1147,8 0,04 83,65 166,95 250,23 333,72 417,52 501,80 586,76 672,62 759,63 848,1 938,4 1031,4 1127,9 1154,2 5,04 88,65 171,97 255,30 338,85 422,72 507,09 592,15 678,12 765,25 853,9 944,4 1037,5 1134,3 2,9202 0,0001 0,2956 0,5705 0,8285 1,0720 1,3030 1,5233 1,7343 1,9375 2,1341 2,3255 2,5128 2,6979 2,8830 0,0014524 0,0009952 0,0009972 0,0010034 0,0010127 0,0010245 0,0010385 0,0010549 0,0010737 0,0010953 0,0011199 0,0011480 0,0011805 0,0012187 0,0012645 0,0013216 0,0013972 1393,0 0,09 83,36 166,35 249,36 332,59 416,12 500,08 584,68 670,13 756,65 844,5 934,1 1026,0 1121,1 1220,9 1328,4 1407,6 10,04 93,33 176,38 259,49 342,83 426,50 510,64 595,42 681,08 767,84 856,0 945,9 1038,1 1133,7 1234,1 1342,3 3,3596 0,0002 0,2945 0,5686 0,8258 1,0688 1,2992 1,5189 1,7292 1,9317 2,1275 2,3178 2,5039 2,6872 2,8699 3,0548 3,2469
84
Título o calidad de un vapor húmedo
Título de un vapor
Grado de humedad
m m x --- ----- m
m m
m y --- m
P
C
Pc
x 1
x 0
Vapor húmedo
T
x
v
v
v
v
85
Medición del título de un vapor húmedo
h
P1
P2
?2
1
2
x
Salida de vapor recalentado
s
86
Sustancia incompresible v constante
v cte ? dv 0
u u (T, v)
h u Pv
h h (T , P)
v cte ? dv 0
87
Calderas, condensadores y turbinas de vapor
Ver foto
88
Caldera acuotubular
89
Condensadores de mezcla y de superficie
90
Turbina de vapor
91
Ciclo de potencia con vapor
Esquema de funcionamiento
92
Esquema de funcionamiento

• La paja es transportada hasta la planta en pacas,
  que se depositan en un almacén. Estas pacas se
  conducen hasta la caldera mediante una cinta
  transportadora.
• Un sistema de corte desmenuza la paja antes de
  caer a un extremo de la parrilla, ubicada en la
  caldera, donde es quemada.
• La combustión calienta el agua que circula por
  las paredes de la caldera, hasta convertirla en
  vapor.
• A partir de este momento se produce un triple
  proceso concatenado
• El vapor, tras pasar por un sobrecalentador,
  mueve una turbina que, conectada a un generador,
  propicia la producción de electricidad.
• El vapor de agua que ha pasado por la
  turbina, ya a menor presión y temperatura, se
  lleva hasta un condensador, refrigerado por el
  agua tomada de un canal que recorre el polígono
  industrial. Merced a ese descenso térmico, el
  vapor se convierte de nuevo en agua, y este
  líquido se trasladará en circuito cerrado hasta
  las paredes de la caldera iniciándose de nuevo el
  proceso.
• La combustión de la paja produce inquemados,
  que se depositan en el fondo de la caldera, y
  cenizas, resultado de filtrar y depurar los gases
  que finalmente se emiten por la chimenea de la
  planta.

93
Mezcla de gases ideales. Psicrometría
94
Mezcla de gases ideales
Fracción molar
Ni ri -- NT
NT NA NB NC ... Ni
95
Aire húmedo
Vapor de agua Rv461,5 J/kg k
Aire seco Ra287 J/kg k
Aire húmedo


PaV ma RaT
PvV mv RvT
P Pa Pv
96
Parámetros característicos
97
Técnica de saturación adiabática
?
C
Pv
?A
1
2
?2
?R
R
s
98
Psicrómetro

• ?BS ?Tª de bulbo seco

?BS
?BH

• ?BH ?Tª de bulbo húmedo

?BS - ?BH
Aire
gasa humedecida
Psicrómetro normal
99
Operaciones básicas en el acondicionamiento de
aire y otros...
Carta psicrométrica
Torres de refrigeración
Factor de by-pass en un serpentín
Acondicionamiento de aire
Operaciones básicas en el acondicionamiento de
aire
Calentamiento y enfriamiento sensible
Mezcla adiabática de dos corrientes
Enfriamiento con deshumidificación
Humidificación
100
Carta psicrométrica
0.025
0.020
0.015
0.010
0.005
0.000
101
Torres de refrigeración
Aire caliente
2
A
Agua caliente
1
Aire frío
. . mB mas . mB
masa agua fría mB ----------
kg aire seco
B
Agua fría
. . mA mas . mA
masa agua caliente mA ------------
kg aire seco
102
Factor de by-pass en un serpentín

• ? Estado inicial del aire
• ? Estado final del aire
• A ? Punto de rocío del serpentín
• R ? Punto de rocío del aire

103
Acondicionamiento de aire
104
Calentamiento y enfriamiento sensible
. . Q mas (h2 - h1) lt 0
105
Mezcla adiabática de dos corrientes
. m1 h1
1
. m3 h3
. m2 h2
2
106
Enfriamiento con deshumidificación
107
Humidificación
108
Combustión
109
Combustión
Combustible
Comburente
Productos
energía


110
Tª de inflamación, ignición y poder calorífico

• Tª inflamación ?

máxima Tª a la que puede calentarse un
combustible sin riesgo de incendio.
mínima Tª con la que la llama originada es
persistente y duradera.

• Tª ignición ?

111
Ecuaciones químicas de la combustión

• kg aire
• ZS ------------
• Kg combustible

Reacción estequiométrica o teorica
Reacción real

• Z
• ? ---
• ZS

• kg aire
• Z ------------
• Kg combustible

Con exceso de aire ?gt1
Con defecto de aire ?lt1
112
Ecuaciones para un hidrocarburo
Reacción teórica

• ( xy/4). 476 .2896
• ZS ----------------
• 12x y

Reacción real

• ? ( xy/4). 476 .2896
• Z -----------------
• 12x y

Con exceso de aire ?gt1
Con defecto de aire ?lt1
113
Análisis de los productos de combustión
Analizador de Orsat
Análisis volumétrico
Composición en base seca
moles
CO2
N2
O2
CO
114
Influencia de la humedad del aire en la combustión
115
Combustión en un flujo estacionario
Tabla C2
Cámara de combustión
116
Cámara de combustión
117
Entalpía de los gases de combustión
Tª Kº Oxígeno kJ/kmol Nitrógeno kJ/kmol dióxido de carbono kJ/kmol vapor de agua kJ/kmol
298 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 0 3028 9249 15838 22701 29758 36956 44269 51679 59189 66792 74484 0 2972 8895 15045 21459 28110 34941 41913 48992 56156 63380 70661 -393520 -389513 -380605 -370707 -360118 -349041 -337617 -325947 -314084 -302078 -289951 -277737 -241820 -238365 -231316 -223820 -215830 -207323 -198342 -188933 -179157 -169065 -158712 -148139
118
Entalpía de formación
_ q
Sustancia 25ºC Formula Estado - hf ( kJ/kmol)
Dióxido de carbono Vapor de agua Metano Etano Propano Butano Heptano Octano Oxígeno Nitrógeno CO2 H2O CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C7H16 C8H18 O2 N2 gas gas gas gas gas gas líquido líquido gas gas -393520 -241820 -74870 -84670 -103840 -126140 -224390 -249950 0 0
119
Entalpía de combustión
120
Balance de energía de un motor de combustión
interna
121
Formación de contaminación en la combustión

• Introducción de vapor de agua
• Adición de NH3
• Aminorando la Tª de la parte más caliente de la
  llama
• Reduciendo el de oxigeno en el centro de la
  llama
• Acortando el tiempo de operación del
  combustible

NOX

• Adición de lechada de cal
• Adición de piedra caliza

SOX

• Ciclones
• Filtros de mangas
• Filtros electroestáticos

Partículas en suspensión
122
Turbomáquinas térmicas
123
Ecuación de Euler
F sobre el fluido
? . ? ? F m (c2 - c1)
z
conducto
? c1
? w1
1
r1
? u1
?
? c2
? w2
r2
2
? u2
124
Turbomáquinas
Fluido compresible
Fluido incompresible
Turbomáquinas térmicas
Turbomáquinas hidráulicas
Disposición de Rateau
Acción o impulsión
Disposición de Curtis
Turbinas axiales
Reacción
Disposición de Parsons
Axiales
Turbocompresores
Centrífugos
125
Turbinas de acción
126
Turbina de Laval
rotor
toberas
corona de álabes
127
Escalonamientos de presión o disposición de
Rateau
Fijo
Móvil
Fijo
Móvil
Fijo
Móvil
0
1
2
3
4
5
6
P
c
128
Escalonamientos de velocidad o disposición de
Curtis
Rueda Curtis
c
P
129
Turbinas de reacción
130
Turbina Parsons
131
Grado de reacción de las turbinas de reacción
P0
h
0
h0
estator
P1
1
h1
rotor
P2
h2
2
s
132
Turbinas Parsons o disposición de Parsons
Fijo
Móvil
Fijo
Móvil
Fijo
Móvil
0
1
2
3
4
5
6
2
P
c
133
Turbocompresores axiales
134
Grado de reacción de los turbocompresores axiales

• w21 - w22
• -------
• 2
• R --------
• ? w?

Cambio de energía estática en el rotor R
------------------------ Energía total
transferida al rotor

• c22 - c21 w21 - w22
• ? w? ------ ------
• 2 2

135
Compresor axial
136
(No Transcript)
137
Turbocompresores centrífugos
?n ? --- 60
?nD1 u1 ---- 60
?nD2 u2 ---- 60
w c2u u2 c1u u1
l altura del álabe ? v. de rotación
138
Triángulos de entrada de un turbocompresor
centrífugo
Entrada en prerrotación
Entrada axial
Entrada en contrarrotación
139
Triángulos de salida de un turbocompresor
centrífugo
140
Grado de reacción de los turbocompresores
centrífugos

• u22 - u21 w21 - w22
• ------ -------
• 2 2
• ---------------
• ? w?

Cambio de energía estática en el rotor R
------------------------ Energía total
transferida al rotor

• c22 - c21 u22 - u21 w21 -
  w22
• ? w? ------ ------ -------
• 2 2 2

También suele definirse como
Salto de presión en el rotor R
-------------------------- Salto de
presión en el escalonamiento