Ingenieria Termica

233
INGENIERIA TERMICA INGENIERIA TERMICA INGENIERIA TERMICA INGENIERIA TERMICA Y DE FLUIDOS Y DE FLUIDOS Y DE FLUIDOS Y DE FLUIDOS DOCUMENTACION DOCUMENTACION DOCUMENTACION DOCUMENTACION CURSO 200 CURSO 200 CURSO 200 CURSO 2005/200 /200 /200 /2006

Transcript of Ingenieria Termica

Page 1: Ingenieria Termica

INGENIERIA TERMICAINGENIERIA TERMICAINGENIERIA TERMICAINGENIERIA TERMICAY DE FLUIDOSY DE FLUIDOSY DE FLUIDOSY DE FLUIDOS

DOCUMENTACIONDOCUMENTACIONDOCUMENTACIONDOCUMENTACION

CURSO 200 CURSO 200 CURSO 200 CURSO 2005555/200/200/200/2006666

Page 2: Ingenieria Termica

INDICEINDICEINDICEINDICE

1ª1ª1ª1ª.- PARTE.- PARTE.- PARTE.- PARTE

1111.- INGENIERIA TERMICA.- INGENIERIA TERMICA.- INGENIERIA TERMICA.- INGENIERIA TERMICA

1.11.11.11.1.- TRANSMISION DEL CALOR POR CONDUCCION.- TRANSMISION DEL CALOR POR CONDUCCION.- TRANSMISION DEL CALOR POR CONDUCCION.- TRANSMISION DEL CALOR POR CONDUCCION

1.21.21.21.2.- RESUMEN.- RESUMEN.- RESUMEN.- RESUMEN

1.31.31.31.3.- TABLA DE EQUIVALENCIAS.- TABLA DE EQUIVALENCIAS.- TABLA DE EQUIVALENCIAS.- TABLA DE EQUIVALENCIAS

1.41.41.41.4.- TRANSMISION DEL CALOR POR CONVECCION.- TRANSMISION DEL CALOR POR CONVECCION.- TRANSMISION DEL CALOR POR CONVECCION.- TRANSMISION DEL CALOR POR CONVECCION

1.51.51.51.5.- RESUMEN.- RESUMEN.- RESUMEN.- RESUMEN

1.61.61.61.6.- TRANSMISION DEL CALOR POR RADIACION.- TRANSMISION DEL CALOR POR RADIACION.- TRANSMISION DEL CALOR POR RADIACION.- TRANSMISION DEL CALOR POR RADIACION

1.71.71.71.7.- RESUMEN.- RESUMEN.- RESUMEN.- RESUMEN

1.81.81.81.8.-. TRANSFERENCIA DE CALOR CON CAMBIO DE FASE..-. TRANSFERENCIA DE CALOR CON CAMBIO DE FASE..-. TRANSFERENCIA DE CALOR CON CAMBIO DE FASE..-. TRANSFERENCIA DE CALOR CON CAMBIO DE FASE. I NTERCAMBIADORES DE CALOR I NTERCAMBIADORES DE CALOR I NTERCAMBIADORES DE CALOR I NTERCAMBIADORES DE CALOR

1.91.91.91.9.- GENERADORES DE VAPOR.- GENERADORES DE VAPOR.- GENERADORES DE VAPOR.- GENERADORES DE VAPOR

1.101.101.101.10.- EJERCICIOS.- EJERCICIOS.- EJERCICIOS.- EJERCICIOS

Page 3: Ingenieria Termica

2ª2ª2ª2ª.- PARTE.- PARTE.- PARTE.- PARTE

2222.- INGENIERIA DE FLUIDOS.- INGENIERIA DE FLUIDOS.- INGENIERIA DE FLUIDOS.- INGENIERIA DE FLUIDOS

2.12.12.12.1.- CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE HIDRAULICA.- CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE HIDRAULICA.- CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE HIDRAULICA.- CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE HIDRAULICA

2.22.22.22.2.- RESUMEN.- RESUMEN.- RESUMEN.- RESUMEN

2.32.32.32.3.- PERDIDA DE CARGA EN CONDUCCIONES.- PERDIDA DE CARGA EN CONDUCCIONES.- PERDIDA DE CARGA EN CONDUCCIONES.- PERDIDA DE CARGA EN CONDUCCIONES

2.42.42.42.4.- RESUMEN.- RESUMEN.- RESUMEN.- RESUMEN

2.52.52.52.5.- SOBREPRESIONES Y DEPRESIONES PELIGROSAS.- SOBREPRESIONES Y DEPRESIONES PELIGROSAS.- SOBREPRESIONES Y DEPRESIONES PELIGROSAS.- SOBREPRESIONES Y DEPRESIONES PELIGROSAS

2.62.62.62.6.- RESUMEN.- RESUMEN.- RESUMEN.- RESUMEN

2.72.72.72.7.- MAQUINAS HIDRAULICAS. BOMBAS.- MAQUINAS HIDRAULICAS. BOMBAS.- MAQUINAS HIDRAULICAS. BOMBAS.- MAQUINAS HIDRAULICAS. BOMBAS

2.2.2.2.8888.- VENTILADORES.- VENTILADORES.- VENTILADORES.- VENTILADORES

2.2.2.2.9999.-. RESUMEN .-. RESUMEN .-. RESUMEN .-. RESUMEN (((( MAQUINAS HIDRAULICAS. BOMBAS. VENTILADORES MAQUINAS HIDRAULICAS. BOMBAS. VENTILADORES MAQUINAS HIDRAULICAS. BOMBAS. VENTILADORES MAQUINAS HIDRAULICAS. BOMBAS. VENTILADORES))))

2.2.2.2.10101010.- TURBINAS HIDRAULICAS.- TURBINAS HIDRAULICAS.- TURBINAS HIDRAULICAS.- TURBINAS HIDRAULICAS

2.12.12.12.11111.- RESUMEN.- RESUMEN.- RESUMEN.- RESUMEN

2.122.122.122.12.- EJERCICIOS.- EJERCICIOS.- EJERCICIOS.- EJERCICIOS

BIBLIOGRAFIA:

- INGENIERIA TERMICA: Martín Llorens- PRINCIPIOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR : Frank Kreith

- MECANICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRAULICAS: Claudio Mataix Ediciones del Castillo S.A.- PEQUEÑAS CENTRALES HIDRAULICAS : Cuadernos CDT Ministerio de Industria y Energía- VENTILADORES: STEIN BALTOGAR- BOMBAS : Asociación Española de Mantenimiento- TURBINAS: Publicaciones M. y T.- Documentación Diversa

Page 4: Ingenieria Termica
Page 5: Ingenieria Termica
Page 6: Ingenieria Termica
Page 7: Ingenieria Termica
Page 8: Ingenieria Termica
Page 9: Ingenieria Termica
Page 10: Ingenieria Termica
Page 11: Ingenieria Termica
Page 12: Ingenieria Termica
Page 13: Ingenieria Termica
Page 14: Ingenieria Termica
Page 15: Ingenieria Termica
Page 16: Ingenieria Termica
Page 17: Ingenieria Termica
Page 18: Ingenieria Termica
Page 19: Ingenieria Termica
Page 20: Ingenieria Termica
Page 21: Ingenieria Termica
Page 22: Ingenieria Termica
Page 23: Ingenieria Termica
Page 24: Ingenieria Termica
Page 25: Ingenieria Termica
Page 26: Ingenieria Termica
Page 27: Ingenieria Termica
Page 28: Ingenieria Termica
Page 29: Ingenieria Termica
Page 30: Ingenieria Termica
Page 31: Ingenieria Termica
Page 32: Ingenieria Termica
Page 33: Ingenieria Termica
Page 34: Ingenieria Termica
Page 35: Ingenieria Termica
Page 36: Ingenieria Termica
Page 37: Ingenieria Termica
Page 38: Ingenieria Termica
Page 39: Ingenieria Termica
Page 40: Ingenieria Termica
Page 41: Ingenieria Termica
Page 42: Ingenieria Termica
Page 43: Ingenieria Termica
Page 44: Ingenieria Termica
Page 45: Ingenieria Termica
Page 46: Ingenieria Termica
Page 47: Ingenieria Termica
Page 48: Ingenieria Termica
Page 49: Ingenieria Termica

1

1.4.- CONVECCION

Page 50: Ingenieria Termica

2

Page 51: Ingenieria Termica

3

Page 52: Ingenieria Termica

4

Page 53: Ingenieria Termica

5

Page 54: Ingenieria Termica

6

Page 55: Ingenieria Termica

7

Page 56: Ingenieria Termica

8

Page 57: Ingenieria Termica

9

Page 58: Ingenieria Termica

10

Page 59: Ingenieria Termica

11

Page 60: Ingenieria Termica

12

Page 61: Ingenieria Termica

13

Page 62: Ingenieria Termica

14

Page 63: Ingenieria Termica

15

Page 64: Ingenieria Termica

16

Page 65: Ingenieria Termica

17

Page 66: Ingenieria Termica

18

Page 67: Ingenieria Termica

19

Page 68: Ingenieria Termica

20

Page 69: Ingenieria Termica

21

Page 70: Ingenieria Termica

22

Page 71: Ingenieria Termica

23

Page 72: Ingenieria Termica

24

Page 73: Ingenieria Termica

25

Page 74: Ingenieria Termica

26

Page 75: Ingenieria Termica

27

Page 76: Ingenieria Termica

28

Page 77: Ingenieria Termica

29

1.4.1- TRANSMISION DE CALOR EN ALETAS

Page 78: Ingenieria Termica

30

Page 79: Ingenieria Termica

31

Page 80: Ingenieria Termica

32

Page 81: Ingenieria Termica

33

Page 82: Ingenieria Termica

34

Page 83: Ingenieria Termica

35

Page 84: Ingenieria Termica

36

Page 85: Ingenieria Termica

37

Page 86: Ingenieria Termica

38

Page 87: Ingenieria Termica

39

Page 88: Ingenieria Termica

40

Page 89: Ingenieria Termica

41

Page 90: Ingenieria Termica

42

Page 91: Ingenieria Termica

43

Page 92: Ingenieria Termica

44

Page 93: Ingenieria Termica

45

Page 94: Ingenieria Termica

46

Page 95: Ingenieria Termica

47

1.5 CONVECCION

1.- Definición de un coeficiente de transmisión de calor.

2.-Unidades y orden de magnitud.

3.-Procesos de Convección.

4.-Relaciones técnicas de la Transferencia de calor por Convección. Parámetros

adimensionales. Ecuación general.

4.1.-Convección Forzada.

4.1.1.-Ecuacion general…….. Nu = f( Re, Pr)

4.1.2.-Nusselt .................... . Relación Calor convección/ calor conducción

4.1.3.-Reynolds ...................Define tipo de flujo.

4,1,4.-Prandtl.......................Cantidad de movimiento/transferencia de calor.

4.1.5.-Stanton......................Coeficiente adimensional de transferencia de calor.

4.2.-Convección Natural.

4.2.1.-Ecuacion general…… Nu = f( Ra)

4.2.2.-Grashof......................Fuerzas de empuje/ viscosas.

4.2.3.-Rayleigh.....................Función de Gr y de Pr.

5.-Enfoque resolución de problemas de Convección.

5.1.-Temperaturas medias del fluido y de la pared.

5.2.-Tener en cuenta las propiedades del fluido.

5.3.-Utilización de las Relaciones técnicas de Transferencia de calor por

convección . Parámetros adimensionales. Calculo de Nu.

5.4.-Cálculo del coeficiente de convección .

5.5.-Cálculo del calor de transferencia.

Page 96: Ingenieria Termica

48

Si procede , utilización del método indirecto.

6.-APLICACIONES.

6.1.- Convección Forzada.

6.1.1.-Flujo interior laminar en un conducto de sección circular.

- Ecuación de Stephan.

- Campo de Aplicación:

- Tubos lisos

13:Red:2.300

0,48:Pr:16.700

0,0048:(µ/µw):9,75

Cuando “L”.......infinito ;Nu=3,66

6.1.2.-Flujo interior de transición en conducto de sección circular.

- Ecuación de Hausen.

- Campo de Aplicación.

- Tubos lisos

2.300: Red :10.000

6.1.3.-Flujo interior turbulento en conducto de sección circular.

- Ecuación de Petukhov.

- Ecuación de Kraussold.

- Campo de aplicación:

- Tubos lisos

10.000: Red :1.000.000

0,5:Pr:1.000

Page 97: Ingenieria Termica

49

6.1.4.- Aplicaciones Conductos no lisos y en sección no circular

- Ecuación de Norris

- Corrección Dh

6.1.5.-Flujo exterior sobre una superficie plana.

- Ecuación para R. Laminar.

Nul= f ( Rel, Pr ), 0,664.

- Ecuación para R. Turbulento.

Nul= f (Rel, Pr ), 0,036,

- Campo de aplicación:

Transición de R. Laminar/ Turbulento .......400.000/600.000.

6.1.6.-Flujo exterior sobre haz de tubos.

- Ecuación de Zukauskas

- Ecuación de Kreith

- Corrección Cmax.

6.2.- Convección Natural sobre diversas superficies.

- Ecuación de McAdams.

Nul = f ( Ra ), const... “c” y “n”.

6.3.- Determinación de la temperatura final del fluido

- Métodos directo e indirecto.

Page 98: Ingenieria Termica

50

1.5.1.- TRANSMISION DEL CALOR ENALETAS

1.- Objetivo general de Ingeniería (entre otros) en los procesos de Transferencia de calor. - Aumentar la velocidad de transferencia ( coste → t ).

2.- Factores que aumentan la tasa de transferencia de calor

2.1.- Eficiencia del proceso. Coeficiente global de Tª de calor mas alto. 2.2.- Incremento de diferencia de temperatura en los sistemas de intercambio.

- Limitaciones de diseño y de recursos.

2.3.- Aumento de la superficie. Coste. Superficies extendidas → ( aletas).

3.-Clasificacion de aletas aplicadas a tubos:

- Transversales- Longitudinales- Forma de aguja- Materiales: Resistencias adicionales ( Soldadura, Contacto ,etc.)

4.- Ecuación diferencial de las aletas longitudinales con transmisión de calor unidimensional.

4.1.- Base teórica de calculo: Situaciones ideales. 4.2.- Aleta de sección transversal constante y de altura infinita. 4.3.- Aleta con flujo de calor despreciable en el extremo. Longitud característica.

5.- Eficiencia de una aleta. Solución gráfica.6.- Eficiencia ponderada de un tubo aleteado.

Page 99: Ingenieria Termica

51

Page 100: Ingenieria Termica

52

Page 101: Ingenieria Termica

53

Page 102: Ingenieria Termica

54

Page 103: Ingenieria Termica

1.6.- TRANSMISION DEL CALOR POR RADIACION

Page 104: Ingenieria Termica
Page 105: Ingenieria Termica
Page 106: Ingenieria Termica
Page 107: Ingenieria Termica
Page 108: Ingenieria Termica
Page 109: Ingenieria Termica
Page 110: Ingenieria Termica
Page 111: Ingenieria Termica
Page 112: Ingenieria Termica
Page 113: Ingenieria Termica
Page 114: Ingenieria Termica
Page 115: Ingenieria Termica
Page 116: Ingenieria Termica
Page 117: Ingenieria Termica
Page 118: Ingenieria Termica
Page 119: Ingenieria Termica
Page 120: Ingenieria Termica
Page 121: Ingenieria Termica
Page 122: Ingenieria Termica
Page 123: Ingenieria Termica
Page 124: Ingenieria Termica
Page 125: Ingenieria Termica
Page 126: Ingenieria Termica

1.8 .11.8 .11.8 .11.8 .1.- TRANSFERENCIA DE CALOR CON CAMBIO.- TRANSFERENCIA DE CALOR CON CAMBIO.- TRANSFERENCIA DE CALOR CON CAMBIO.- TRANSFERENCIA DE CALOR CON CAMBIO

DE FASEDE FASEDE FASEDE FASE

Page 127: Ingenieria Termica
Page 128: Ingenieria Termica
Page 129: Ingenieria Termica
Page 130: Ingenieria Termica
Page 131: Ingenieria Termica
Page 132: Ingenieria Termica
Page 133: Ingenieria Termica
Page 134: Ingenieria Termica
Page 135: Ingenieria Termica
Page 136: Ingenieria Termica
Page 137: Ingenieria Termica
Page 138: Ingenieria Termica
Page 139: Ingenieria Termica
Page 140: Ingenieria Termica
Page 141: Ingenieria Termica
Page 142: Ingenieria Termica
Page 143: Ingenieria Termica
Page 144: Ingenieria Termica
Page 145: Ingenieria Termica
Page 146: Ingenieria Termica
Page 147: Ingenieria Termica
Page 148: Ingenieria Termica
Page 149: Ingenieria Termica
Page 150: Ingenieria Termica
Page 151: Ingenieria Termica
Page 152: Ingenieria Termica
Page 153: Ingenieria Termica
Page 154: Ingenieria Termica
Page 155: Ingenieria Termica

CONDENSADORES Y CALENTADORES

Page 156: Ingenieria Termica
Page 157: Ingenieria Termica
Page 158: Ingenieria Termica
Page 159: Ingenieria Termica
Page 160: Ingenieria Termica
Page 161: Ingenieria Termica
Page 162: Ingenieria Termica
Page 163: Ingenieria Termica
Page 164: Ingenieria Termica
Page 165: Ingenieria Termica
Page 166: Ingenieria Termica
Page 167: Ingenieria Termica
Page 168: Ingenieria Termica
Page 169: Ingenieria Termica
Page 170: Ingenieria Termica
Page 171: Ingenieria Termica
Page 172: Ingenieria Termica
Page 173: Ingenieria Termica
Page 174: Ingenieria Termica
Page 175: Ingenieria Termica
Page 176: Ingenieria Termica
Page 177: Ingenieria Termica
Page 178: Ingenieria Termica
Page 179: Ingenieria Termica
Page 180: Ingenieria Termica
Page 181: Ingenieria Termica
Page 182: Ingenieria Termica
Page 183: Ingenieria Termica
Page 184: Ingenieria Termica
Page 185: Ingenieria Termica

1.8.21.8.21.8.21.8.2.- Transferencia de calor con cambio de fase.- Transferencia de calor con cambio de fase.- Transferencia de calor con cambio de fase.- Transferencia de calor con cambio de fase

1.-Condensación, ebullición y evaporación.

- Asociado a un fluido que cambia de estado.

- Vinculadas a fenómenos de transporte.

2.- Condensación.

- Tª de la pared, inferior a Tª de saturación (t W . t S ).

- Condensación pelicular. Condensación en gotas. Diferencia de eficiencia.

2.1.- Condensación pelicular en régimen laminar.

- Cálculo del coeficiente de transferencia de calor ( teoría de Nusselt ).

- Peso menos empuje = fuerza de rozamiento.

- No se considera resistencia térmica en la interfase liquido- vapor (t L = t V ).

- Ecuación diferencial. Distribución de velocidad en la película de condensado.

- Propiedades a la Tª media de película.

- Coeficiente promedio de condensación (h C ).

2.2.- Condensación pelicular en régimen turbulento.

- Superficies altas.

- Reynolds/ paso del régimen laminar al turbulento en placas o cilindros

verticales : 1800÷2000.

. En cilindros horizontales R e = 3600.

- Ecuación (h C ). Kirkbride.

2.3.- Condensación en gotas.

- Sobre superficies pulimentadas o con vapor que contiene sustancias aceitosas.

- Condensación más eficaz. Coeficiente de condensación mayor que la

condensación pelicular ( 3 a 6 veces).

2.4.- Condensación en presencia de gases no condensables.

- La presencia de gases no condensables (aire por ejemplo) hace disminuir el valor

del coeficiente de condensación del vapor puro, hasta un 50%.

- La presencia de gas no condensable significa una resistencia térmica adicional.

Page 186: Ingenieria Termica

2.5.- Condensación con velocidad apreciable del vapor.

- No se puede aplicar la teoría deNusselt.

- Ecuación empírica de Carpeter y Colburn.

- Propiedades de Tª media ponderada siguiente : 0,25 t S +0,75 t W

3.- Ebullición.

- Generalmente, transmisión de calor desde un foco , suele ser una superficie, a

una masa de liquido.

- Calentamiento convectivo del liquido hasta la temperatura de saturación. A

continuación se pone en marcha el mecanismo de formación de burbujas o

núcleos de vapor que se acaban desprendiendo.

- Temperatura de superficie mayor que la temperatura de saturación. (t W G t S ).

- (t W - t S ) = Exceso de temperatura.

3.1.- Ebullición estática

- Tiene lugar con liquido en reposo.

- Cinco zonas en el proceso general de la ebullición:

. Zona 1: Convección. No hay ebullición.

. Zona 2: Formación de burbujas . No alcanzan la superficie libre de la masa

liquida.

. Zona 3: Ebullición nuclear .La ebullición esta perfectamente establecida y

tiene lugar de forma eficaz.

. Zona 4: Burbujas de gran tamaño. Inicio de ebullición pelicular.

. Zona 5: Importancia de la radiación. Ebullición pelicular estable.

- En su estudio se utilizan los números adimensionales:

. Reynolds (Reb).

. Nusselt (Nub).

. Prandtl (Prl).

. Ecuación de Rohsenow Nub =f (Reb,Prl), calculo de “he”

(coeficiente de ebullición)

. Flujo pico calor. Cálculo. Formula de Zuber.

. Propiedades de Temperatura de película para el liquido, las de

vapor a la temperatura de saturación.

Page 187: Ingenieria Termica

3.2.- Ebullición Pelicular.

- Ebullición pelicular estable para tubo horizontal. Ecuación de Bromley.

- Propiedades de temperaturas s/apartado 3.1.

- Consideración del calor por radiación. Coeficiente (hr).

- Calculo final con coeficiente medio para el total de transferencia de calor ( h).

- Tubos verticales. Ecuación de Hsu.

- Correlación del “exceso de temperatura” con la zona nucleada o pelicular.

Calculo de aproximación.

3.3.- Ebullición Dinámica.

- Comporta el desplazamiento del liquido por una tubería o en un flujo exterior.

- Cuatro zonas el proceso de ebullición dinámica:

. Flujo en régimen de burbujas.

. Flujo en régimen de tapones.

. Flujo en régimen anular.

. Flujo en régimen de niebla.

- Determinación compleja del flujo de calor.

- Método de Klimenko:

. Identificación de la clase de flujo.

. Ecuaciones empíricas para determinar el coeficiente de ebullición.

. Promedio con el coeficiente de convección forzada de la fase liquida.

4.- Evaporación

- La evaporación de un fluido, a diferencia de la ebullición, tiene lugar a cualquier

Tª y P y depende, fundamentalmente, de la difusión del vapor desde la capa

pelicular de aire en contacto con el liquido hacia la zona del aire circundante.

- Analogía de la difusión del vapor en el aire con el transporte del calor. Coeficiente

de transporte de vapor de agua (hm). Similitud con transferencia de calor por

convección desde una superficie a una corriente de aire que pasa por encima.

( Régimen laminar o turbulento).

- Numero de Sherwood (Sh) → Nusselt.- Numero de Schmidt (Sc) → Prandtl.- Coeficiente de Difusión (D).

Page 188: Ingenieria Termica

1

1.8.3.- INTERCAMBIADORES DE CALOR

Page 189: Ingenieria Termica

2

Page 190: Ingenieria Termica

3

Page 191: Ingenieria Termica

4

Page 192: Ingenieria Termica

5

Page 193: Ingenieria Termica

6

Page 194: Ingenieria Termica

7

Page 195: Ingenieria Termica

8

Page 196: Ingenieria Termica

9

Page 197: Ingenieria Termica

10

Page 198: Ingenieria Termica

11

Page 199: Ingenieria Termica

12

Page 200: Ingenieria Termica

13

Page 201: Ingenieria Termica

14

Page 202: Ingenieria Termica

15

Page 203: Ingenieria Termica

16

Page 204: Ingenieria Termica

17

Page 205: Ingenieria Termica

18

Page 206: Ingenieria Termica

19

Page 207: Ingenieria Termica

20

Page 208: Ingenieria Termica

21

Page 209: Ingenieria Termica

22

Page 210: Ingenieria Termica

23

Page 211: Ingenieria Termica

26

INTERCAMBIADORES DE CALOR

CALENTADORESLos calentadores son elementos (dentro de la instalación) que permiten adecuar los diferentes fluidos a lascondiciones óptimas, tanto de utilización como de rendimiento de la propia instalación.

Dependiendo del elemento calefactor, pueden ser: de resistencias eléctricas o de haces tubulares. También hayque nombrar, y los estudiaremos detenidamente, aquellos que calientan el aire empleando los gases que salen decaldera y que usan como intercambiador unas cestas especiales de chapas metálicas que se calientan con losgases y por las que, a continuación, pasa el aire.

Los de haces tubulares pueden ser rectos o de una o varias vueltas en U.

Algunos de resistencia eléctrica suelen llevar unas pestañas, llamadas disipadoras de calor, para conseguir unmayor rendimiento.

La utilización de las resistencias eléctricas esta indicada, y de hecho es para lo que se usan, para los diferentesaceites: de engrase, ya sea de turbina o de las diferentes maquinas, o bien de regulación de turbina.

El uso de resistencias eléctricas, con termostato para calentar el aceite, permite que las bombas que impulsan elaceite funcionen dentro de su régimen optimo, a la vez que aseguramos un engrase adecuado de los cojinetes, yaque la densidad y viscosidad del aceite es la adecuada para tal fin.

Tan importante es que la temperatura del aceite está por encima de un mínimo, estipulado para cada tipo deaceite, que algunas maquinas tienen, como uno de los permisivos para arrancar, el hecho de estar la temperaturadel aceite por encima de un determinado valor.

Las resistencias se usan como calentadores por su gran versatilidad y porque permiten regular la temperaturaentre un máximo y un mínimo con un simple termostato.

Las resistencias realizan una función básica, sobre todo en los arranques de los grupos, donde el aceite puedeestar a muy baja temperatura sobre todo en invierno.

Las resistencias son usadas también como calentadores en los diferentes armarios donde hay sofisticados aparatosde control o eléctricos (parques de transformación y zonas de intemperie).

CALENTADORES DE HACES DE TUBOSLos calentadores de tubos en haces son los mas usados en centros de producción y se usan para calentar tantofuel-oil como agua de alimentación a caldera en sus dos formas: agua de condensado (calentadores de bajapresión) y agua de alimentación propiamente dicha (calentadores de alta presión). Entre los de calentamiento enbaja presión, existe uno que, por su importancia, vamos a nombrar aquí el desgasificador o tanque de agua dealimentación, que es el que hace de puente entre el condensado y el agua de alimentación.

Los calentadores tubulares también se usan para calentar el aire estos también son de tubos, pero con unaconstitución diferente, antes de que este llegue a los precalentadores regenerativos. Los estudiaremos con masdetenimiento al estudiar los precalentadores regenerativos.

Aunque más adelante estudiaremos, detenidamente, tanto los calentadores de alta presión como los de bajapresión, ya podemos adelantar que todos estos calentadores funcionan con vapor extraído de turbina y que sufunción principal y única es incrementar el rendimiento de la instalación. En estos calentadores es de granimportancia su funcionamiento automático, tanto de drenaje del condensado producido, como del mantenimientodel nivel en las cajas de agua dentro los limites deseados. También veremos, con detenimiento, mas adelante, lascausas por las que un calentador de alta presión se puede poner en by-pass así como de las dos series decalentadores de alta presión, con su desrecalentador, existentes en el Grupo I y los dos calentadores de altapresión del Grupo II de la C. T. La Robla.

Page 212: Ingenieria Termica

27

Se hará un estudio completo, comenzando por la constitución de los calentadores, su situación en los diferentescircuitos, su puesta en servicio, sus venteos, sus drenajes, etc.

Del mismo tipo que los calentadores tubulares, como el de fuel-oil, son la mayoría de los enfriadores que se usanen los centros de producción: enfriadores de agua de servicios, de refrigeración del alternador en sus dos formas(refrigeración de H2 y del H2O del estator), enfriadores de aceite y de liquido de regulación, y los enfriadores de losmotores de gran potencia (bombas de agua de circulación, bombas de cierre de molinos, ventiladores de tiroforzado y de tiro inducido, ventiladores de aire a molinos, etc...).

UTILIZACION DE CALENTADORES REGENERATIVOSLos calentadores regenerativos están constituidos por una serie de cestas o paquetes de chapas rugosas,introducidas dentro de una campana dividida en dos y que, o bien, giran dichas cestas, o bien gira la campana.

Por una de las dos mitades de la campana están pasando los gases y por la otra el aire hacia la caldera, de modoque al girar, la parte de las cestas que se ha calentado con los gases deja todo el calor al aire que viene impulsadodesde los ventiladores.

Page 213: Ingenieria Termica

28

CALENTADORES REGENERATiVOS TIPOROTHEMÜHLE

Los calentadores regenerativos pueden ser de dos tipos:

• Rothemühle

• Ljungstrom

La constitución de los dos tipos es prácticamente igual, con la única diferencia de que mientras en los Rothemühlelo que gira es la campana, en los Ljungstrom giran las cestas de chapas rugosas.

Figura 29. Calentador tipo Rothemühle

Page 214: Ingenieria Termica

29

1. Envolvente del estator 10. cierre de estanqueidad del cuello del conducto de aire2. Superficie calefactora 11. Grupo motorreductor de accionamiento3. Eje 12. Disposición de soplado4. Cojinete de empuje 13. Dispositivo para el lavado y apagado de incendios5 Cojinete de guía 14. Conducto de entrada de aire6. Campana de aire caliente 15. Conducto de salida de aire7. Campana de aire frío 16. Conducto de entrada de los gases de la combustión8. Chasis de estanqueidad 17. Conducto de salida de los gases de la combustión9. Junta de estanqueidad elástica

Figura 30. Sección transversal de un calentador tipo Rothemühle

En los precalentadores tipo Rothemühle, vamos a describir los diferentes elementos, que se acompañan configuras ilustrativas:

• Campanas giratorias y elementos de estanqueidad.

• Cojinetes: guía(2)y de empuje(1).

• Dispositivos de accionamiento

• Dispositivo de limpieza (sopladores, lavado y contraincendios)

• Elementos de superficies metálicas para calentadores.

CAMPANAS GIRATORIAS

Page 215: Ingenieria Termica

30

El cambio periódico de los flujos de gas de combustión y de aire que ha de tener lugar para que se realice elintercambio de calor regenerativo entre ambos medios, se efectúa mediante dos campanas rotativas con dos alasque van girando sincrónicamente a ambos lados dei estator. Normalmente, el aire de combustión pasa a través dedichas campanas rotativas que van girando en el interior de los circuitos o conductos de gases, que sonestacionarios.

Los chasis de estanqueidad articulados sirven como elementos de cierre entre la campana giratoria y las superficiesfrontales del estator. Los chasis de estaqueidad van unidos a los bastidores de las campanas de forma estanca alos gases por medio de unas juntas de dilatación.

Elementos de estanqueidad

La estanqueidad entre el cuello cilíndrico de las campanas rotativas y las conexiones de conductos. estacionarios ycentrales, a la entrada y la salida del precalentador de aire, se efectúa por medio de unos anillos o aros de cierreformados por segmentos de fundición de hierro, presionados mediante resortes. Estos conjuntos de estanqueidadestán diseñados de tal manera que permitan las posibles dilataciones y movimientos del sistema en todas lasdirecciones y se adapten a las mismas.

Dispositivo compensador térmico automático para las superficies de estanqueidad

Las caras del estator, que mecanizadas en frío quedan perfectamente planas, están sujetas a deformaciones a lastemperaturas de servicio, debido al gradiente de temperatura existente entre la parte fría y la parte caliente delestator.

Estas deformaciones son importantes y deben compensarse ajustando el elemento de estanqueidad, en la periferiadel estator.

En los precalentadores de aire de gran tamaño se instalan dispositivos automáticos de compensación de lasdeformaciones en el lado caliente del aparato. Estos dispositivos aseguran una adaptación continua dei ajuste de laestanqueidad a las deformaciones variables de las caras del estator, que tienen lugar bajo los cambios detemperatura debidos a las diferentes cargas a que trabaja la caldera.

1. Barras con bajo coeficiente de dilatación térmica (elementos de compensación)2. Tirantes con coeficientes de dilatación térmica (elementos de tensión)

Page 216: Ingenieria Termica

1.9.- GENERADORES DE VAPOR

Page 217: Ingenieria Termica
Page 218: Ingenieria Termica
Page 219: Ingenieria Termica
Page 220: Ingenieria Termica
Page 221: Ingenieria Termica
Page 222: Ingenieria Termica
Page 223: Ingenieria Termica
Page 224: Ingenieria Termica
Page 225: Ingenieria Termica
Page 226: Ingenieria Termica
Page 227: Ingenieria Termica
Page 228: Ingenieria Termica
Page 229: Ingenieria Termica
Page 230: Ingenieria Termica
Page 231: Ingenieria Termica

1.9.11.9.11.9.11.9.1.- GENERADORES DE VAPOR.- GENERADORES DE VAPOR.- GENERADORES DE VAPOR.- GENERADORES DE VAPOR

1.- Definición.

-Equipo destinado a la producción de vapor de agua o de

cualquier otra clase de vapor a partir de su fase líquida.

2.-Componentes.

-Hogar. Cámara de combustión

-Caldera

-Sobrecalentadores / Recalentadores de vapor

-Economizador

-Precalentadores de aire

3.-Funciones.

3.1-Hogar. Se produce la combustión.

3.2.-Caldera.Intercambiador de calor, en el que los gases de la

combustión calientan la fase líquida has-

ta su transformación en vapor.

Se ha generalizado la denominación de “ Calde-

ra” a todo el Generador de vapor, e incluso a aquéllos equipos

que sólo producen agua caliente.

3.3.-Sobrecalentador/Recalentador de vapor.Inter-

cambiadores que calientan el vapor saturado hasta el

estado de vapor “ sobre o recalentado” definido.

3.4.-Economizador. Precalienta el agua de alimenta-

ción de la caldera.

Page 232: Ingenieria Termica

3.5.-Precalentador de aire. Calienta el aire necesario para la

combustión.

4.-Clasificación.

-Pirotubulares

-Acuotubulares

5.-Rendimientos de la Caldera.

5.1.-Rendimiento instantáneo.

-Entalpías : agua, vapor, gases.

-Potencia calorífica útil.

-Punto de funcionamiento óptimo/rendimiento

máximo.

-Potencia nominal: potencia útil para el punto de

funcionamiento óptimo.

-Potencia calorífica aportada por el combustible.

-Rendimiento instántaneo : relación entre po-

tencias útil y aportada, referida a valores instan-

táneos.

5.2.-Rendimiento nominal.

-Idem. definición anterior, referida al punto de

funcionamiento óptimo.

5.3.-Rendimiento estacional.

-Rendimiento medio de la caldera durante un

período de tiempo.

Page 233: Ingenieria Termica

6.-Balance de masas y energías.

-Balance.Entradas y salidas de materia y energia

-Pérdida de potencia calorífica por convección y

radiación.

-Pérdida por combustión incompleta y produc-

ción de cenizas.

-Cuantificación de éstas pérdidas.

-Pérdida debida a los gases de la combustión.Fór

mula de Sieggert para su valoración.

7.-Recuperación entálpica de los humos.

-Aumento del rendimiento de la caldera.

-Proceso: calentamiento previo del aire de la

combustión o del agua de alimentación.

-Ganancia de 1 punto en el rendimiento por

cada 20ºC de bajada de la temperatura de los

gases.

-Limitación: ………… “Temperatura mínima

de corrosión”

8.-Rendimiento estacional/ F ( pérdidas).