Fundamentos de la produccion de energia con vapor, aire y gas: La obra de Severns, Degler y Miles

Por otra parte en ella se ha procurado exponer las nuevas materias en forma concisa y fácil de entender, ilustrando con problemas y ejemplos los muchos y recientes adelantos conseguidos con el vapor de agua, aire y centrales térmicas.

La materiareferente a las mquinas de vapor se ha reducido a unca- ptulo, habiendose modernizado la referente a los generadores devapor, turbinas y condensadores de este fluido y la correspondientea las bombas. Los compresores centrfugos y axiales han sidoincluidos en el captulo re- ferente a la compresin del aire y delos gases. Finalmente, los motores de combustin interna se estudianaqu atendiendo ms a la teora y funciona- miento que a la partedescriptiva.

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7. -Medio, ciclo, sistema, lmites Y medio externo. En todos losmotores tOrmicoa un cierto fliiido denominado fluido de t,rabajo omedio, como, por ejemplo, aire, vapor de agua o amonaco, sufre unaserie de operaciones (calentamiento, expansin. refrigeracin,compresin), volviendo tedrica- mente cada vez a su estado original.El mismo medio puede ser utilizado una y otra vez, volviendo alfinal de cada ciclo al mismo estado inicial. De esta forma el mismovapor de agua se usa repetidas veces dentro del sis- tema cerradorepresentado en la figura 3.

16. Tipos de centrales trmicas. La energa calorfica puedeobtenerse . mediante la combustin correcta de los combustiblescomerciales, y cuando se emplean los equipos adecuados, parte deesta energa puede transformarse en trabajo. Cada mquina principalde una central trmica utilizada para la conversin de la energacalorfica en trabajo mecnico til se denomina mquina motriz.Ejemplos de mitquinas motrices son las de vapor, turbinas de vapor,motores de combustin interna y turbinas de gas. Cada una de estasmquinas motrices requieren un ((medio)) que transporte- la energaca- lorfica. Las mAquinas y turbinas de vapor trabajan con vapor deagua a di- ferente presiones y estados (cap. 4). En los motores decombustin interna y en las turbinas de gas el ((medios estconstituido por los productos gaseosos de la combustin. Basndose enla clase de ((medio$ y en el punto donde tiene lugar la combustin,las centrales trmicas se clasifican cn tres grupos: cen- trales devapor, centrales de motores de combustin interna y centrales detur- binas de gas. Cada grupo requiere para su buen funcionamientoun equipo apropiado.

a Is atmsfera a travs de una vlvula de control y de unachimenea. I,a vA1- vula de control sirve para mantener 1s presindeseada en la tubera de es- cape. E n las instalaciones fiincondensador la presin de escape ha de ser, como mnimo, ligeramentesiiperior a la atmosfrica, o bien la que convenga segn lascirciinstancia,. En las instalaciones con condensador (fig. 13) elvapor de escape de la mkquina motriz se transfornia en agua en uncon- densador refrigerado con agua. La disminiicin de volumen delvapor pro- duce una acentuada cada en la presin del que sale de lamquina motriz. Una ulterior disminucin de la presin del vapor deescape es conseguida con iin dispositivo (bomba de vaco o extractorde aire) para evacuar el aire y otros gases incondensables qileejercen cierta presidn dentro del conden- sador. E l aire puedeinfiltrarse en el interior del condensador, pero tambibn puedeentrar arrastrado por el vapor de escape Junto con oxgeco yanhdrido carbnico. En condiciones favorables una mquina de yaporpuede descar- garlo en el condensador reinando en sto una presinabsoluta de 100 mm de mercurio (es decir, un vaco de 660 mm demercurio), mientas que en condiciones iniciales similares oidnticas del vapor una turbina puede tra- bajar con una presinabsoluta en el escape de 19 a 38 mm de mercurio. De donde se deduceque una turbina de vapor permite cxpaneionarlo entre lmites depresin y temperatura mbs amplios que los permitidos por unanikquina de vapor, consiguiendo de esta suerte una economac.a.lorfica im- posible de a,lcanzar con presiones mAs altas en elcondensador.

19. Centrales trmicas tipo de intemperie. E l valor del edificiodestinado a alojar una central termica de vapor de p a n capacidadconstituye una parte importante del coste total de la instalacin.Una considera.ble reduccin del gasto inicial ha sido consegiiidacon las instalaciones construidas total o par- cialmente a laintemperie, 1a.s cuales en la actualidad estn en perodo deexperimentacin. En los Estados Unidos estas centrales se construyenen regiones donde los inviernos son benignos, peYo tambin en puntosen .donde la temperatura del aire en invierno desciende b8stcz -40OC.

todava en estado de perfeccionamiento, que no es equivalente alalcanzado por los motores de combiistin interna de pistn. En laactualidad existen varios constructores en situacin de suministrarturbinas de gas, y en los Rstados Unidos un ciert,o nmero de ellasse hallan funcionando en insta- laciones comerciales, en refinerasde petrleo, locomotoras, insta,laciones industriales y centralestrmicas. Las turbinas de gas requieren el fnnciona- mientoconstante de un compresor de aire, as como el empleo de metalesqiie puedan trabajar a elevadsimas temperaturas. Las perspectivasson que estas limitaciones perdern importancia a base deperfeccionar los compre- sores de aire 9 los procesos metalrgicos.La mayora de las turbinas de gas comerciales y motores decombiistin interna requieren combustibles en estado lquido ogaseoso, pero se estn realizando pruebas para utilizar en lasturbinas de gas, combustibles slidos pulverizados. En las centralestdr- micas de vapor no se presentan estas limitaciones, pues enellas puede usarse cualquier combiistible comercial tal comoexista, bien sea slido, liquido o gaseoso.

Los motores de combustin interna permiten, por lo regular,obtener una mejor iitilizacin de la energa' calorfica delcombustible que las centra- les trmicas de vapor de la mismacapacidad, debido a que puede supri- mirse una serie de prdidascalorficas. Cuando se estudia la, posibilidad de instalar motoresde combiistin interna en una central productora de energa, espreciso tener en cuenta los factores siguientes : coste inicial,cargas de entretenimiento, amortizacin y la cantidad de energa quepuede produ- cirse sobre una superficie dada. Tanto las centralesde motores de combus- tin interna como de turbinas de gas requierencierta cantidad de aparatos auxiliares, los cuales dependen de laclase de combustible empleado. Entre ellos merecen citarse : bombasde combustible, ca1enta.dores del combiis- tible, depsitos dealmacenamiento, generadores de gas, filtros, refrigeradores,scrubbers, soportes y c,ompresores de aire.

Las turbinas de gas tienen las siguientes ventajas sobre losmotores de dmbolo de cualquier tipo : (1) la energa calorficaobtenida de un combus- tible es convertida en trabajo en el ejegiratorio de la turbina, sin necesidad de ningn movimientoalternativo; (2) no hay problemas de inyeccin de combustible, ni deengrase de cilindros, como acontece en los motores de com- bustininterna; (3) para poner en marcha la turbina puede utilizarse unmotorcito; (4) no se necesita agua de refrigeracin, excepto cuandose em- plean refrigeradores entre los compresores de aire. Estepunto es intere- sante porque el suministro del agua derefrigeracin constituye frecuente- mente un problema importante enlas centrales tCrmicas de vapor y de mo- tores de combustininterna. Las turbinas de gas pueden trabajar con fue1 oil decalidad inferior a la del empleado en los motores Diesel; asimismolos gases residuales de baja calidad pueden emplearse comocombustible.

33. Leyes de 10s gases perfectos. Gas perfecto es aquel quesigue exac- tamente las leyes de Boyle y Charles, la de Joule (prr.36) y la de Ovogadro (prr. 30). E n realidad no existe ningun gasperfecto; no obstante, el aire, oxgeno, nitrgeno, helio y otrosvarios gases se comportan con bastante apro- ximacin como si fuesengases perfectos, de tal suerte que pueden considerarse como tales.Todo gas se acerca a este estado ideal a medida que su tempera-tura crece y su presin disminuye, esto es, a medida que serecalienta O se aleja de aquel estado en el cual puede condensarseconvirtindose en lquido. Los gases prximos a la fase lquida sedenominan vapores. 2ff7e9595c