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martes, 11 de julio de 2017

REFRIGERACION

Refrigeración

El arte de la refrigeración basado en el hielo natural es muy antiguo y se practicó mucho antes de construirse cualquier máquina térmica. Hay escritos chinos, anteriores al primer milenio A.C. que describen ceremonias religiosas para llenar en invierno y vaciar en verano sótanos de hielo. Los antiguos romanos utilizaban el hielo de los Apeninos, y según Las mil y una noches, en la Edad Media caravanas de camellos transportaban hielo desde el Líbano a los palacios de los califas en Damasco y Bagdad.



La primera máquina de refrigeración continua realmente operativa fue la construida en 1874 por Carl Ritter von Linde  (Berndorf 1842 - Munic 1934 ). William Hampson y Carl von Linde presentaron de forma independiente la patente del ciclo en 1895, que se comercializó por General Electric hasta 1927. Actualmente los refrigeradores domésticos son modelos más prácticos y amigables con el ambiente, y funcionan a través de un sistema de compresión de gas.





El ciclo de refrigeración por compresión de vapor es el que más se utiliza en refrigeradores, sistemas de acondicionamiento de aire y bombas de calor. Se compone de cuatro procesos.

1-2    Compresión adiabática isoentrópica en el compresor.
2-3    Rechazo de calor a presión constante en el condensador.
3-4    Estrangulamiento isoentálpico en la válvula termostática de expansión.
4-1    Absorción de calor a presión constante en el evaporador (efecto refrigerante).

Los refrigeradores son máquinas cíclicas y los fluidos de trabajo utilizados en los ciclos de refrigeración se llaman refrigerantes ( se pueden descargar las propiedades termodinámicas de algunos refrigerantes al final en los enlaces correspondientes).

Balance de energía

Compresor

Proceso adiabático isoentrópico.


Condensador

Retiro de calor del condensador al medio ambiente, proceso a presión constate.

Evaporador

Retiro de calor del evaporador del medio refrigerado al evaporador, proceso a presión constate.


En el ambiente de la refrigeración, El calor que se retira en el evaporador, se conoce como la capacidad de enfriamiento del equipo, y usualmente se emplea la tonelada de refrigeración (TR) como una medida de esta capacidad, cuyo equivalente en  kW es. 

                                                             1TR = 3.517 kW

En el siguiente vídeo, se muestra como trabaja el ciclo de refrigeración por compresión de vapor y la función que tiene cada uno de los componentes.




Los equipos mas usuales que vemos a diario, es el refrigerador domestico y los equipos de acondicionamiento de aire para casas habitación en el siguiente vídeo podemos ver como funcionan estos equipos.







Otra máquina que transfiere calor de un medio de baja temperatura a otro de alta temperatura es la bomba de calor. Los refrigeradores y las bombas de calor son esencialmente lo mismo; únicamente. difieren en sus objetivos. El objetivo de un refrigerador, es mantener el espacio refrigerado a baja temperatura, en tanto que el de una bomba de calor es mantener un espacio caliente a temperatura alta.

El desempeño de los refrigeradores y las bombas de calor se expresa en términos del coeficiente de operación. (COP), definido como.

  



El funcionamiento de una bomba de calor lo podemos ver en el siguiente vídeo.





Downloas de refrigerantes.

Tablas de propiedades termodinámicas de  refrigerantes en pdf, para descargar la tabla, da click en el refrigerante deseado.

R134A
R404A
R410A
R22
R717(NH3 saturado)
R717(NH3 recalentado)

Diagramas presión entalpía de refrigerantes en pdf, para descargar el diagrama P-h, da click en el refrigerante deseado.

R134A
R404A
R410A
R22
R717



TURBINA DE VAPOR

Turbina de Vapor



La turbina de vapor es una maquina térmica que transforma la energía calorífica en trabajo mecánico, una de sus aplicaciones es en las plantas termoeléctricas para producir electricidad. En el siguiente vídeo se muestra como se transforma la energía térmica del vapor en trabajo mecánico.







El siguiente vídeo, muestra como trabaja la turbina de vapor en conjunto con el condensador, bomba de recirculación de alta presión y el generador de vapor en una termoeléctrica para generar energía eléctrica  con vapor de alta presión.





El siguiente vídeo muestra  el funcionamiento típico de una de las plantas Termoeléctricas de las instalaciones de  la Comisión Federal de Electricidad en México.




Motor Otto

Nikolaus August Otto

Ingeniero alemán que perfeccionó el motor de combustión interna (Holzhausen, Nassau, 1832 - Colonia, 1891). En 1861 diseñó un primitivo motor de combustión interna, que consumía gas de alumbrado; para su comercialización se asoció con el industrial Eugen Langen y fundaron juntos una fábrica en Colonia (1864).

         


En 1876 perfeccionó aquel modelo aplicando el ciclo de cuatro tiempos que había patentado Alphonse Beau de Rochas seis años antes; desde entonces se llama ciclo de Otto al ciclo de cuatro tiempos (admisión, compresión, explosión y escape) que desarrollan los cilindros de estos motores durante dos vueltas completas del cigüeñal, pues fue Otto el primero en ponerlo en práctica construyendo un motor de cuatro tiempos como los que constituyen la base de los motores de los automóviles modernos.
Al hacerlo proporcionó el primer motor eficaz alternativo a la máquina de vapor, abriendo una nueva era en la industria. No obstante, fue uno de sus colaboradores, Daimler, quien dio el paso definitivo -una vez abandonados los talleres de Otto- introduciendo la gasolina como combustible. A pesar del éxito económico inicial de sus motores, Otto perdió la patente en 1886, al descubrirse la anterioridad del invento de Beau de Rochas.
Primer motor Otto 1867




Primer motor Ford 1893




Como funciona











ENTROPIA

Entropía


Entropía, del griego ἐντροπία que significa evolución o transformación, como una medida de la capacidad para que se realizase el cambio.

Una consecuencia del segundo principio es que cualquier sistema aislado tiende a evolucionar hacia un estado de máxima entropía, en cuyo momento alcanza el equilibrio.

Lapalabra entropía fue utilizada Por Clausius para medir el grado de desorden de un sistema.


Entropía Universo Mecánico

CICLO RANKINE

INTRODUCCIÓN

Las centrales térmicas con turbinas de vapor basan su municionamiento en el ciclo de Rankine, las cuales producen actualmente la mayor parte del consumo de la energía eléctrica que se consume mundialmente.







 La evolución de las centrales térmicas va a la par de las mejoras en el rendimiento térmico del ciclo termodinámico, ya pequeñas mejoras en el rendimiento significan grandes ahorros en el gasto del combustible. La idea es aumentar la temperatura del vapor a la salida del generador de vapor, o disminuir la temperatura  del fluido de trabajo en el condensador, para incrementar el rendimiento del ciclo de potencia.

                                               CICLO BÁSICO DE RANKINE




La representación de este ciclo en los diagramas T-s y h-s, es mediante dos procesos isobáricos y dos procesos adiabáticos isoentrópicos, esto es


Al aplicar la primera ley de la Termodinámica a cada elemento que conforma el ciclo, se tiene:



Como trabaja una Turbina de Vapor?







Como trabaja el condensador de Vapor?








Como trabaja una Caldera?





Como trabaja una Generador de Vapor?





Considerando que hay un flujo de vapor men kg/s, se pueden determinar las potencias de la turbina de vapor y la bomba de recirculación mediante:



CICLO RANKINE CON DOS RECALENTAMIENTOS

La introducción de un recalentador en el ciclo Rankine mejora el rendimiento termodinámico y reduce el contenido de humedad del vapor en las ultimas etapas de expansión de la turbina. Las gotas de humedad actúan como un abrasivo sobre los alabes desgastandolos, efecto que es indeseable para una mayor duración de la turbina de vapor.






Como se genera electricidad? 
"Alabama Power's Plant Miller"