1. ¿Qué es fluido motor?

Es considerado fluido motor toda sustancia capaz de entregar su energía química y convertirla en trabajo

mecánico a través de algún proceso.

Es la sustancia que se deforma cuando se aplica un esfuerzo cortante, con lo que fluye y se adapta a la forma

del recipiente dentro de un motor térmico. El fluido motor puede ser líquido o gaseoso. Las partículas que

componen un líquido no están rígidamente adheridas entre sí, pero están más unidas que las de un gas. El

volumen de un líquido contenido en un recipiente hermético permanece constante, y el líquido tiene una

superficie límite definida, es el caso típico de un combustible líquido que arde en presencia del oxigeno. En

contraste, un fluido motor gaseoso no tiene límite natural, y se expande y difunde en el aire disminuyendo su

densidad, como lo es un vapor que se genera en una caldera y transmite su energía a una turbina.

7. En qué se diferencia un gas real de un gas ideal.

Para un gas ideal la variable "z" siempre vale uno, en cambio para un gas real, "z" tiene que valer diferente

que uno.

La ecuación de estado para un gas ideal, prescinde de la variable "z" ya que esta para un gas ideal, vale uno.

Y para un gas real, ya que esta variable tiene que ser diferente de uno, así que la formula queda de esta forma:

p.V = z.n.R.T.

La ecuación de van der Waals se diferencia de las de los gases ideales por la presencia de dos términos de

corrección; uno corrige el volumen, el otro modifica la presión.

La ecuación de van der Waals, fue presentada en 1873 como un perfeccionamiento semiteórico de la ecuación

de gas ideal. La ecuación de estado de van der Waals es:

P = R.T/(v - b) - a/v²

La constante b es la corrección por el volumen ocupado por las moléculas, y el término a/v² es una corrección

que toma en cuenta las fuerzas de atracción intermolecular. Como podría esperarse en el caso de una

ecuación generalizada, las constantes a y b se evalúan a partir del comportamiento general de los gases. En

particular estas constantes se evalúan observando que la isoterma crítica pasa por un punto de inflexión en

el punto crítico, y que la pendiente es cero en ese punto.

Los gases reales, a presiones y temperaturas cercanas a las ambientales, actúan como gases ideales.

4. Escriba las correlaciones entre las unidades de medición de la presión at, Kgf/m2, N/m2, y bar.

Las correlaciones son las siguientes:

1 at = 101325 N/m2 = 10336.7 kgf/m2 =1.013 bar

10. Cómo se determina la densidad de una mezcla gaseosa al darse ella en fracciones volumétricas

Considerando que tenemos una mezcla de gases ideales. Entonces para cada gas su ecuación de estado será:

TRuNVP ... ; donde R = Ru/M y N = m/M;

TRmVP ... ; TRP .. ; TR

P

. (1)

Como la Fracción Molar es igual a la Fracción Volumétrica en una mezcla de gases ideales

Entonces. V

V

N

Ny ii

i (2);

La presión parcial viene dada como: PV

VP

N

Np ii

i

; Pyp ii (3)

La presión parcial de un gas, en atmósferas, en una mezcla sería aproximadamente la presión de dicho gas si

se eliminaran repentinamente y sin que hubiese variación de temperatura todos los demás componentes de

la mezcla.

La presión total de la mezcla será igual a la suma de todas las fracciones parciales de los gases que intervienen

en la mezcla.

ipP (4)

De lo cual la densidad de una mezcla gaseosa al darse ella en fracciones volumétricas se determina como se

muestra en la ecuación (1).

13. ¿De qué parámetros depende la capacidad calorífica de un gas ideal y de un gas real?

El calor específico se define como la cantidad de calor que es preciso comunicar a la unidad de masa de una

sustancia para elevar su temperatura en un proceso determinado un grado. El calor específico, lo mismo que

la cantidad de calor depende en primer lugar del proceso. Así 1 Kg de gas contenido en un cilindro provisto

de émbolo puede evolucionar según procesos distintos. Aunque en todos ellos la temperatura aumente (o

disminuya) en 1 K la cantidad de calor absorbida ( o cedida) en cada uno de estos procesos será en general

distinta. El calor específico se denomina según el proceso. Aunque el número de estos es limitado, dos de ellos

tienen especial importancia en los cálculos termodinámicos: el calor especifico a volumen constante cv y el

calor específico a presión constante cp.

El calor específico depende en segundo lugar de los parámetros de estado del gas, generalmente es función

tanto de la temperatura como de la presión, de acuerdo con el postulado de estado. Las ecuaciones que rigen

el comportamiento de los calores específicos son:

donde Ru es la constante universal de los gases y f representa los grados de libertad del movimiento molecular.

Sin embargo al reducir la presión de un gas real su comportamiento se aproxima al de un gas ideal, y el efecto

de la presión sobre las capacidades térmicas específicas se vuelve despreciable. Debido a lo anterior, las

capacidades térmicas específicas de los gases a presiones muy bajas a menudo se le llaman capacidades

térmicas específicas de gas ideal, o a presión cero. Como la capacidad calorífica es función solo de la

temperatura en los gases ideales, la teoría cinética de los gases como la mecánica cuántica estadística

predicen el comportamiento de los mismos de modo que f =3; entonces el valor de cp,o para un gas

monoatómico ideal es 5/2 Ru . Este valor que corresponde a 20.8 KJ/ (Kgmol.°C) o a 4.97 Btu / (Lbmol. °F), es

característico en todos los gases monoatómicos. El valor de cv,o es igual a 3/2 Ru , por lo tanto el valor es igual

a 12.5 KJ/ (Kgmol.°C) o 2.98 Btu / (Lbmol. °F), para los gases monoatómicos en un amplio intervalo de

temperaturas.

14. ¿A que es igual numéricamente la diferencia de capacidades caloríficas en kilomoles a p= const y

v=const en el sistema SI?

uP

uv

Rfc

fRc

)2/1(

2/

En un amplio intervalo de temperaturas a presiones bajas, las capacidades térmicas específicas cv y cp de todos

los gases monoatómicos son en esencia independientes de la presión y de la temperatura. Además, en base

molar todos los gases monoatómicos tienen el mismo valor para cp y cv en un conjunto de unidades dado.

La energía interna de los gases ideales esta definida por:

Ec. 1

dado que la entalpía de un gas es función de la temperatura tenemos que:

Ec.2

Ahora el cambio de entalpía de un gas ideal está dado por:

Ec. 3

Es posible obtener una relación entre cp y cv para los gases ideales, mediante la sustitución de las ecuaciones

1 y 2 en la ecuación 3. El resultado es:

Para gases ideal es donde el valor de R es:

M representa la masa molar de una sustancia, estos valores ya se encuentran tabulados para algunos

elementos y compuestos comunes.

15. ¿De la definición de capacidades caloríficas media y verdadera e indique cual es la diferencia entre

ellas?

La capacidad calorífica verdadera de un gas ideal a presión constante puede determinarse como una función

de la temperatura de la siguiente forma:

Donde los valores de las constantes a, b, c, d, e, ya se encuentran tabulados para la mayoría de los gases a 1

atmósfera; y el valor de cv se puede obtener con la siguiente expresión:

Ahora cundo se desea conocer el calor transmitido por unidad de masa en un proceso determinado entre las

temperaturas T2 y T1 para simplificar los caculos se utiliza el calor específico medio en dicho intervalo de

temperaturas y tiene la siguiente expresión:

dTcdU v

dTcdh p

dTRdUdh

RdTdTcdTc vp

Rcc vp

M

RR u

432 eTdTcTbTaR

c

u

p

Rcc vp

12

2

1

TT

dTcc

T

T

16. ¿Por qué la capacidad calorífica a presión constante es mayor que la capacidad calorífica a volumen

constante?

Tenemos que a volumen constante el calor que se transfiere es igual a>

Q =U= cvT

y a presión constante Q =h= cpT, donde h= u + pv por definición, lo que indica que se necesita transferir

una mayor cantidad de calor para elevar la temperatura en un grado centígrado o Fahrenheit a presión

constante, ya que al sistema se le permite una expansión o compresión.

20. Escriba la expresión para el calor que participa en cada uno de las cuatros principales procesos

termodinámicos.

Se tiene que los cuatro principales procesos termodinámicos son: a presión constante (isobárico), a volumen

constante (isocorico), a temperatura constante (isotérmico) y adiabático.

Para un proceso isobárico:

Ya que la presión es constante, se tiene que:

dW = PdV

W = P.

De la primera ley de la termodinámica tenemos que:

Q – W = = CV , Q = W + Cv

Entonces:

Q = Cv + P (para proceso isobárico)

Para un proceso isocorico:

dW = P.dV (por ser un proceso a v = Cte)

W = 0

De la primera ley de la termodinámica tenemos que:

Q – W0 = = CV .

Entonces

Q = CV .

Para un proceso isotérmico

Se tiene que:

PV = Cte P.V = P1 . V1 = C

2

1

V

VdWPW

V

V T T

T V

0. dVPW

U T

T

Además:

dW = P. dV =

W = C. Ln

Ya que C = P1 – V1 se llega a:

W = P1 . V1 Ln

De la primera ley de la termodinámica tenemos que:

Q – W = = CV . T0

Entonces:

Q = P1 . V1 . Ln

Para un proceso adiabático:

Debido a que no hay flujo de calor a través de los límites de la frontera, se tiene que la expresión para el calor

que participa en este proceso es:

Q = 0

21. ¿A qué es igual la variación de la energía interna (cinética) en los procesos isocoros e isotérmico?

Para el proceso isocoro se tiene que:

dW = P.dV ; W =

De la primera ley de la termodinámica se obtiene:

Q – W = U

U = Q

Se tiene que la variación de la energía interna en un proceso isocoro es igual al calor suministrado.

Para el proceso isotérmico se tiene que:

W = P1 . V1 Ln

De la primera ley de la termodinámica se obtiene que:

Q – W =

= Q - P1 . V1 Ln

2

1

V

V V

dVCW

12 /VV

12 /VV

V

12 /VV

U

U 12 /VV

12 /VV

dVV

C

00 dWP

Se tiene que el cambio de la energía interna en un proceso isotérmico es igual a la diferencia del calor

suministrado y la relación P1 . V1 Ln

24. En que proceso todo el calor aportado se gasta en la realización de trabajo externo, y en cuál en la

variación de la energía interna

En un proceso adiabático y a presión constante a lo que este sometido un gas el calor aportado se gasta en la

realización de trabajo externo. Este caso es ideal, el trabajo de expansión del gas para levantar un émbolo.

Si tenemos un proceso adiabático y a volumen constante de un fluido gaseoso se puede observar la variación

de la energía interna.

Estos sistemas no realizan trabajo sino que incrementan su presión y temperatura.

25. ¿Cuáles son los indicadores de la politropa para los principales procesos termodinámicos de variación

del estado de los gases ideales?

PVK = const.

K = 1 Isoterma

K = 0 Isobara

K ∞

Figura (2)

27. De algunas formulaciones de la segunda ley de la termodinámica.

El contenido de la segunda ley de la termodinámica. En términos más o menos sencillos diría lo siguiente: "No

existe un proceso cuyo único resultado sea la absorción de calor de una fuente y la conversión íntegra de este

calor en trabajo". Este principio (Principio de Kelvin-Planck) nació del estudio del rendimiento de máquinas y

mejoramiento tecnológico de las mismas. Si este principio no fuera cierto, se podría hacer funcionar.

31. ¿Cuáles son las conclusiones que se desprenden del estudio del ciclo de Carnot?

El ciclo de Carnot tiene el más alto rendimiento térmico entre todos los posibles ciclos reversibles, en los

cuales la más alta temperatura del cuerpo de trabajo no es mayor que T1 y la más baja temperatura de trabajo

no es menor que T2. Además el rendimiento del ciclo de Carnot sólo de las temperaturas de las fuentes de

calor caliente y fría crece con el aumento de T1 y con la disminución de T2 y no depende de las propiedades

del cuerpo de trabajo.

El ciclo se compone de dos isotermas y dos adiabaticas (figura 1). El suministro de calor de la frente caliente

se realiza durante la expansión por la isoterma T1. La evacuación de calor hacia la frente fría se realiza durante

la compresión por la isoterma T2. Para el ciclo de Carnot el rendimiento es igual:

12 /VV

33. Muestre en el diagrama pv las regiones y líneas características.

En la figura b, se superponen cuatro isotermas en esa parte del diagrama PV de la figura a, que representa

regiones de líquido, líquido/vapor y vapor. La línea marcada con T > Tc es una isoterma para una temperatura

mayor que la crítica.

Los puntos que están a lo largo de las líneas horizontales de la figura b, representan todas las mezclas posibles

de líquido y vapor en equilibrio, las cuales van desde 100 por ciento de líquido en el extremo izquierdo, hasta

100 por ciento vapor en el extremo derecho. El lugar de estos puntos extremos se encuentra en la curva en

forma de domo que tiene la etiqueta BCD, cuya mitad izquierda (de B a C) representa líquido saturado y la

mitad derecha (de C a D) vapor saturado. La región de dos fases se encuentra bajo el domo BCD, mientras que

las regiones líquida y gaseosa están en las partes izquierda y derecha respectivamente. Las isotermas en la

región líquida son muy pronunciadas, debido a que el volumen de los líquidos cambia muy poco con

variaciones grandes en la presión. Los segmentos horizontales de las isotermas en la región de dos fases se

vuelven progresivamente más cortos a, temperaturas altas, reduciéndose a un punto en C. En consecuencia,

la isoterma crítica, Tc, exhibe una inflexión horizontal en el punto crítico C que está en la parte superior del

domo. En él no pueden distinguirse las fases líquida y de vapor debido a que sus propiedades son las mismas.

1

2

12

12

1

2 1)(1

)(211

T

T

SST

SST

q

qt

Figura a: Diagrama PV para

una sustancia pura

Figura b: Diagrama PV para las

regiones ciclo, líquido/vapor y vapor

de un fluido puro.

39. Represente en los diagramas pv y ts el ciclo principal de una instalación de vapor de fuerza, si el estado

inicial es vapor sobrecalentado y dé las explicaciones necesarias.

En la práctica, es deseable que el contenido de humedad en una instalación termoeléctrica se mantenga por

debajo del 10% en el extremo de baja presión de la turbina. Además, al aumentar la temperatura promedio

a la cual se suministra el vapor aumentará la eficiencia del ciclo. El aumento de la eficiencia del ciclo mediante

la elevación de la temperatura del fluido que entra en la turbina y la eliminación del problema de la humedad

en la turbina se pueden lograr de forma simultánea mediante la adición de un sobre calentador al ciclo de

vapor simple. El proceso de sobre calentamiento lleva una temperatura mayor en la entrada de la turbina sin

que aumente la presión máxima del ciclo. Después de que el vapor saturado abandonada caldera, el fluido

pasa a través de otra sección de entrada de calor, en donde la temperatura aumenta, teóricamente, a presión

constante. El vapor sale del sobre calentador a una temperatura restringida sólo por los efectos de carácter

metalúrgico. La bomba de alimentación eleva la presión del agua hasta la presión de trabajo y suministra el

agua a la caldera, donde la temperatura se eleva hasta la temperatura de ebullición y ebulle hasta convertirse

en vapor saturado.

En el sobre calentador el vapor alcanza la T de trabajo, este vapor sobrecalentado ingresa a la turbina donde

se expande, realizando un trabajo, luego el vapor agotado entra al condensador donde se condensa cediendo

el calor latente de vaporización al agua de enfriamiento.

En la figura 2 el área sombreada en el diagrama Ts representa el trabajo neto adicional y el área debajo de la

curva 3-3’ representar calor agregado en la sesión del sobre calentador, observe que la temperatura promedio

a la cual suministra calor durante el proceso 3-3’ es mayor que la temperatura existente durante el proceso

adición de calor en la sección de la caldera, mientras que la temperatura de condensación sigue siendo la

misma. Con base en un análisis de la máquina de Carnot cabe esperar que la eficiencia del ciclo haya

aumentado. El otro punto importante es que la calidad del estado 4’ es considerablemente mayor que la del

estado 4. Por tanto, el problema de la humedad de la turbina se ha atenuado.

42. Escriba la expresión para la ley de la termoconductividad (ley de Fourier). Dé el análisis de esta ley.

La ley de Fourier se desarrolla a partir de los fenómenos observados más que derivarse de los principios

básicos. Por ello vemos el modelo como una generalización que se basa en numerosas pruebas

experimentales.

Transferencia unidimensional de calor por conducción (Ley de Fourier)

Es posible cuantificar los procesos de transferencia de calor en términos de las ecuaciones o modelos

apropiados. Estas ecuaciones o modelos sirven para calcular la cantidad de energía que se transfiere por

unidad de tiempo. Para la conducción de calor, la ecuación o modelo se conoce como ley de Fourier. Para la

pared plana unidimensional que se muestra en la figura 4., la cual tiene una distribución de temperatura T(x),

la ecuación o modelo se expresa como

unidad de área (W/m2) es la El flujo de calor o transferencia de calor por

velocidad con que se transfiere el calor en la dirección x por área unitaria

perpendicular a la dirección de transferencia, y es proporcional al gradiente de temperatura, dT/dx en esta

dirección. esta ecuación define la conductividad térmica y que k tiene las unidades de vatios por metro y por

grado Celsius (W/m K) en un sistema deunidades en el que el flujo de calor se exprese en vatios.La constante

de proporcionalidad, k, es una propiedad de transporte conocida como conductividad térmica y es una

característica del material de la pared. El signo menos es una consecuencia del hecho de que el calor se

transfiere en la dirección de la temperatura decreciente. En las condiciones de estado estable que se

muestran en la figura 4.

Donde la distribución de temperatura es lineal, el gradiente de temperatura se expresa como

y el flujo de calor entonces es

Se puede observar que esta ecuación proporciona un flujo de calor, es decir, la velocidad del calor transferido

por unidad de área. El calor transferido por conducción por unidad de tiempo, qx (W), a través de una pared

plana de área A, es entonces el producto del flujo y el área.

43. Escriba la ecuación para la cantidad de calor transmitido por conveccion (ecuación de Newton). De el

análisis de esta ecuación.

Cuando un fluido a Tf se pone en contacto con un sólido cuya superficie de contacto está a una temperatura

distinta Tpf, el proceso de intercambio de energía térmica se denomina transmisión de calor por convección

Existen dos tipos de convección:

a) Convección libre o natural

b) Convección forzada

Independientemente de que la convección sea libre o forzada, la cantidad de calor transmitida Qc, se puede

escribir (Ley de Newton):

En la que hcf es la conductancia convectiva térmica unitaria o coeficiente de transmisión del calor por

convección en la interfase líquido-sólido, en W/m2°K; A es el área superficial en contacto con el fluido, en m2;

Tpf es la temperatura de la superficie, en °K y Tf es la temperatura del fluido no perturbado, en °K.

''xq

)( fpfcfc TTAhQ

dx

dTkqx ''

L

TT

dx

dT 12

L

Tk

L

TTkqx

21''

L

TTkqx

12''

En esta igualdad el coeficiente de proporcionalidad hcf se llama coeficiente de emisión térmica desde el medio

calentador a la pared o desde la pared al medio calentado. El coeficiente de emisión térmica hcf es igual a la

densidad del flujo calorífico a una diferencia de temperaturas de un grado y depende tanto de las propiedades

físicas del fluido y del material de la pared, como del carácter del movimiento y de la forma de la superficie.

En el sistema SI la potencia del flujo calorífico se mide en vatios, la temperatura en grados y el área en metros

cuadrados.

Se puede anticipar que la transferencia de calor por convección tiene una dependencia respecto a la

viscosidad del fluido, además de la dependencia con relación a las propiedades térmicas del fluido

(conductividad térmica, calor específico, densidad). Esto se anticipa debido a la influencia de la viscosidad en

el perfil de velocidad y, de igual manera, en la razón de transferencia de energía en la región cercana a la

pared.

Si una placa caliente fuera expuesta al aire ambiente sin una fuente externa de movimiento, se experimentaría

un movimiento de aire como resultado de los gradientes de densidad próximos a la placa. A esto se le llama

convección natural o libre, opuesta a la convección forzada, la cual se experimenta en el caso de aire soplado

con abanico sobre una placa. Los fenómenos de ebullición y condensación están también agrupados bajo el

tópico general de transferencia de calor por convección.

45. Escriba la ecuación de Stefan – Boltsman para la irradiación térmica de un cuerpo.

La capacidad de radiación por m2 de superficie de un cuerpo calentado en 1 segundo a temperatura T se

calcula por la formula de Stefan – Boltsman

4

100

TCE o

Co = constante de radiación del cuerpo absolutamente negro

= Grado de negrura del cuerpo radiante igual a la razón de su capacidad de radiación y la capacidad de

radiación del cuerpo absolutamente negro.

oC

C

49. ¿Cómo se obtiene la composición elemental de la masa de trabajo de un combustible a partir de la masa

orgánica de dicho combustible?

La determinación de la composición de la masa de trabajo del combustible por la composición de su masa

carburante se realiza de acuerdo con la fórmula:

Para el combustible que contiene gran cantidad de humedad ( la turba, la leña, algunos desechos vegetales)

en algunos casos es cómodo utilizar el concepto de masa seca, o sea caracterizar la composición de un

combustible absolutamente seco por medio de la suma de sus elementos:

en este caso

100

)(100 ttct WA

CC

SSSSSS ASNOHC ,,,,,

Donde el índice “s” indica que la composición porcentual de los diferentes elementos está referida a la masa

seca.

A una humedad del combustible de trabajo Wt , la fórmula de conversión del contenido porcentual de

carbono, en la masa de trabajo al contenido porcentual de carbono en la masa seca, tiene el siguiente aspecto:

55. ¿En que se diferencia la combustión completa de la incompleta?

En la combustión completa se queman las sustancias combustibles del combustible hasta el máximo grado de

oxidación. En este tipo de reacción no se encuentran sustancias combustibles en los humos o gases de

combustión. Las reacciones químicas que se utilizan en el estudio de las combustiones técnicas tanto si se

emplea aire oxigeno, son muy sencillas y las principales son:

Ahora la combustión incompleta es un tipo de reacción caracterizado por la presencia de sustancias

combustibles o también llamados inquemados en los humos o gases de combustión. Estas sustancias

generalmente son carbono como hollín, CO, H2 y también pueden aparecer pequeñas cantidades de los

hidrocarburos que se utilizan como combustibles. En el caso de la reacción en la que se produce únicamente

CO en los gases de combustión, se conoce con el nombre de Combustión de Ostwald y l areacción que produce

CO y H2 se conoce como Combustión de Kissel.

56. ¿De qué elementos consta la instalación de calderas?

Una instalación de caldera consta de las unidades de caldera y de los dispositivos (aparatos) auxiliares.

Unidad de caldera. Incluye la propia caldera, que es un intercambiador de calor, e l sobrecalentador de vapor,

el economizador acuoso, el calentador de aire, la estructura del hogar, así como el revestimiento, los ductos

de gas, la armazón y los accesorios.

La caldera de vapor: elemento principal de la unidad de caldera y es en sí un intercambiador de calor a través

de cuya superficie metálica ocurre la transmisión de calor de los productos de la combustión del combustible

al agua para la obtención de vapor saturado. La productividad de vapor de una caldera se determina por

medio de la cantidad de kilogramos o de toneladas de vapor, producido en una hora, se simboliza por medio

de la letra D y se mide en kg/h o ton/h o en kg/s.

%100, SSSSSS ASNOHC

t

tS

WCC

100

100

OHSOOSH

SOOS

OHOH

COOCO

COOC

2222

22

222

22

22

23

21

21

El sobrecalentador de vapor: Son intercambiadores que tienen como objeto recalentar el vapor que ya ha

hecho un cierto trabajo en la turbina, esta transferencia de calor aumenta Su energía y su volumen; es

preferible recalentar y no tratar de elevar bastante la temperatura inicial debido a los inconvenientes de

pérdidas térmicas y tecnología de materiales.

El economizador acuoso: sirve para el calentamiento del agua de alimentación que entra en la caldera por

medio del calor de los productos de la combustión. Y el hecho de elevar la temperatura del agua incrementa

la eficiencia de la unidad al eliminar el uso del combustible adicional para esta operación.

Economizadores y calentadores de aire: Está destinado para el calentamiento del aire que entra al hogar

mediante el calor de los gases de escape. Para aprovechar la mayor cantidad posible del calor de los gases de

combustión se acostumbra a instalar un equipo de recuperación en donde quiera que los ahorros en la

operación de la caldera prometen la justificación de los costos de instalación. Un economizador no es más

que un intercambiador de calor convenientemente colocado. Este instrumento funciona como un

recuperador de calores residuales (también se puede usar el calor extraído por el condensador) y se llama

economizador cuando calienta el agua de alimentación y se le denomina calentador de aire cuando calienta

el aire para la combustión. El economizador permite aumentar la capacidad de una caldera ya instalada o

reducir el tamaño de la caldera en su diseño. Se pueden obtener unos ahorros hasta del 1% por cada 16° C.

su uso sólo se justifica si el costo del combustible es bajo, sí el trabajo de la unidad es por temporadas o si la

unidad está diseñada como equipo auxiliar.

Cámara de combustión: Espacio en la que se quemarán combustible propiamente dicho.

Quemadores: Son los directos responsables de hacer la mezcla de aire combustible y por ende mantener la

llama.

Casco y soportes: Es el cuerpo, apoyo y aislante de la caldera y contiene todos los demás componentes.

Haz de tubos: Estos son los verdaderos racimos de tubos y constituyen el punto real de intercambio de calor

entre los humos de la combustión y el fluido a calentar ya sea esta agua o mercurio en el caso centrales

termoeléctricas de altísimas presiones.

Bafles para defección: Son láminas metálicas que se usan para alternar el sentido de flujo del fluido externa

(agua o humos según sea el caso) y conseguir entonces una mejor eficiencia en el intercambio de calor, al ser

los dos flujos perpendiculares.

Dispositivos auxiliares

Dispositivo de preparación del combustible: dependiendo del combustible hay trituradoras, secadores,

molinos, alimentadores y ventiladores.

Dispositivo para la eliminación de la ceniza y escoria: consta de accesorios hidráulicos y mecanismos.

Dispositivo para la preparación del agua de alimentación: Consta de las bombas de alimentación para el

suministro de agua a la unidad de caldera bajo presión y de la tubería.

Dispositivo de tiro y soplado: se encarga del suministro de aire al hogar y del movimiento de los productos de

la combustión en los tubos y en la salida de los mismos.

Equipo de control térmico y de regulación: Consta de instrumentos de control y medición y automáticos, que

aseguran el funcionamiento continuo y coordinado de diferentes elementos de la instalación de caldera para

la generación de vapor de parámetros dados en la cantidad necesaria.

Fig. 7. Instalación de caldera de baja productividad.

57. ¿Cuál es la función del sobrecalentador de vapor?

Los sobrecalentadores reciben el vapor saturado procedente del domo y tiene como función elevar la

temperatura por encima de la T de saturación correspondiente a la presión que se encuentra este, es decir

sobrecalentar el vapor. En los sobrecalentadores, el vapor sufre una pequeña caída de presión como

consecuencia de la fricción que se opone a su flujo por los tubos que lo componen.

El uso del vapor en un estado sobrecalentado es muy deseable, pues proporciona varias ventajas, entre otras:

1. Aumenta la eficiencia de las máquinas, especialmente de las turbinas, ya que las reciprocantes tienen

limitado el sobrecalentamiento que admiten.

2. Limita la corrosión y las pérdidas térmicas en las tuberías conductoras, pues no se producen

condensaciones de vapor.

3. Se elimina el peligro de que se produzcan golpes de agua en las máquinas, que pueden acarrear grandes

consecuencias.

4. Si se opera en un ciclo de potencia, con aumentos de la temperatura se incrementa la eficiencia del ciclo.

Los sobrecalentadores de vapor pueden colocarse en diferentes puntos de las calderas, pero siempre en una

zona en que los gases estén a altas temperaturas. Las posiciones típicas de colocación son: a) Entre los haces

de la caldera, generalmente detrás del primero; b) En la zona o eje convectivo detrás del festón; c) En el

horno, entre las pantallas de agua o colgando del techo.

Los sobrecalentadores de vapor, de acuerdo al modo de admisión de calor (transferencia de calor de los gases

al vapor) se clasifican en 3 tipos:

1. Sobrecalentadotes convectivos: son aquellos que reciben la gran mayoría de calor por convección pues

dada la temperatura a la que se encuentran los gases cuando llegan a ellas, el calor que puede ser trasmitido

por radiación es demasiado bajo. Estos se encuentran colocados de tal forma que no ven en ningún momento

las llamas del horno. Los sobrecalentadores convectivos pueden utilizarse en todos los tipos de calderas,

desde las más pequeñas hasta las más grandes.

2. Sobrecalentadotes radiantes: son aquellos que reciben la gran mayoría de calor por radiación pues están

directamente expuestos a las llamas del horno, no obstante como los gases calientes también están en

contacto con ellos, se transfiere un poco de calor por convección pero esto resulta insignificante. Los S.

Radiantes pueden ser colocados de dos formas: colgando del techo o cubriendo las paredes del techo y del

horno.

3. Sobrecalentadores mixtos: son los que reciben cantidad equivalente de calor por radiación y convección,

para lograr esto se colocan inmediatos a la salida del horno, generalmente detrás del festón.

Sobrecalentadores convectivos en calderas radiantes.

61. Escriba la expresión para la eficiencia (rendimiento) del grupo de caldera.

Es necesario definir con exactitud los valores de la eficiencia de la caldera. Y esta definida por:

η = Qout /Qin

Además Qout = Qin - Qp

La salida de calor Qout es definida como la suma de los flujos de vapor del sobrecalentador y recalentador con

las respectivas diferencias de entalpía. Por ejemplo, la salida de calor de una caldera con un sobrecalentador

SH y una estación de recalentamiento RH (usando agua de alimentación FW como agua rociada SW en el

sobrecalentador y en recalentador) es Qout = WSHO (hSHO – hfw) + WRHi (hRHO – hRHi) + WRHSW(hRHo –

hfw)

La entrada de calor es (simplificada) Qin = mFL * PCS

Donde PCS es el poder calorífico superior del combustible utilizado.

Ahora bien para calcular Qp se debe calcular una serie de pérdidas producidas en el interior de la caldera por

diferentes factores las cuales se muestran a continuación:

1. Pérdida debida a los gases secos o humos (kJ / kgcomb)

H1 = mgs * Cpgs * (Tgs – Ta)

mgs = (4* CO2 + O2 + 700 / 3*(CO2 +CO)) * C1

1- Sobrecalentador mixto vertical.

2- Sobrecalentador convectivo vertical.

3- Sobrecalentador convectivo

horizontal.

4- Atemperador.

5- Colector.

Donde,

2. Pérdidas debidas al agua procedente de la combustión del hidrógeno (kJ / kgcomb)

Donde,

3. Pérdidas debidas a la humedad del combustible (kJ / kgcomb)

Donde,

4. Pérdidas debidas al combustible sin quemar (kJ / kgcomb)

Donde,

5. Pérdidas de combustible sin consumir (kJ / kgcomb)

6. Pérdidas debidas a la humedad del aire suministrado (kJ / kgcomb)

Donde,

7. Pérdidas debidas a radiación y otras pérdidas (kJ / kgcomb)

Entonces Qp viene a ser la sumatoria de todas las pérdidas calculadas anteriormente y así de esta manera se

procede a calcular la eficiencia de la caldera.

62. Qué es la capacidad (poder) de vaporización del combustible? Cómo se determina el consumo horario

de combustible?

La capacidad de vaporización del combustible es un indicador importante de la calidad de un combustible

líquido, ya que representa la capacidad de pasar al estado gaseoso. Está capacidad se caracteriza por las

temperaturas a las cuales se evapora el 10, el 50 y el 90% del volumen del combustible y para las gasolinas se

indica como la temperatura de fin de ebullición.

La capacidad de vaporización identifica si un combustible es ligero o pesado. Un combustible ligero se refiere

a la gasolina, ligroína y queroseno. Por ejemplo, la gasolina es un combustible ligero, su capacidad de

vaporización del 10% de su volumen, según los Estándares de la URSS, ha de ser destilada a una temperatura

no superior a los 70 y 55ºC, el 50% a 115 y 100ºC, el 90% a 180 y 160ºC y el fin de la ebullición no tiene que

superar los 195 y 185ºC

Consumo Horario del combustible, ge.

e

3600

u

eH

g .

Mie

i

eM

p

p

pe = pi - pM

i

3600

u

iH

g

Vu

ii

H

lp

K

0

iPi pp '

1-

1

1-

212 1-11)-(1-1-11)-(1-1-'

nn

ci nnpp

C

Z

T

T

W9H2.51-S-O10.89-6.12591.33 HCHu

63. ¿Cuáles son las causas de las pérdidas q4 por imperfección mecánica de la combustión y q3 por

imperfección química de la combustión del combustible?

La perdida q4 es debida a la combustión mecánica incompleta del combustible. Esta perdida es la suma de las

pérdidas de calor con la escoria, con la que cae al foso y con el arrastre:

(1)

Estas pérdidas, sin embargo, es necesario considerarlas sólo cuando se emplea combustible de alto contenido

de ceniza (ceniciento). Las pérdidas de calor debidas a la combustión mecánica incompleta dependen de la

clase de combustible y de sus propiedades (poder aglutinante, cantidad de menudencias, composición de la

masa carburante, desprendimiento de volátiles, calidad del coque, fusibilidad de la ceniza), del método de

quemado, del tipo de hogar y de las condiciones de operación (de explotación).

La perdida de calor Q3 debida a la combustión química incompleta del combustible, provocada por la presencia

en los gases de humo que salen de la unidad de productos de la combustión incompleta (CO, H2, CH4, etc) o

sea de gases carburantes no combustionados (no quemados)

(2)

De donde:

m3/kg (3)

Durante la combustión de 1 m3 de CO se desprenden 3050 Kcal/ m3 de calor. Esta cantidad de calor en caso

de combustión incompleta es arrastrada en 1m3 de monóxido de carbono. En tal caso las pérdidas de calor

debidas a la combustión química incompleta constituyen:

Kcal/Kg (4)

66. ¿Qué tipos de hogares mecánicos conoce usted y cuál es el campo de su aplicación de acuerdo con el

género del combustible y la productividad de vapor de la unidad de caldera?

El hogar es el principal elemento de la unidad de caldera y sirve para quemar el combustible por el método

más económico y para transformar la energía química de aquel en calor. En el hogar ocurren los fenómenos

de combustión del combustible, la transmisión de parte del calor de los gases a la superficie de calentamiento

que se encuentran en la zona de combustión y también la parte de recolección y captura determinante de

residuos de hogar.

En los hogares mecánicos de capa, la mecanización del proceso de hogar abraca el suministro del combustible,

su desplazamiento a lo largo de las parrillas y eliminación de escoria a la tolva de escorias (parrillas de cadena)

o los mismos procesos y complementariamente el atizaje mecanizado (parrillas inclinadas empujadoras y

parrillas con listón de atizaje). La mecanización del proceso de hogar eleva considerablemente el rendimiento

económico de la utilización del combustible, baja los gastos de la instalación de calderas y facilita el trabajo

del fogonero.

Hogar con parrilla de cadena: (fig 8) Representa en sí una hoja sinfín con barrotes superpuestos, colocados

sobre varillas transversales o sobre baos, los cuales están sujetos a dos o más cadenas. El esquema de una

parrilla de cadena para el quemado de carbón se muestra en la figura 8.

Hogar con parrilla de cadena ciega: Se utiliza para el quemado de carbones y se ilustra en la figura 9. La

combustión en la parrilla de cadena es de fase, o sea, transcurre de tal manera que en cada momento de

tiempo en la parrilla tiene lugar todas las fases de la combustión.

arrcaidaesc QQQQ 4444

100.

. CO

V

V

sg

oc

sgoc VCO

V .. *100

COCORO

KqQ

t

2

43 )

1001(5,56

FIg. 8. Esquema de una parrilla de cadena

Fig. 9. Emparrillado de cadena.

Hogar de cuba y cadena: Este se muestra en la figura 10. Está destinado para el quemado de turba en pedazos

con humedad de hasta 50% para calderas tanto de media como de gran potencia (hasta 200 ton/h). A

diferencia de otro tipo de hogares de capa, los hogares con parrilla de cadena sirven para el quemado de los

más diversos combustibles: de los moderadamente húmedos y cenicientos, por ejemplo la turba, hasta

aquellos como la antracita.

1. Tolva de carga 2. Compuerta sectorial

3. Compuerta para regular el espesor de la capa de combustible 4. Panel lateral

5. Boca de horno 6. Bastidor de la parrilla

7. Polea conducida 8. Desalojador de escoria

9. Tolva para sedimento 10. Canal entrada de aire

11. Estrella conductora

1. Cadena sinfín.

2. Ruedas dentadas.

3. Cojinetes en la bancada.

4. Árboles.

5. Baos.

6. Barrotes.

7. Rueda de tornillo sinfín.

8. Tornillo sinfín.

Fig. 10 Esquema de un hogar de cuba y cadena para turba en trozos

Hogar con parrilla de listón de atizaje. Figura 11. Es también un ejemplo del diseño de hogar con movimiento

forzado del combustible. El hogar con listón de atizaje se utiliza para el quemado de carbones pardos, así

como de carbones de piedra con desprendimiento de volátiles mayor de 25% en unidades de caldera con

productividad mayor de hasta 20 ton/h.

Fig.11 . Hogar con parrilla con listón de atizaje.

Varillas articuladas Motor eléctrico

Palanca Piñón cilíndrico y estrella

Reductor Listón de atizaje

Cuba de encendido

1. Hoja de la parrilla

2. Entrada de aire

3. Cuba

4. Pantalla anterior

5. Pantalla lateral

6. Pantalla posterior

7. Panel de enfriamiento

8. Eliminador de escoria

9. Soplador de zona

Hogar de parrilla de cadena para carbones y astillas de leña.

Hogar de cuba y cadena para la turba en pedazos.

Hogar de parrilla inclinada empujadora para carbones pardos.

Hogares con suministro inferior del combustible.

67. ¿Qué combustible se quema en los hogares de cámara?

En los hogares de cámara se queman todo tipo de combustibles aptos para la operación de generadores de

vapor y estos pueden ser sólidos líquidos o gaseosos.

En caso de que los combustibles sean sólidos, estos se desmenuzan previamente y se suministran por medio

de la corriente de aire a la cámara donde arde en estado e suspensión. los hogares de cámara presentan

ventajas sustanciales con respecto a las cámaras de capa y radican en un mayor rendimiento económico,

mejor flujo térmico, posibilidad de quemar cualquier tipo de combustible. Entre otras razones por las que este

tipo de hogares han tenido una gran difusión.

Los hogares de cámara son adecuados para trabajar con producciones superiores a las 15 – 20 ton/h. en

cuanto a construcción el hogar de cámara se combina con la unidad de caldera en su conjunto.

76. ¿Qué es presión crítica y velocidad crítica del flujo de vapor?

Presión crítica: es la mínima presión que se debe aplicar para llevar a cabo la licuefacción a la temperatura

crítica

Velocidad crítica es aquella velocidad por debajo de toda turbulencia es amortiguada por la acción de la

viscosidad del fluido.

77. ¿Cuál es el principio de funcionamiento de una turbina activa?

Turbinas de acción: Son aquellas en que el fluido no sufre ningún cambio de presión a través de su paso por

el rodete. La presión que el fluido tiene a la entrada en la turbina se reduce hasta la presión atmosférica en la

corona directriz, manteniéndose constante en todo el rodete. Su principal característica es que carecen de

tubería de aspiración. La principal turbina de acción es la Turbina Pelton, cuyo flujo es tangencial. Se

caracterizan por tener un número específico de revoluciones bajo (ns<=30). El distribuidor en estas turbinas

se denomina inyector.

83. ¿Cuál es la diferencia entre una central eléctrica de condensación y una central eléctrica de

calorificación?

Existen centrales eléctricas de condensación (CEC) y centrales térmicas (CT) estas últimas son plantas de

producción combinada de calor y electricidad). En la CEC están instalados los turbogrupos del tipo de

condensación. Estos producen sólo la energía eléctrica.

Las CT despachan a los consumidores exteriores las energías eléctricas y térmicas con vapor o agua caliente.

Puesto que una CT está vinculada con una empresa o una comarca de viviendas mediante las tuberías para

vapor o agua caliente y su alargamiento exagerado proporciona las pérdidas de calor elevadas, las centrales

de este tipo se sitúan por lo general directamente en el territorio de empresas, del macizo de viviendas o cerca

de éstas.

Al presente, las centrales termoeléctricas de condensación se construyen acorde con el principio de bloque.

En las centrales termoeléctricas de calorificación se emplea tanto el esquema centralizado con

comunicaciones transversales, como también el esquema de bloque.

Esquema térmico de una central eléctrica de condensación elemental.

Esquema térmico de una central termoeléctrica de calorificación.

Las Instalaciones Reductoras Enfriadoras (IRE) se utilizan para asegurar el suministro de vapor al usuario en el

caso de presentarse una avería de la turbina.

84. ¿Que es la calorificación?

El análisis de los procesos de transmisión de calor en las calderas, expuestos en los apartados precedentes

demuestra que el calor de los productos de combustión se transmite de la siguiente manera. De los gases

fumígenos calientes, por radiación y contacto, se transmite a las paredes de uno u otro elemento del sistema

de la caldera. Recibido por la superficie exterior de la pared, va por conductividad térmica a su superficie

interior. Desde ésta, por contacto, al agua caliente o en ebullición o al vapor recalentado; y al aíre, en el

precalentador. Por supuesto que la cantidad de calor transmitido en todo este recorrido permanece

invariable, o sea las paredes de la superficie de calentamiento entregan al fluido motor tanto calor como han

recibido de los gases. Esta cantidad de calor se expresa por la fórmula

Donde tg y tfm son las temperaturas de los gases de la combustión y del fluido motor, ºC; k es el coeficiente de

calor, kcal/m2.h.°C, que tiene en cuenta el de transmisión calorífica de los productos de combustión hacia la

pared de la caldera y de esta última hacia el fluido motor, así como el coeficiente de conductividad térmica.

La magnitud inversa al coeficiente de transmisión térmica, o sea 1/ k, se denomina coeficiente de resistencia

térmica y se designa por la letra r. El coeficiente conjunto de resistencia a la transmisión calorífica desde los

gases fumígenos al fluido motor, naturalmente, es igual a la suma de coeficientes de resistencia parciales:

transmisión de calor de los gases fumígenos a la pared r1 = 1/α; a través de la pared, rpared, y de la pared al

fluido motor, r2 = 1/ α2. De esta manera, el factor combinado de resistividad a la transmisión calorífica es

r = r1 + rpared + r2 [°C.m2.h/kcal],

o bien,

1/ k = 1/ α1 + 1/λ + 1/ α2 [ºC.m2.h/kcal],

y la conductividad térmica,

k = 1/ (1/ α1 + 1/λ + 1/ α2) [kcal/m2h.°C].

De estas ecuaciones se deduce que cuanto mayor es el coeficiente de resistividad, tanto menor es el

coeficiente de transmisión calorífica y más difíciles las condiciones de la última, ya que para la transmisión de

una misma cantidad de calor con una gran resistencia se requiere gran diferencia de temperaturas o más

superficie de calentamiento y menor grosor de las paredes.

85. ¿Cómo se realiza la fisión del núcleo atómico del uranio?

En las centrales nucleares modernas se emplea en calidad de combustible nuclear el uranio U235, ósea uranio

con un peso atómico de 235. El uranio natural que posee un peso atómico de 235 y no participa directamente

en la reacción nuclear, contiene solamente 0,7% de U235 (precisamente el U235 se fisiona por medio de los

neutrones lentos, es combustible nuclear). En el uranio enriquecido el contenido de U235 se lleva a hasta 3,5%

lo que eleva el gasto en combustible nuclear. Además de la fisión nuclear de los núcleos con los neutrones

tiene lugar la reacción de captura de los neutrones de U238. A resultas de cadenas de transformaciones de

U238, se forma Pt239 un nuevo isótopo radioactivo que también se divide por los neutrones lentos y pueden

servir de combustible nuclear.

hKcalttkHQ fmg /)(

86. Por qué durante la fisión del núcleo de uranio se desprende calor.

Se libera energía nuclear cuando se induce la fisión de un núcleo pesado como el U mediante la absorción

de un neutrón, en la reacción que produce cesio 140, rubidio 93, tres neutrones y 200 MeV, o 3,2 × 10-11 J.

Una reacción de fisión nuclear libera una energía 10 millones de veces mayor que una reacción química típica.

Las dos características fundamentales de la fisión nuclear en cuanto a la producción práctica de energía

nuclear resultan evidentes en la ecuación expuesta anteriormente. En primer lugar, la energía liberada por la

fisión es muy grande. La fisión de 1 kg de uranio 235 libera 18,7 millones de kilovatios hora en forma de calor.

En segundo lugar, el proceso de fisión iniciado por la absorción de un neutrón en el uranio 235 libera un

promedio de 2,5 neutrones en los núcleos fisionados. Estos neutrones provocan rápidamente la fisión de

varios núcleos más, con lo que liberan otros cuatro o más neutrones adicionales e inician una serie de fisiones

nucleares automantenidas, una reacción en cadena que lleva a la liberación continuada de energía nuclear.

Los neutrones producidos en la fisión tienen energía cinética grande, ya que su velocidad promedio

aproximada es de 20.000 km/seg, es decir casi un 7% de la velocidad de la luz

El uranio presente en la naturaleza sólo contiene un 0,71% de uranio 235; el resto corresponde al isótopo no

fisionable uranio 238. Una masa de uranio natural, por muy grande que sea, no puede mantener una reacción

en cadena porque sólo el uranio 235 es fácil de fisionar. Es muy improbable que un neutrón producido por

fisión, con una energía inicial elevada de aproximadamente 1 MeV, inicie otra fisión, pero esta probabilidad

puede aumentarse cientos de veces si se frena el neutrón a través de una serie de colisiones elásticas con

núcleos ligeros como hidrógeno, deuterio o carbono. En ello se basa el diseño de los reactores de fisión

empleados para producir energía.

88. ¿De qué elementos consta una instalación de turbina gas?

Una instalación de turbina gas consta de: compresor de aire, turbina de gas, generador de corriente eléctrica,

bomba de combustible, motor de arranque, cámara de combustión

Figura 1. Esquema de una instalación de turbina de gas

91. ¿Cómo transcurre el proceso de trabajo en una instalación de turbina de gas (ITG) con generador de

émbolo de gas?

El proceso de trabajo de una instalación de turbina de gas con generador de émbolo de gas se muestra en la

figura__. El papel de compresor y simultáneamente de cámara de combustión lo desempeña el generador de

gas de émbolos libres (GGEL), el cual por el principio de funcionamiento semeja un diesel de dos tiempos de

elevada sobrealimentación con émbolos que se mueven en sentido contrario. Los émbolos (10) de los

compresores durante el movimiento de encuentro comprimen el aire y lo expulsan de las cavidades (2) a

través de las válvulas (4) al reservorio de barrido (11). De aquí a través de las lumbreras de barrido (6) el aire

ingresa al cilindro “diesel” (9) al comienzo para el barrido, y luego para el llenado con carga fresca. Cuando los

émbolos (5) se aproximan y ocupan la posición casi extrema, al cilindro (9) a través del inyector (7) se inyecta

combustible. Igual que en el diesel, el combustible se autoinflama por compresión. A causa de la expansión

de los gases en el cilindro (9) durante la combustión del combustible los émbolos (5) comienzan a divergir

hacia los lados contrarios. Entre tanto los émbolos (10), rígidamente unidos con los émbolos (5) comprimen

el aire en las cavidades de amortiguación (1). Simultáneamente a través de las válvulas (3) se succiona aire

atmosférico a las cavidades de compresión (2). Luego, tan pronto el émbolo (5) abre las lumbreras de escape

(8), los gases del cilindro “diesel” (9) salen al reservorio de nivelación (12), y de aquí la mezcla de gases con el

aire de barrido a una temperatura de 720 K a 870 K se dirige a la turbina (13). La potencia desarrollada por la

turbina casi completamente se entrega al usuario. Para desplazar los émbolos de nuevo hacia su encuentro

se utiliza la energía del aire comprimido que se halla en las cavidades de amortiguación (1). De tal manera se

repite todo el proceso de trabajo.

Figura 2. Esquema básico de una instalación de turbina de gas con generador de gas de émbolos libres

98. Describa el diseño (construcción) de los esquemas básicos de los aparatos de condensación.

La estructura de principio del condensador se muestra en la figura 26. El condensador tiene cuerpo cilíndrico

o en forma del paralelepípedo 1 fabricado en del acero al carbono. El suministro del vapor a través de la

tubuladura de salida de la turbina se opera a través de la boca 2del condensador. de ordinario los

condensadores modernos se sueldan con la tubuladura de la turbina, lo que asegura una elevada

estanqueidad de su unión contra la penetración del aire. El agua de enfriamiento entra en el condensador y

sale de éste pasando a través de las cámaras de agua. Con más frecuencia los condensadores con respecto al

agua se hacen de dos pasos o de un solo paso. En primer caso el agua entra en la cámara delantera de agua 3

que tiene el tabique 4, pasa a través de la mitad inferior de los tubos y la cámara trasera 5, da la vuelta y se

dirige a los tubos dispuestos en la parte superior de la cámara delantera de agua, pasa a través de todo el

sistema de tubos y sale de la cámara trasera de agua. Las cámaras de agua se separan del espacio principal en

que entre los tubos circula el vapor y el condensado obtenido por medio de las chapas portatubos 6 y 7.

El elemento principal del condensador es el juego de tubos, o sea, el haz de tubos 8. se utilizan tubos de gran

longitud (de hasta 9m y más), que ordinariamente tiene un diámetro exterior de 25 y 8 mm con espesor de

1mm y se fabrican de latón, de una aleación de cobre y níquel y rara vez de aleación de titanio o de aceros

inoxidables. Como regla, los tubos se fijan en las chapas portatubos mediante laminado. Para mejor

estanqueidad de la unión de los tubos se emplea adicionalmente un untado de betún o de pasta epoxídica; es

posible la unión soldada de los tubos de acero con las chapas portatubos.

El condensado se acumula en la parte inferior del condensador, en el colector de condensado 12.

Puesto que la superficie interior de los tubos del condensador se ensucia, empeorándose las condiciones del

intercambio térmico y, por consiguiente, se desmejora el vacío, es necesario limpiar periódicamente los tubos.

Para llevar a cabo esta limpieza sin para la turbina, de ordinario, el agua de enfriamiento se suministra al

condensador en dos flujos paralelos, entonces durante la inspección, limpieza y reparación de una mitad de

los tubos, la condensación del vapor se realiza sólo en aquella mitad de los tubos por los cuales circula el agua.

A consecuencia de esto la presión final crece, mientras que la carga de la turbina con frecuencia se reduce.

Esquema estructural del condensador de dos pasos.

1- cuerpo; 2- boca; 3- parte de entrada de la cámara delantera de agua; 4- tabique; 5 – Cámara trasera de

agua; 6 y 7 – chapas portatubos; 8- tubos de condensación; 9- refrigerador de aire; 10- deflectores de vapor;

11- succión de la mezcla de vapor y de aire; 12- colector de condensado; 13- dispositivo de descarga para el

vapor y de aire; 12- colector de condensado; 13- dispositivo de descarga para el vapor que ha entrado de la

IRRR; 14- tubos de salida del vapor de las cámaras de toma del CBP.

103. ¿Qué se logra mediante una compresión escalonada del aire y el enfriamiento intermedio?

Al emplearse la compresión escalonada con enfriamiento del aire después de cada escalón en enfriadores de

aire intermedios, se pretende aproximar el proceso al isotérmico y disminuir el trabajo gastado. Cuando más

escalones con enfriadores haya, tanto más próximo al isotérmico deviene el proceso de compresión. En

cuanto introducir el enfriamiento intermedio, a partir de la ecuación 2-60 provoca un considerable aumento

de la relación óptima de elevación de la presión 𝛽𝑜𝑝𝑡 y una disminución del gasto específico de gas en la

instalación. A resultas de ello se crean condiciones para elevar la potencia unitaria de la ITG.

106. Indique métodos de elevación de la eficiencia de una ITG.

Existe una serie de métodos para elevar la eficiencia (la economía) de una ITG:

1) A costa del empleo de la regeneración (recuperación) del calor de los gases de desecho de la turbina

2) Por medio de la compresión escalonada del aire con su enfriamiento intermedio.

3) Con ayuda del empleo de la combustión escalonada (calentamiento del gas)

4) Por medio de la creación de instalaciones complejas y de múltiples árboles, lo que permite elevar la

eficiencia de la ITG, especialmente en el funcionamiento a cargas parciales

5) Por medio de la creación de instalaciones combinadas, que funcionan de acuerdo con el ciclo de

vapor-gas y con cámaras de combustión de émbolos

108. ¿Por qué una instalación de vapor-gas tiene mayor rendimiento que las instalaciones de turbina de

vapor y de turbina de gas?

Las instalaciones de vapor-gas del tipo examinado en comparación con las instalaciones de vapor de fuerza

de igual potencia y con los mismos parámetros del vapor permiten bajar el gasto de combustible en 6-8%. El

ciclo de vapor-gas, desde el punto de vista de la termodinámica, representa en sí un ciclo binario, compuesto

de los escalones o etapas de gas y de vapor. Puesto que en escalón de gas se utiliza una temperatura más

elevada del fluido motor (970-1100°K) que en las instalaciones de vapor de fuerza (840-920°K), el nivel de

temperatura medio de entrada del calor en el ciclo de vapor-gas será más elevado en comparación con el ciclo

de vapor. Al mismo tiempo el escalón de vapor en el ciclo de vapor-gas permite en determinado grado utilizar

las ventajas del ciclo d vapor, en el cual el nivel de temperatura de salida del calor al intercambiador de calor

es cercano a la temperatura del medio circundante.

Por eso el rendimiento de una instalación de vapor-gas será más elevado que el rendimiento de las

instalaciones de vapor y de gas tomadas por separado.