Trab_Academ_Termodinámica_Gaona_Condorchoa_Arequipa

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANASFACULTAD DE INGENIERÍAS Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

TRABAJO ACADÉMICO

TERMODINAMICAPresentado por :

Srta. Yessica Gaona Condorchoa



APLICACIONES DE LATERMODINÁMICA EN EL CAMPODE LA INGENIERÍA INDUSTRIAL



APLICACIONES EN EL CAMPO

INDUSTRIAL

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INTRODUCCIÓN

Bases de Conocimientos:

PropiedadesTermodinámicas

Primera Ley de laTermodinámica

Segunda Ley de laTermodinámica

Energía Interna

Entalpía

Entropía

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La termodinámica se ocupa de la energía

y sus transformaciones en los sistemas. El presente trabajo demostraraaplicación de la termodinámica en estecaso tocaremos sistemas en el que sedemostrara la transformaciones desde suestado inicial al estado final. Para esta

demostración analizare elfuncionamiento de una caldera y unequipo de refrigeración

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CALDERA DE VAPOR

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MARCO TEORICO

Debido a que la presión del vapor generado dentro de las calderas esmuy grande, estas están construidas con metales altamente resistentes a

presiones altas, como el acero laminado.

DEFINICION: Una caldera es un dispositivo que está diseñado paragenerar vapor saturado. Este vapor saturado se genera a través de unatransferencia de energía (en forma de calor) en la cual el fluido,originalmente en estado líquido, se calienta y cambia de estado.

La transferencia de calor se efectúa mediante un proceso de combustiónque ocurre en el interior de la caldera, elevando progresivamente supresión y temperatura. La presión, no puede aumentar de manera

desmesurada, ya que debe permanecer constante por lo que se controlamediante el escape de gases de combustión, y la salida del vaporformado.



CALDERA DE VAPORCLASIFICACION :

En este tipo de calderas el aguacircula por el interior de los tubos ymanejan presiones de operaciónde 0-2200 PSIG.

Ventajas: Pueden ser puestas en

marcha rápidamente y trabajan a300 o mas psi.

Desventajas:Mayor tamaño y peso, mayorcosto. Deben ser alimentadas con

agua de gran pureza

En este tipo de calderas los gases decombustión circulan por el interior delos tubos y manejan presiones deoperación de 0-300 PSIG.Ventajas: Menor costo inicial debido ala simplicidad de su diseño. Mayor

flexibilidad de operación. Menoresexigencias de pureza en el agua dealimentación. Son pequeñas yeficientes.Desventajas: Mayor tiempo para subirpresión y entrar en funcionamiento. No

son están diseñadas para altaspresiones.

POR LA DISPOSICIÓN DE LOS FLUIDOS

CALDERAS PIROTUBULARES CALDERAS ACUATUBULARES

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Por el modo de gobernar laoperación:De operación manualSemiautomáticosAutomáticos

OTRAS CLASIFICACIONES COMO SE MENCIONA

Por su configuración:Vertical

Horizontal

Por el mecanismo de transmisiónde calor dominante:ConvecciónRadiación

Radiación y Convección

Por el combustible empleado:Combustibles sólidos

Combustibles líquidosCombustibles gaseososCombustibles especiales (Licor negro,bagazo, etc.)De recuperación de calor de gasesMixtas - Nucleares

Por el tiro:De tiro naturalDe hogar presurizadoDe hogar equilibrado

CALDERA DE VAPOR

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CALDERA DE VAPOR

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COMPONENTES PRINCIPALES DE CALDEROS

VALVULA DE SEGURIDAD

VÁLVULA DESCAGA DE VAPOR

Dispositivo automático que actúa por la presión estática

ejercida sobre un obturador que se separa de su asiento enforma rápida (acción de disparo) y tiene por función evitar quela presión de vapor generada en la caldera supere su presiónmáxima de diseño evitando así explosiones.

Tiene por función gobernar el paso del vapor generado en lacaldera hacia el sistema de distribución y uso de vapor. evitarque la presión de vapor generada en la caldera supere supresión máxima de diseño evitando así explosiones.



CALDERA DE VAPOR

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VALVULA CHECK

VISOR DE NIVEL

VÁLVULA DE CONTROL DE AGUA DE ALIMENTACION

Es usada en el arranque de la caldera y el control

principal del agua de alimentación.

Una válvula de retención (Check) debe ser instaladapara prevenir el retorno del flujo desde la caldera a lalínea de alimentación mientras la bomba no estafuncionando

Este accesorio de vidrio permite visualizar el nivel de aguadentro de la caldera, para asegurar que esta siendocalentada una adecuada cantidad de agua. Es visor estapor encima de los 100 KW(10BHP) deben contar con dos.



CALDERA DE VAPOR

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PRESOSTATO

MANÓMETRO TIPO BOURDON

Es un indicador de presión que generalmente es detipo Bourdeon. Su dial debe tener un diámetro superiora los 150 mm y deben encontrarse grabadas tanto lapresión normal de trabajo y la max. presión de diseño(MAWP).

Permite gobernar la presión de vapor de la caldera yes elemento de seguridad de la caldera. Estepresostato cuando se alcanza la presión ajustada en elpresostato, regula la presión diferencial el quemadorentra nuevamente en operación para recuperar la

presión de vapor perdida.



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CALDERA DE VAPORCOMPONENTES PRINCIPALES DE CALDEROS

QUEMADOR Encargado de la transformación de la energía química del combustible en

calor útil para el calentamiento y posterior generación de vapor. Elquemador atomiza el combustible a fin de generar una adecuada mezclacon el oxigeno para que mediante la combustión, las partículas decombustible sean quemadas.

Con esa finalidad, debe ser adecuadamente calibrado para garantizar unamezcla apropiada de oxigeno (aire) y combustible a fin de generar calor

suficiente para alcanzar la presión de trabajo de la caldera (NWP).Quemador Con

Atomización Correcta Quemador Con Atomización

incorrecta



PODER CALORIFICO

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CALDERA DE VAPORBásicamente los quemadores son diferenciados por el tipo de combustibleutilizado. La combustión permite liberar la energía por unidad de masa quecada tipo de combustible contiene. Esto es el poder calorífico (Tab. 01 y 02)

La llama de un combustible gaseoso de petróleo (fuel gas) debe ser corta y azulo azul ligeramente veteada de amarillo. Para acortar la llama debe aumentar aire

primario o disminuir aire secundario del quemador



CALDERA DE VAPOREFICIENCIA TERMICA DE UN CALDERO – 1° Ley de Termodinámica

El rendimiento o eficiencia de una caldera está determinada pordiversos factores entre ellos:

•

Características del quemador• Características de la superficie de intercambio térmico en el caldero.• Perdidas de calor por radiación.• Eficiencia de combustión.

El rendimiento térmico de una caldera puede calcularse según la primeraley de la termodinámica para sistemas abiertos (cuando hay flujo de

vapor) :Donde:Mv=Flujo másico de vapor producido (Kg/s; Kg/h)

Mcomb= Flujo másico de combustible consumido (Kg/s; Kg/h)

hsal=Entalpia del vapor producido (KJ/Kg)

hing=Entalpia del agua de ingreso (KJ/Kg)

PCcomb= Poder calorífico del combustible (KJ/Kg)

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CALDERA DE VAPOR

La Perdida de Calor asociada a los productos de la

combustión se debe, a las perdidas por inquemados, quesurgen cuando existe combustión incompleta, y a laentalpía de los productos de combustión,correspondiente al calor utilizado en calentar los humos(kJ/Kg) hasta la temperatura a la cual escapan por lachimenea, ya que a partir de ese punto el calor que

llevan no se recupera.

En el conjunto caldera – quemador existen pérdidas de calor asociadas,principalmente, a los gases de la combustión y al calor perdido por

transferencia de calor (radiación, convección entre otros) desde lacaldera hacia el medio ambiente próximo, por encontrarse a mayortemperatura. Para disminuir estas perdidas las calderas están dotadasde aislamiento térmico.

PERDIDAS DE CALOR - 2da Ley de Termodinámica

Perdidas por radiacion,conveccion y otros

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CALDERA DE VAPORLa caldera es un sistema que cumple los principios de la primera ley de latermodinámica, ya que la energía utilizada para el calentamiento del agua

proviene de una combustión, la energía que no se pudo utilizar en elcalentamiento del agua se pierde en forma de calor por radiación yconvección, en los gases de combustión y agua de purga como conducción.La energía no utilizada no se destruye.

La caldera es un sistema que opera bajo lo establecido por la segunda ley de

la termodinámica, menor al 100% de eficiencia, debido a distintas pérdidasdurante el proceso. La más importante se debe a la diferencia detemperaturas entre la superficie de la caldera (fuente aprox. a 55°C) y latemperatura del ambiente (sumidero a 23°C), lo cual crea una pérdida deenergía en forma de calor.

CONCLUSIONES

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CALDERA DE VAPOR

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FOTO – CALDERA DEL HOSPITAL II ILO – ESSALUD



EQUIPO DE REFRIGERACIÓN

CÁMARA FRIGORIFICA

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MARCO TEORICO

Definición: Es una instalación industrial comprende un compresorde gas movido por un motor eléctrico, un intercambiador de calor

llamado condensador, otro con cañerías o tubos en forma deserpentín llamado evaporador y una válvula de expansión, todosinterconectados por tubos de cobre formando un circuito cerrado.

El compresor y el condensador estánfuera de la cámara frigorífica mientrasque la válvula de expansión y elevaporador dentro de la cámara,generalmente sobre el marco de lapuerta de entrada.



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Peruanas EQUIPO DE REFRIGERACIÓN

CÁMARA FRIGORIFICA

CALOR LATENTE DE EVAPORACIÓN

Si colocamos un líquido dentro de un recipiente abierto y comenzamos a

suministrarle calor, la temperatura del líquido comenzará a elevarse demanera continua. Esta elevación de temperatura se mantendrá, hasta queel líquido entre el ebullición, a partir de ese momento, la temperaturapermanecerá constante mientras exista líquido en el recipiente, y toda laenergía suministrada de ahí en adelante, se utilizará para cambiar elestado de líquido a gas. Durante ese proceso de temperatura invariable,

en el recipiente coexistirán las dos fases.Esa cantidad de energía absorbida durante el proceso de evaporación deun líquido en ebullición se conoce como calor latente de evaporación.

Podemos entonces definir el calor latente de evaporación como lacantidad de calor absorbido por una unidad de masa de un líquido parapasar del estado líquido al gaseoso.

MARCO TEORICO



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PRINCIPALES COMPONENTES :


CÁMARA FRIGORIFICA

Evaporador: Intercambiador de calor en donde se lleva acabo el efecto de refrigeración al permitir al refrigerante

absorber calor retirado de los espacios por ser refrigerados.Condensador: Intercambiador de calor (radiador) que eliminael calor en el refrigerante, en estado gaseoso, proveniente delcompresor, convirtiéndolo en una mezcla (líquido y gas) yeliminando el calor removido del espacio refrigerado, por loque éste se ubica en el exterior del recinto.

Compresor: Equipo mecánico que comprime el refrigerante enforma de vapor, incrementando así su presión y temperatura,para posteriormente ser transportado por la tubería en forma degas caliente hasta el condensador. El compresor es accionado

por un motor eléctrico.



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PRINCIPALES COMPONENTES :


CÁMARA FRIGORIFICA

Válvula de expansión: Dispositivo mecánico que al pasar elrefrigerante proveniente del condensador, baja su presión, de

forma que éste sale de la válvula en forma de gas a bajatemperatura y baja presión, para seguir su camino por latubería hacia el evaporador.

Nota:Refrigerante :Es un fuido que actúa como el agente de

enfriamiento, con propiedades especiales para alcanzar lospuntos de evaporación y de condensación. Mediante cambiosde presión y temperatura, éste absorbe calor de un espacio ylo disipa en otro.

Ejemplo:Gas refrigerante R12 para cámara frigorífica

Gas refrigerante R22 para aire acondicionado



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RESUMEN - FUNCIONAMIENTO


CÁMARA FRIGORIFICA

a. El calor es recogido por el refrigerante en el evaporador.b. El compresor aumenta la presión y temperatura delrefrigerante, impulsándolo hacia elcondensador, para que se produzca la transferencia decalor.c. El calor desechado en el condensador se transfiere alambiente exterior utilizando algún medio como aire naturalo agua fría.d. La válvula de expansión baja la presión del refrigerantegenerando un diferencial de presión, lo cual permite que el

proceso se repita indefinidamente.

El ciclo de refrigeración básico indica que el calor se recoge en elevaporador y se desecha en el condensador. Esta cantidad de calordesechado es aproximadamente la misma que la proporción del calor

recogido en el evaporador. En este ciclo se cumplen los siguientes procesossegún se muestra en la Fig1:



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Peruanas EQUIPO DE REFRIGERACIÓN DE

CÁMARA FRIGORIFICAFOTO DENTRO DEL HOSPITAL II ILO – ESSALUD

i i A



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Peruanas EQUIPO DE REFRIGERACIÓN

CÁMARA FRIGORIFICA

El compresor eleva la presión del gas que llega caliente de la cámara. Cuando el gas llegaa los valores de presión y temperatura previstas le corresponde al gas pasar por elcondensador a la fase liquida emitiendo calor latente de fusión. El condensador esta

provisto de aletas que transmiten el calor que pasa por las paredes de las tuberías al aire.Si es necesario se instala un sistema de lluvia de agua en circuito cerrado que ayuda adisipar el calor. El largo del serpentín esta calculado para que el gas licuado salga delcondensador a temperatura ambiente. Pasa entonces por la válvula de expansión, ya en elinterior de la cámara, y pierde presión. Al llegar al evaporador el gas esta frío y sin presión.le corresponde volver a su estado gaseoso. Necesita calor latente de evaporación. Éste lotoma de los tubos de cobre que por ello se enfría y este a su vez toma calor del aire. Con

ayuda de un ventilador se establece una corriente de aire caliente de la cámara que pasapor el serpentín del evaporador entregando calorías del aire y de los productosalmacenados. El gas llega caliente al compresor completando el circuito. El procesocontinúa enfriando el aire y los productos almacenados hasta que la temperatura llega a+/-1 °C más baja que la fijada. Un termostato cierra la válvula de expansión y unpresostato cierra la corriente del compresor. Pasado un tiempo la temperatura sube por elcalor que pasa por las paredes y por la apertura de la puerta de la cámara. Cuando llega a

+/-1 °C más alta que la fijada se abre la válvula y la corriente. El ciclo vuelve a trabajar.

FUNCIONAMIENTO

U i id d Al



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El enunciado de Clausius de la Segunda Ley de la Termodinámica afirmaque el calor no pasa de una región fría a otra mas caliente sin la ayudade una "energía externa". Así pues, un refrigerador precisa de unaenergía recibida para poder funcionar.

Aplicación de Termodinámica – 2do Principio de Termodinámica


CÁMARA FRIGORIFICA

-Ebullición nucleada y condensación pelicular.

-Procesos de flujo estacionario (estrangulación, compresión e intercambio de calor)-Control de caudal

El ciclo de refrigeración es muy interesante desde el punto de vistatermodinámico. Es una de las pocas plantas prácticas cuyo funcionamientose basa en un verdadero ciclo termodinámico e incluye lo siguiente:

-Las propiedades termodinámicas (presión, volumen específico, temperatura, entalpíaespecífica, y entropía específica) de una sustancia pura, así como todas lascondiciones entre vapor sobrecalentado y líquido subenfriado.

Esta cámara frigorífica de fluidos condensables utiliza un ciclo de Carnot.



FIN DE LA PRESENTACIÓN

AGRADECIMIENTO:

A mi madre por su apoyoincondicional.Al Ingeniero Cesar Martínez Achamizoy al Técnico Nelson Jacinto Jacinto porel apoyo brindado para la realización

del presente trabajo.

GRACIAS …

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