CICLO TERMODINAMICO DE LAS TURBINAS DE GAS El modelo
termodinmico de las turbinas de gas se fundamenta en el ciclo de
Brayton. A pesar de que se generaliza como ciclo termodinmico, en
realidad el fluido de trabajo no cumple un ciclo completo en las
turbinas de gas ya que este finaliza con una composicin o en un
estado diferente al que tena cuando inici los procesos. Algunos
autores como Sonntag, Borgnakke y Van Wylen (5), clasifican los
procesos de una turbina a gas como de ciclo abierto. Las turbinas
de gas de ciclo abierto simple utilizan una cmara de combustin
interna para suministrar calor al fluido de trabajo y las turbinas
de gas de ciclo cerrado simple utilizan un proceso de transferencia
para agregar o remover calor del fluido de trabajo.El ciclo bsico
de Brayton en condiciones ideales est compuesto por cuatro
procesos:1-2. Compresin isentrpica en un compresor.2-3. Adicin de
calor al fluido de trabajo a presin constante en un intercambiador
de calor o una cmara de combustin.3-4. Expansin isentrpica en una
turbina.4-5. Remocin de calor del fluido de trabajo a presin
constante en un intercambiador de calor o en la atmsfera.
Ciclo termodinmico bsico de las turbinas de gas.
En el ciclo Brayton, el trabajo neto realizado por unidad de
masa es la diferencia entre el trabajo obtenido en la expansin y el
trabajo invertido en la compresin, es decir:
Para un gas ideal, el trabajo neto puede escribirse como:
y el calor de adicin por unidad de masa ser:
Al igual que en el ciclo Ranking, la eficiencia trmica del ciclo
Brayton es la relacin entre el trabajo neto desarrollado y el calor
adicionado:
La eficiencia trmica del ciclo Brayton para un gas ideal puede
escribirse como:
(1, Pg. 262)
En la figura se muestra una representacin esquemtica del ciclo
Brayton.
(Haga click sobre la grfica para verla en tamao completo)
Una turbina de gas, es una turbomquina motora, cuyo fluido de
trabajo es un gas. Como la compresibilidad de los gases no puede
ser despreciada, las turbinas a gas son turbomquinas trmicas.
Comnmente se habla de las turbinas a gas por separado de las
turbinas ya que, aunque funcionan con sustancias en estado gaseoso,
sus caractersticas de diseo son diferentes, y, cuando en estos
trminos se habla de gases, no se espera un posible cambio de fase,
en cambio cuando se habla de vapores s.Las turbinas de gas son
usadas en los ciclos de potencia como el ciclo Brayton y en algunos
ciclos de refrigeracin. Es comn en el lenguaje cotidiano referirse
a los motores de los aviones como turbinas, pero esto es un error
conceptual, ya que stos son turborreactores los cuales son mquinas
que, entre otras cosas, contienen una turbina de gas.INTRODUCCINEl
presente trabajo tiene como finalidad ampliar mis conocimientos
sobre las bombas centrfugas, rotativas, reciprocantes, turbinas y
compresores.Las bombas son maquinas hidrulicas donde se transfiere
energa del rotor al fluido, produciendo una conversin de energa
cintica de presin.Por su parte las bombas centrfugas, tambin
denominadas rotativas, tienen un rotor de paletas giratorio que
esta sumergido en el lquido.El lquido entra en la bomba cerca del
eje del rotor, y las paletas lo arrastran hacia sus extremos a alta
presin. Tambin encontraremos sus tipos, caractersticas. De igual
formo se investigara sobre las turbinas y compresores su utilidad y
que son dentro de la tecnologa mecnica.Durante la realizacin del
mismo se explicara de manera ms detallada y especfica los puntos
antes mencionados, sus aplicaciones y la importancia que tiene para
la mecnica, de igual forma se dejaran claro cuales son los
elementos que hacen que estos sean de gran utilidad.BOMBASAntes de
explicar las bombas centrfugas es importante conocer que son las
bombas.Una bomba es una maquina hidrulica donde la transferencia de
energa es del rotor al fluido, produciendo una conversin de energa
cintica de presin.BOMBAS CENTRFUGAS Las bombas centrfugas, tambin
denominadas rotativas, tienen un rotor de paletas giratorio
sumergido en el lquido. El lquido entra en la bomba cerca del eje
del rotor, y las paletas lo arrastran hacia sus extremos a alta
presin. El rotor tambin proporciona al lquido una velocidad
relativamente alta que puede transformarse en presin en una parte
estacionaria de la bomba, conocida como difusor. En bombas de alta
presin pueden emplearse varios rotores en serie, y los difusores
posteriores a cada rotor pueden contener aletas de gua para reducir
poco a poco la velocidad del lquido. En las bombas de baja presin,
el difusor suele ser un canal en espiral cuya superficie
transversal aumenta de forma gradual para reducir la velocidad. El
rotor debe ser cebado antes de empezar a funcionar, es decir, debe
estar rodeado de lquido cuando se arranca la bomba. Esto puede
lograrse colocando una vlvula de retencin en el conducto de succin,
que mantiene el lquido en la bomba cuando el rotor no gira. Si esta
vlvula pierde, puede ser necesario cebar la bomba introduciendo
lquido desde una fuente externa, como el depsito de salida. Por lo
general, las bombas centrfugas tienen una vlvula en el conducto de
salida para controlar el flujo y la presin.En el caso de flujos
bajos y altas presiones, la accin del rotor es en gran medida
radial. En flujos ms elevados y presiones de salida menores, la
direccin de flujo en el interior de la bomba es ms paralela al eje
del rotor (flujo axial). En ese caso, el rotor acta como una hlice.
La transicin de un tipo de condiciones a otro es gradual, y cuando
las condiciones son intermedias se habla de flujo mixto.Los tipos
de bombas centrifugas: Volute Diffuser Regenerative-turbine
Vertical-turbine mixed-flow axial-flow (propeller)Estos seis tipos
de bombas centrifugas, pueden ser Single-stage o multi-stage.
Caractersticas de la Bombas CentrifugasLa figura muestra la seccin
axial de un compresor centrfugo de tres escalonamientos de presin,
con las denominaciones de los diferentes elementos de que est
constituida la mquina.A Cubierta inferiorB Cubierta superiorC Tapa
del cojineteD Mitad inferior del cojineteE Mitad superior del
cojineteF Tapa del agujero de engraseG Anillo de engraseH Anillo de
retencin de aceiteI RodeteJ Tuerca del rodeteK rbolL Manguito del
rbolM Tapa del prensaestopas (mitad)N Pernos del prensaestopasO
Aros de cierre de la cubiertaP Aros de cierre del rodeteQ Anillo
linternaR Platos de acoplamientoS Collar de empujeR Pernos y
tuercas del acoplamientoU Bujes del acoplamientoV Extremo de la
caja prensaestopasBOMBAS ROTATORIASEn resumen una bomba rotatoria,
es una maquina de desplazamiento positivo, dotada de movimiento
rotativo.Estas bombas se clasifican en dos grupos:1. Segn el rgano
desplazadorMaquinas de mbolosMaquinas de engranajesMaquinas de
paletas1. Segn la variedad del CaudalMaquinas de desplazamiento
fijoMaquinas de desplazamiento variableTipos de bombas rotatorias1.
Bomba de leva y pistn1. Bomba de engranajes exteriores1. Bomba de
dos lbulos1. Bomba de tres lbulos1. Bomba de cuatro lbulos1. Bomba
de tornillo simple1. Bomba de doble tornillo1. Bomba de triple
tornillo1. Bomba de paletas oscilantes1. Bomba de paletas
deslizantes1. Bomba de bloque deslizanteTURBINASSe denomina turbina
al motor rotativo que convierte en energa mecnica la energa de una
corriente de agua, vapor de agua o gas. El elemento bsico de la
turbina es la rueda o rotor, que cuenta con palas, hlices,
cuchillas o cubos colocados alrededor de su circunferencia, de tal
forma que el fluido en movimiento produce una fuerza tangencial que
impulsa la rueda y la hace girar. Esta energa mecnica se transfiere
a travs de un eje para proporcionar el movimiento de una mquina, un
compresor, un generador elctrico o una hlice. Las turbinas se
clasifican en turbinas hidrulicas o de agua, turbinas de vapor y
turbinas de combustin. Hoy la mayor parte de la energa elctrica
mundial se produce utilizando generadores movidos por turbinas. Los
molinos de viento que producen energa elctrica se llaman turbinas
de viento. Tipos de Turbinas:1. Turbinas Hidrulicas1. Turbinas de
Vapor1. Turbinas Elicas1. Turbinas de CombustinTurbinas Hidrulicas:
El tipo ms antiguo y ms simple de turbina hidrulica es la rueda
hidrulica, utilizada por primera vez en Grecia y empleada durante
la antigedad y la edad media para moler cereales. Consista en un
eje vertical con un conjunto de aspas o palas radiales situadas en
una corriente de agua a gran velocidad. La potencia de la rueda era
de unos 0,5 caballos de vapor (CV). La rueda hidrulica horizontal
(o sea, un eje horizontal conectado a una rueda de palas vertical),
descrita por primera vez por el arquitecto e ingeniero romano
Vitrubio en el siglo Ia.C., tena el segmento inferior de la rueda
de palas insertada en la corriente, y actuaba como una rueda
hidrulica de empuje inferior. Hacia el siglo II d.C. se empez a
utilizar en las regiones montaosas la rueda hidrulica de empuje
superior. En este caso, el agua se verta sobre las palas desde
arriba, y se obtena energa adicional de la inercia del agua en su
cada. En la edad media la potencia mxima de la rueda, fabricada con
madera, aument de 3 a 50CV. La transicin de la rueda hidrulica a la
turbina es sobre todo semntica. El primer intento de formular la
base terica para el diseo de ruedas hidrulicas en el siglo XVIII
corresponde al ingeniero civil britnico John Smeaton, que demostr
que la rueda de empuje superior era ms eficaz. Sin embargo, el
ingeniero militar francs Jean Vctor Poncelet dise una rueda de
empuje inferior cuyas palas curvadas aumentaban el rendimiento casi
un 70%. El uso de esta mquina se extendi rpidamente. Otro ingeniero
militar francs, Claude Burdin, invent el trmino turbina, como parte
de un anlisis terico en que se daba una gran importancia a la
velocidad de rotacin. Benoit Fourneyron, un alumno de Burdin en la
Escuela de Minera de Saint tienne, dise y construy ruedas que
alcanzaban velocidades de rotacin de 60rpm (revoluciones por
minuto) o ms y que proporcionaban hasta 50CV en las factoras
metalrgicas francesas. Por ltimo, Fourneyron construy turbinas que
trabajaban a 2.300rpm, desarrollando 60CV y un rendimiento de ms
del 80%.A pesar de esta eficiencia excepcional, la turbina de
Fourneyron tena algunos inconvenientes causados por el flujo
centrfugo del agua que la atravesaba. Esto provocaba problemas si
se reduca el flujo de agua o su carga. El ingeniero estadounidense
nacido en Gran Bretaa James B. Francis dise una turbina en la que
el flujo se produca hacia el interior. La llamada turbina de
reaccin o turbina Francis se convirti en la turbina hidrulica ms
utilizada con presiones de agua, o alturas de cada, equivalentes a
una columna de agua de 10 a 100m. Este tipo de turbina funciona
debido a la expansin del agua mientras fluye a travs de los
espacios entre las palas, lo que produce una fuerza neta, o
reaccin, con un componente tangencial que pone la rueda en
movimiento. La rueda Pelton, cuyo nombre proviene del ingeniero
estadounidense Lester Allen Pelton, se empez a aplicar durante la
segunda mitad del siglo XIX, en instalaciones donde la presin del
agua era equivalente a una columna de agua de entre 90 y 900m. En
este tipo de turbinas, el agua se conduce desde un depsito a gran
altura a travs de un canal o una conduccin forzada hasta una
boquilla eyectora que convierte la energa cintica del agua en un
chorro a presin. Dado que la accin de la rueda Pelton depende del
impulso del chorro sobre ella, en lugar de la reaccin del agua en
expansin, este tipo de turbina se denomina tambin turbina de accin.
El aumento de las necesidades de energa hidroelctrica durante los
albores del siglo XX puso de manifiesto la necesidad de turbinas
que pudieran aprovechar cadas de agua de 3 a 9m, que se podran
utilizar en muchos ros construyendo pequeos embalses de agua. En
1913, el ingeniero austriaco Vctor Kaplan plante por primera vez la
turbina de hlice, que acta al contrario que la hlice de un barco.
Kaplan mejor la turbina haciendo que las palas pudieran pivotar
sobre su eje. Los distintos ngulos de las palas aumentaban el
rendimiento ajustando el ngulo al volumen de la cada de agua. Para
mantener una salida constante de voltaje en una instalacin
hidroelctrica, la velocidad de la turbina se debe mantener
constante, independientemente de las variaciones de la presin del
agua que las mueve. Esto requiere gran nmero de controles que,
tanto en la turbina de Francis como en la de Kaplan, varan el ngulo
de las palas. En las instalaciones de ruedas Pelton, el flujo del
agua se controla abriendo y cerrando las boquillas eyectoras. En
este caso, se utiliza una boquilla de derivacin de descarga, dado
que los cambios rpidos de corriente en canales de cada largos
podran producir aumentos repentinos en la presin, llamados
martillos de agua, que pueden ser muy dainos. Con estos ajustes, se
mantiene constante el flujo de agua a travs de las boquillas. Para
ello se cierran las boquillas de descarga, lo que se hace con mucha
lentitud para evitar martillos de agua. Avances en el Diseo de las
Turbinas Hidrulicas:La tendencia en las turbinas hidrulicas
modernas es utilizar cadas mayores y mquinas ms grandes. Segn el
tamao de la unidad, las turbinas Kaplan se emplean en cadas de unos
60m, y en el caso de las turbinas Francis de hasta 610m. La
instalacin de cada ms alta del mundo (1.770m) se encuentra en
Reisseck, en Austria, y las turbinas ms grandes del mundo estn en
una planta generadora de la presa de Itaip, entre Paraguay y
Brasil, donde se utilizan 18 turbinas de tipo Francis de 700
megavatios (MW) de potencia cada una, que consiguen un total de
12.600MW. Muchas de las pequeas instalaciones en presas construidas
antes de 1930 han sido abandonadas debido a su alto coste de
mantenimiento y la mano de obra que requieren. Sin embargo, el
aumento de los costos de los combustibles fsiles ha hecho volver la
mirada hacia este tipo de sistemas de poca cada. Con el desarrollo
de turbinas de hlice normalizadas con ejes casi horizontales, las
instalaciones pequeas han recuperado su atractivo original. Se han
diseado turbinas que actan como bombas cuando funcionan a la
inversa, invirtiendo el generador elctrico para que funcione como
un motor. Dado que no es posible almacenar la energa elctrica de
forma econmica, este tipo de bombas turbina se utiliza para bombear
agua hacia los embalses, aprovechando la energa elctrica generada
por las centrales nucleares y trmicas durante las horas de poco
consumo. El agua embalsada se emplea de nuevo para generar energa
elctrica durante las horas de consumo elevado. En los ltimos aos se
han desarrollado turbinas para cadas de hasta 600m y con
capacidades de ms de 400MW. Turbinas de Vapor: El xito obtenido con
las turbinas de agua condujo a utilizar el principio de la turbina
para extraer energa del vapor de agua. Mientras que la mquina de
vapor de vaivn desarrollada por el inventor e ingeniero escocs
James Watt utilizaba la presin del vapor, la turbina consigue
mejores rendimientos al utilizar tambin la energa cintica de ste.
La turbina puede ser ms pequea, ms ligera y ms barata que una
mquina de vapor de vaivn de la misma potencia, y puede ser de un
tamao mucho mayor que las mquinas de vapor convencionales. Desde el
punto de vista de la mecnica, tiene la ventaja de producir
directamente un movimiento giratorio sin necesidad de una manivela
o algn otro medio de convertir la energa de vaivn en energa
rotatoria. Como resultado de ello, la turbina de vapor ha
reemplazado a las mquinas de vaivn en las centrales generadoras de
energa elctrica, y tambin se utiliza como una forma de propulsin a
chorro. Las turbinas de vapor se utilizan en la generacin de energa
elctrica de origen nuclear y en la propulsin de los buques con
energa nuclear. En las aplicaciones de cogeneracin que requieran
tanto calor (el utilizado en un proceso industrial) como
electricidad, se genera vapor a altas presiones en una caldera y se
extrae desde la turbina a la temperatura y la presin que necesita
el proceso industrial. Las turbinas de vapor se pueden utilizar en
ciclos (escalones) combinados con un generador de vapor que
recupera el calor que se perdera. Las unidades industriales se
utilizan para poner en movimiento mquinas, bombas, compresores y
generadores elctricos. La potencia que se obtiene puede ser de
hasta 1.300MW. La turbina de vapor no fue inventada por una nica
persona, sino que fue el resultado del trabajo de un grupo de
inventores a finales del siglo XIX. Algunos de los participantes ms
notables en este desarrollo fueron el britnico Charles Algernon
Parsons y el sueco Carl Gustaf Patrik de Laval. Parsons fue
responsable del denominado principio de escalones, mediante el cual
el vapor se expanda en varias fases, aprovechndose su energa en
cada una de ellas. De Laval fue el primero en disear chorros y
palas adecuados para el uso eficiente de la expansin del vapor.
Funcionamiento de la turbina de vapor: El funcionamiento de la
turbina de vapor se basa en el principio termodinmico que expresa
que cuando el vapor se expande disminuye su temperatura y se reduce
su energa interna. Esta reduccin de la energa interna se transforma
en energa mecnica por la aceleracin de las partculas de vapor, lo
que permite disponer directamente de una gran cantidad de energa.
Cuando el vapor se expande, la reduccin de su energa interna en
400caloras puede producir un aumento de la velocidad de las
partculas a unos 2.900km/h. A estas velocidades la energa
disponible es muy elevada, a pesar de que las partculas son
extremadamente ligeras. Si bien estn diseadas de dos formas
diferentes, las partes fundamentales de las turbinas de vapor son
similares. Consisten en boquillas o chorros a travs de los que pasa
el vapor en expansin, descendiendo la temperatura y ganando energa
cintica, y palas sobre las que acta la presin de las partculas de
vapor a alta velocidad. La disposicin de los chorros y las palas
depende del tipo de turbina. Adems de estos dos componentes bsicos,
las turbinas cuentan con ruedas o tambores sobre los que estn
montadas las palas, un eje para las ruedas o los tambores, una
carcasa exterior que retiene el vapor dentro de la zona de la
turbina, y varios componentes adicionales como dispositivos de
lubricacin y controladores. Tipos de turbina de vapor La forma ms
sencilla de turbina de vapor es la denominada turbina de accin, en
la que los chorros de la turbina estn sujetos a un punto dentro de
la carcasa de la turbina, y las palas estn dispuestas en los bordes
de ruedas que giran alrededor de un eje central. El vapor pasa a
travs de las boquillas y alcanza las palas. stas absorben una parte
de la energa cintica del vapor en expansin, lo que hace girar la
rueda y con ella el eje al que est unida. La turbina est diseada de
forma que el vapor que entra por un extremo de la misma se expande
a travs de una serie de boquillas hasta que ha perdido la mayor
parte de su energa interna. En la turbina de reaccin la energa
mecnica se obtiene de la aceleracin del vapor en expansin. Las
turbinas de este tipo cuentan con dos grupos de palas, unas mviles
y las otras fijas. Las palas estn colocadas de forma que cada par
acta como una boquilla a travs de la cual pasa el vapor mientras se
expande. Las palas de las turbinas de reaccin suelen montarse en un
tambor en lugar de una rueda. El tambor acta como eje de la
turbina. Para que la energa del vapor se utilice eficientemente en
ambos tipos de turbina, es necesario utilizar varios escalones en
cada uno de los cuales se convierte en energa cintica una parte de
la energa trmica del vapor. Si se hiciera toda la conversin de los
dos tipos de energa en un solo escaln, la velocidad rotatoria de la
rueda sera excesiva. Por lo general, se utilizan ms escalones en
las turbinas de reaccin que en las turbinas de accin. Se puede
comprobar que, con el mismo dimetro y la misma cantidad de energa,
la turbina de reaccin necesita el doble de escalones para obtener
un rendimiento mximo. Las turbinas ms grandes, que normalmente son
de accin, emplean hasta cierto grado la reaccin al principio del
recorrido del vapor para que el flujo de vapor sea eficaz. Muchas
de las turbinas de reaccin utilizan primero un escaln de control de
accin, lo que reduce el nmero de escalones necesarios. A causa del
aumento de volumen del vapor cuando se expande, es necesario
aumentar en cada escaln el tamao de las aberturas a travs de las
cuales pasa el vapor. Durante el diseo real de las turbinas, este
aumento se consigue alargando las palas de un escaln a otro y
aumentando el dimetro del tambor o la rueda a la que estn acopladas
las palas. Tambin se agregan dos o ms secciones de turbina en
paralelo. Como resultado de esto, una turbina industrial pequea
puede ser prcticamente cnica, con el dimetro ms pequeo en el
extremo de entrada, de mayor presin, y el dimetro mayor en el
extremo de salida. Las grandes turbinas de una central elctrica
nuclear pueden tener cuatro rotores con una seccin de alta presin
con flujo doble, seguida de tres secciones de baja presin y flujo
doble. Las turbinas de vapor son mquinas simples que tienen
prcticamente una sola parte mvil, el rotor. Sin embargo, requieren
algunos componentes auxiliares para funcionar: cojinetes de
contacto plano para sostener el eje, cojinetes de empuje para
mantener la posicin axial del eje, un sistema de lubricacin de los
cojinetes y un sistema de estanqueidad que impide que el vapor
salga de la turbina y que el aire entre en ella. La velocidad de
rotacin se controla con vlvulas en la admisin de vapor de la
mquina. La cada de presin en las palas produce adems una fuerza
axial considerable en las palas mviles, lo que se suele compensar
con un pistn de equilibrado, que crea a su vez un empuje en sentido
opuesto al del vapor. La eficiencia de expansin de las turbinas
modernas de varios escalones es alta, dado el avanzado estado de
desarrollo de los componentes utilizados en las turbinas y la
posibilidad de recuperar las prdidas de un escaln en los
siguientes, con un sistema de recalentamiento. El rendimiento que
se obtiene al transformar en movimiento la energa tericamente
disponible suele superar el 90%. La eficiencia termodinmica de una
instalacin de generacin con vapor es mucho menor, dada la prdida de
energa del vapor que sale de la turbina.Turbinas Elicas:Funcionan
como un molino de viento, pero en lugar de impulsar una muela,
controla un generador.Es una fuente de energa limpia y econmica.
Para extraer la mayor cantidad posible de energa la turbina cuenta
con unas enormes aspas de hasta 10 metros.Los censores de viento
permiten que el ordenador de la turbina controle el movimiento de
las aspas para producir la emerga ptima en todas las condiciones de
viento.Los componentes de las turbinas Elicas son:1. Aspas1.
Censores de Viento1. Generador elctrico 1. Poste giratorio1. Caja
de cambiosTurbina de combustin:Suelen llamarse tambin turbina de
gas es un motor que utiliza el flujo de gas como medio de trabajo
para convertir energa trmica en energa mecnica. El gas se produce
en el motor como resultado de la combustin de determinadas
materias. Unas toberas estacionarias lanzan chorros de dicho gas
contra los labes (paletas) de una turbina, y el impulso de los
chorros hace girar el eje de la turbina. Una turbina de combustin
de ciclo simple incluye un compresor que bombea aire comprimido a
la cmara de combustin. El combustible, en forma gaseosa o
nebulizada, tambin se inyecta en dicha cmara, donde se produce la
combustin. Los productos de la combustin salen de la cmara a travs
de las toberas y hacen moverse la turbina, que impulsa el compresor
y una carga externa como un generador elctrico.En una turbina o un
compresor, una fila de alabes fijos y una fila correspondiente de
alabes mviles unidos a un rotor se denominan una etapa. Las mquinas
grandes emplean compresores y turbinas de flujo axial con varias
etapas.La eficiencia del ciclo de una turbina de combustin est
limitada por la necesidad de un funcionamiento constante a
temperaturas altas en la cmara de combustin y en las primeras
etapas de la turbina. Una turbina de gas pequea de ciclo simple
puede tener una eficiencia termodinmica relativamente baja en
comparacin con un motor de gasolina corriente. Los avances en los
materiales resistentes al calor, los recubrimientos protectores y
los sistemas de enfriamiento han hecho posible, grandes unidades
con una eficiencia en ciclo simple del 34% o ms. En un motor de
ciclo combinado, la cantidad considerable de calor que queda en los
gases de escape de la turbina se dirige hacia una caldera
denominada generador de vapor por recuperacin de calor. El calor
recuperado se usa para producir vapor, que alimenta una turbina de
vapor asociada. El rendimiento combinado es un 50% mayor que el de
la turbina de gas por s sola. Hoy se instalan turbinas de ciclo
combinado con una eficiencia trmica del 52% y ms. Las turbinas de
combustin se emplean para propulsar barcos y trenes. En los aviones
se usa una forma modificada de la turbina de combustin, el
turborreactor. En algunos pases las turbinas de combustin pesadas,
tanto de ciclo simple como combinado, ocupan un lugar importante en
la generacin de electricidad a gran escala. Es posible obtener una
potencia por unidad superior a los 200 megavatios (MW), y la
potencia de una turbina de ciclo combinado puede superar los 300
MW.Las turbinas de combustin emplean como combustible gas natural o
lquidos como queroseno o gasoil. Tambin puede usarse carbn, una vez
transformado en gas en un gasificador aparte. COMPRESORESLos
compresores son mecanismos para comprimir los gases y los lquidosSe
suele llamar bomba de aire, esta maquina se encarga de disminuir el
volumen de una determinada cantidad de aire y aumentar su presin
por procedimientos mecnicos. El aire comprimido posee una gran
energa potencial, ya que si eliminamos la presin exterior, se
expandira rpidamente. El control de esta fuerza expansiva
proporciona la fuerza motriz de muchas mquinas y herramientas, como
martillos neumticos, taladradoras, limpiadoras de chorro de arena y
pistolas de pintura.Existen hoy en da dos tipos de compresores:1.
Alternativos 1. RotatoriosLos compresores alternativos o de
desplazamiento:Se utilizan para generar presiones altas mediante un
cilindro y un pistn. Cuando el pistn se mueve hacia la derecha, el
aire entra al cilindro por la vlvula de admisin; cuando se mueve
hacia la izquierda, el aire se comprime y pasa a un depsito por un
conducto muy fino.Los compresores Rotatorios:Los Compresores
rotatorios producen presiones medias y bajas. Estn compuestos por
una rueda con palas que gira en el interior de un recinto circular
cerrado. El aire se introduce por el centro de la rueda y es
acelerado por la fuerza centrfuga que produce el giro de las palas.
La energa del aire en movimiento se transforma en un aumento de
presin en el difusor y el aire comprimido pasa al depsito por un
conducto fino. El aire, al comprimirlo, tambin se calienta. Las
molculas de aire chocan con ms frecuencia unas con otras si estn ms
apretadas, y la energa producida por estas colisiones se manifiesta
en forma de calor. Para evitar este calentamiento hay que enfriar
el aire con agua o aire fro antes de llevarlo al depsito. La
produccin de aire comprimido a alta presin sigue varias etapas de
compresin; en cada cilindro se va comprimiendo ms el aire y se
enfra entre etapa y etapa.ConclusinDespus de finalizar el presente
trabajo he notado la importancia que tienen las bombas, compresores
y turbinas en nuestra vida diaria, tambin la relevancia que tienen
en la tecnologa mecnica. Este trabajo es realmente importante para
mi desarrollo profesional y para la consulta de todos los
estudiantes y personas interesadas en esta materia.De igual forma
se puede decir que es fundamental para ampliar y profundizar mucho
mas en lo que son la turbo maquinas y su utilidad en nuestra
sociedad. BibliografaPump Application Engineering Hicks and
Edwards. Biblioteca de la U.S.B. Mecnica de los fluidos y maquinas
hidrulicas. Claudio Mataix. Biblioteca de la U.S.B.1. Bombas y
Maquinas Soplantes Centrifugas. A.H. Church.Biblioteca de la
U.S.B.1. Monografas.COM. Pgina de Internet.1. Microsoft Encarta
20021. Una turbina de vapor es una turbomquina motora, que
transforma la energa de un flujo de vapor en energa mecnica a travs
de un intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido de
trabajo (entindase el vapor) y el rodete, rgano principal de la
turbina, que cuenta con palas o labes los cuales tienen una forma
particular para poder realizar el intercambio energtico. Las
turbinas de vapor estn presentes en diversos ciclos de potencia que
utilizan un fluido que pueda cambiar de fase, entre stos el ms
importante es el Ciclo Rankine, el cual genera el vapor en una
caldera, de la cual sale en unas condiciones de elevada temperatura
y presin. En la turbina se transforma la energa interna del vapor
en energa mecnica que, tpicamente, es aprovechada por un generador
para producir electricidad. En una turbina se pueden distinguir dos
partes, el rotor y el estator. El rotor est formado por ruedas de
labes unidas al eje y que constituyen la parte mvil de la turbina.
El estator tambin est formado por labes, no unidos al eje sino a la
carcasa de la turbina.1. El trmino turbina de vapor es muy
utilizado para referirse a una mquina motora la cual cuenta con un
conjuntos de turbinas para transformar la energa del vapor, tambin
al conjunto del rodete y los labes directores.ClasificacinExisten
las turbinas de vapor en una gran variedad de tamaos, desde
unidades de 1 hp (0.75 kW) usadas para accionar bombas, compresores
y otro equipo accionado por flecha, hasta turbinas de 2,000,000 hp
(1,500,000 kW) utilizadas para generar electricidad. Hay diversas
clasificaciones para las turbinas de vapor modernas, y por ser
turbomquinas son susceptibles a los mismos criterios de
clasificacin de stas. Por otro lado, es comn clasificarlas de
acuerdo a su grado de reaccin: Turbinas de Accin: El cambio o salto
entlpico o expansin es realizada en los labes directores o las
toberas de inyeccin si se trata de la primera etapa de un conjunto
de turbinas, estos elementos estn sujetos al estator. En el paso
del vapor por el rotor la presin se mantendr constante y habr una
reduccin de la velocidad. Turbinas de Reaccin: La expansin, es
decir, el salto entlpico del vapor puede realizarse tanto en el
rotor como en el estator, cuando este salto ocurre nicamente en el
rotor la turbina se conoce como de reaccin pura.[editar] Principio
de FuncionamientoLa ecuacin general de las turbomquinas fue hallada
por Euler y su demostracin se encuentra en el artculo de
turbomquinas. La forma para el trabajo por unidad de masa que
atraviesa el rotor de las turbomquinas motoras axiales es:
donde u es conocida como velocidad perifrica y es la velocidad
lineal del rotor, c1 y c2 son las velocidades absolutas del fluido
de trabajo antes y despus de pasar por el rotor respectivamente, 1
y 2 son los ngulos entre la velocidad absoluta y la velocidad
perifrica antes y despus de pasar por el rotor. Si introducimos el
concepto de velocidad relativa , que es la velocidad del fluido
respecto al rodete, y definimos el ngulo como aqul que existe entre
la velocidad perifrica y podemos reescribir la ecuacin anterior,
por propiedades del triangulo como:
Ahora escribamos la primera ley de la termodinmica para un
balance de energa del fluido de trabajo en su paso por el rotor,
suponiendo a ste un proceso adiabtico:
Recuerdese que consideramos que L es definido positivo.
Encontramos as que el cambio entlpico es igual al cambio de los
cuadrados de la velocidad relativa:
[editar] Abastecimiento de Vapor y Condiciones de EscapeEstas
categoras incluyen turbinas condensadoras, no condensadoras, de
recalentamiento, extraccin e induccin.Las turbinas de No
condensacin o de contrapresin son ms ampliamente usadas para
aplicaciones de vapor en procesos. La presin de salida es
controlada por una vlvula reguladora para satisfacer las
necesidades de presin en el vapor del proceso. Se encuentran
comnmente en refineras, plantas de papel y pulpa y en instalaciones
de desalinizacin, donde se dispone de grandes cantidades de vapor
de proceso a baja presin.Las turbinas condensadoras se encuentran
comnmente en plantas de potencia elctrica. Estas turbinas expelen
vapor en estado parcialmente saturado, generalmente con calidad
mayor al 90%, a una presin bastante inferior a la atmosfrica hacia
un condensador.Las turbinas de recalentamiento tambin son usadas
casi exclusivamente en plantas de potencia elctrica. En una turbina
de recalentamiento, el flujo de vapor sale de una seccin a alta
presin de la turbina y es regresado a la caldera donde se le vuelve
a sobrecalentar. El vapor entonces regresa a una seccin de presin
intermedia de la turbina y contina su expansin.Las turbinas de
extraccin se encuentran en todo tipo de aplicaciones. En una
turbina de extraccin, el vapor es liberado en diversas etapas y
aprovechado en distintos procesos industriales, tambin puede ser
enviado a calentadores de agua para mejorar la eficiencia del
ciclo.BOMBAS:En la antigedad los chinos y los egipcios, segn se ha
podido determinar a travs de dibujos y otros documentos, emplearon
para elevar agua, un sistema sencillo y bastante efectivo. Se
trataba de una rueda con varios recipientes adosados, que al girar
aquella, penetraban en el agua, se llenaban con ella y despus de
ascender hasta cierta altura descargaban el lquido en un canal que
lo distribua de manera convenienteEn la actualidad muchos son los
son los dispositivos o aparatos que se emplean para extraer, elevar
o inyectar agua u otros fluidos.De estos mecanismos, generalmente
llamados bombas, del latn bombus, que significa ruido o zumbido,
son muy conocidos y utilizados los que se denominan bombas
hidrulicas, que pueden clasificarse en 2 grandes categoras
principales: bombas centrfugas bombas de desplazamiento
positivo.Existen, adems, numerosos dispositivos y aparatos fundados
en principios distintos a las bombas hidrulicas, o que pueden
considerarse como bombas, que se utilizan para hacer vaco,
comprimir gases, aunque en ste caso se denominan con ms propiedad
compresores.A pistn 1 pistnMultipistnAlternativas ReciprocanteA
membrana o diafragmaBombas1 etapaCentrfugas MultietapasRotatorias
Rotatorias EngranajeRootsLbuloDesplazamiento positivoCompresoresUn
compresor es una mquina destinada a producir un aumento en la
presin de un fluido gaseoso.Los compresores pueden dividirse en
dinmicos y volumtricos.Los primeros actan en forma continua sobre
la corriente gaseosa, a la que ceden energa cintica y comunican
presin al mismo tiempo. Los segundos, en cambio, actan sobre cargas
de fluidos individualizadas, cuya presin es aumentada
independientemente de la velocidad de rotacin de la mquina.Los
compresores dinmicos pueden dividirse, segn el recorrido del
fluido, en centrfugos y axiales. Los primeros suelen emplearse en
instalaciones fijas, mientras que los segundos se emplean
preferentemente en las turbinas de gas empleadas en aeronutica o
para otras aplicaciones semejantes.Los compresores volumtricos se
dividen en alternativos(o de mbolo) y rotativos: los primeros se
emplean en instalaciones de tipo industrial para el suministro de
aire comprimido, mientras que los segundos tienen amplia difusin
como sobrealimentadores en los motores de combustin interna.El
compresor permite reducir el volumen y facilitar el transporte de
ciertos gases, naturales y artificiales, empleados como
combustibles, como primeras materias industriales o como
anestsicos. Tipos de bombasBOMBAS CENTRFUGAS:En las bombas
centrfugas, la elevacin del lquido desde el nivel inferior al
superior se realiza por movimiento de un rodete que gira a gran
velocidad en el interior de la misma; el fluido adquiere, una
fuerza centrfuga que lo impulsa.Tienen un rendimiento menor que las
de mbolo, pero son, en general, ms convenientes, pues cuesta menos
adquirirlas y conservarlas, debido a la ausencia de piezas
delicadas. Cuando la bomba se acciona mediante un electromotor o
turbina, el empleo de un centrfuga que admite un nmero de vueltas
ms elevado, permite el acoplamiento con la consiguiente ventaja de
poder prescindir de mecanismos de reduccin, que son de mayor costo
y reducen el rendimiento. Se les da preferencia cuando el caudal a
elevar es grande y la altura de elevacin es pequea, y para trabajos
en que la duracin del servicio es corta. (Fig. 3 a).La aspiracin se
realiza cuando el rodete y la tubera estn rellenos de agua, salvo
que se disponga de dispositivos especiales para realizar una
aspiracin seca. Se clasifican en bombas de baja presin (hasta unos
15 mts), de media presin (hasta unos 40 mts) y de alta presin
(cuando dicha altura es mayor). Las bombas centrfugas de baja
presin se construyen con la aspiracin por un solo lado o por los
dos, como puede verse en la figura 1 en ella, para un mismo nmero
de vueltas y una misma altura de elevacin, vara el caudal a elevar
segn el tipo de rodete. En la figura 2 se representa una bomba de
media presin con entrada por 2 lados. Para mejorar su rendimiento
se utiliza, a la salida de los rboles del rodete mvil, una corona
directriz, la cual encauza el lquido, impidiendo choques y
remolinos. En este tipo de bombas pueden disponerse tambin varios
rodetes y coronas directrices montadas en paralelo sobre un mismo
eje, logrando entonces un nmero de vueltas elevado.Las bombas
centrfugas de alta presin se caracterizan por presentar una serie
de rodetes escalonados. El lquido pasa desde un primer rodete mvil
a la directriz y luego a un canal intermedio del cual entra un
segundo rodete llegando finalmente a una cmara que comunica con la
tubera de impulsin. El nmero de rodetes, que pueden ascender hasta
10, depende de la altura de elevacin que se desee alcanzar.Las
bombas de rodete en hlice y las bombas de hlice axiales se emplean
para elevar grandes cantidades de lquido a pequeas alturas con un
nmero de vueltas elevado.Las bombas centrfugas se construyen de eje
horizontal, reservando las de eje vertical cuando se trata de
bombas para perforaciones y agotamiento de pozos (Fig. 3 b). Bombas
centrfugas de etapas mltiples:En los casos en que se necesita una
presin mayor que la que puede suministrar una sola bomba, en
principio podra conectarse dos o ms bombas iguales, as la descarga
sera ms o menos igual a la suma de las presiones desarrolladas por
cada bomba.Como esta forma de aumentar la presin resultara
engorrosa, demasiado cara y muy poco rendidora, una solucin es
hacer una bomba de etapas mltiples.Cada etapa tiene as su descarga
conectada a la aspiracin de la siguiente y cada una acta como una
bomba separada; todas estn dentro de la misma caja. La presin de
descarga de la primera etapa se convierte en la presin de aspiracin
de la segunda y as sucesivamente. La bomba sin prensaestopa, es un
ejemplo de bomba multietapa montada verticalmente. (Fig. 4).Las
bombas centrfugas pueden tener sus ejes horizontales o verticales.
Las bombas verticales no tienen caeras en la aspiracin y la voluta
y parte del eje van sumergidas en el lquido a bombear.Una bomba,
adems de ser un impulsor de lquidos, es tambin un medio para
aplicar presin al circuito.La presin que una bomba aplica a un
circuito lquido se denomina la delta de presin de la bomba. Una
bomba puede recibir lquidos a cualquier presin y descargarlos a una
presin mayor.Cuando se bombea un lquido desde un tanque abierto, la
altura por encima de la aspiracin de la bomba, es la altura de la
superficie del lquido en metros por sobre el nivel de dicha
aspiracin.Esta altura del lquido, dar lugar a una cierta presin
que, comenzando en la superficie del lquido, aumenta cuanto ms se
desciende hasta que adquiere su valor mximo en la aspiracin.Existe
una relacin directa entre la altura y la presin producida por la
misma, segn cuanto pese o cuanto sea el peso especfico del lquido.
Para el agua, cada metro de altura o profundidad dar lugar a una
presin de 0,1 Kg/cm2 (para una profundidad de 2 metros la presin es
de 0,2 Kg/cm2).Es decir, que 10 metros de altura equivalen a
aproximadamente 1 Kg/cm2 o 1 metro de altura es igual a 0,10
Kg/cm2.Generalmente, la altura o presin originada por la diferencia
de nivel de un lquido se denomina altura esttica. Esttica significa
en reposo, quieta o inmvil y, como es evidente en muchos de los
procesos el nivel del lquido est en reposo o inmvil y produciendo
continuamente una cierta presin.Volviendo a la altura de aspiracin
tenemos una torre y una bomba. En la torre hay una cierta presin, a
la que se encuentran los gases en su interior. Si la misma es de
3,5 Kg/cm2 la presin que acta contra los costados de la torre al
nivel del lquido es de 3,5 Kg/cm2 (esta es la altura debido a la
presin). A 3,5 metros ms debajo de la torre, la presin aumenta a
3,85 Kg/cm2 (3,5/10=0,35); 3,5 metros ms abajo an en la aspiracin
de la bomba tenemos otro aumento de 0,35 Kg/cm2, lo que hace que la
presin en el cao de aspiracin de la bomba (altura de aspiracin) sea
de 3,5 + 0,35 + 0,35 = 4,2Kg/cm2). (Fig. 5) Suponiendo que el delta
P de la bomba es de 2,8 Kg/cm2, la presin del lquido que pasa por
la bomba aumentar 2,8 Kg/cm2, la presin de descarga ser la suma de
delta P ms la altura de aspiracin, es decir, 4,2 + 2,8 = 7
Kg/cm2.Al elegir una bomba se tendra en cuenta estos
factores.Efectos que se producen al variar la velocidad de una
bomba: si la velocidad se duplica, el caudal tambin se duplicar, la
presin aumentar 4 veces y la potencia que deber tener el motor que
le impulsa ser 8 veces la que tendra para su velocidad menor. Aros
de desgaste: Para separar el lado de alta presin del lado de baja
presin del impulsor, su ajuste con la caja de la bomba deber ser
estrecho y tener un cierto juego de funcionamiento.Las bombas
pueden proveerse de aros de desgaste montados en el cuerpo y,
tambin en el impulsor. Cuando estas superficies se desgastan y
empiezan a perder, se cambia el aro de desgaste. Manguitos: Los
ejes de las bombas tambin pueden estar sujetos a desgastes
ycorrosin. Los fluidos bombeados pueden corroerlos y la presin de
la empaquetadura en el prensaestopa pueden rayarlos e irlos
ranurando. Para evitar que esto suceda, los ejes se proveen de
manguitos con chavetero para impedir que giren con respecto al eje.
Cuando los manguitos se gastan, se los cambia. Aros de cierre
hidrulico: Segn sea el lquido bombeado, la naturaleza del servicio
y el tipo de bomba usada, en el prensaestopa puede necesitarse un
aro de cierre hidrulico. Este cierre puede tomar lquido desde la
descarga de la bomba y hacerlo circular devuelta a la aspiracin de
la misma. Puede recoger las prdidas a lo largo del eje que haya
penetrado a la empaquetadura llegando hasta el aro, y mandarla
devuelta a la bomba. Este mismo lquido tambin sirve como lubricante
entre la empaquetadura y el eje. Por medio de un sistema circulador
separado, a travs del aro de cierre hidrulico puede bombearse otro
lquido, el que recoger cualquier prdida y tambin contribuir tal vez
a la lubricacin. El aro de cierre hidrulico puede servir como punto
de aplicacin de lubricacin al prensaestopa y contribuir a sellar la
empaquetadura contra las prdidas de la bomba. Casquillo
prensaestopa: Para impedir que el lquido escape por alrededor del
eje de la bomba se provee algn tipo de cierre, que pueden
clasificarse en:Prensaestopa convencional: Convencional porque fue
el primer mtodo empleado para impedir la prdida de alrededor del
eje y porque sigue siendo el tipo de cierre ms usado hoy en da.
Cuando un aro de material adecuado se oprime contra el eje de la
bomba y se lo mantiene entre ste y la caja de prensaestopa, se
necesita una cierta presin para forzar al lquido bombeando al pasar
entre el eje y el prensaestopa. Dos aros necesitaran el doble de
dicha presin y tres, el triple.Esta resistencia a la circulacin se
denomina cada de presin y es lo que buscamos mantener en una
empaquetadura en todo momento.Cuando una empaquetadura empieza a
perder y aparentemente a llegado al final de su vida til, es
necesario renovar todos los aros de la misma a fin de volver a
obtener la cada de presin necesaria. La empaquetadura debe
ajustarse solo lo necesario, de lo contrario se producir un elevado
desgaste y poca duracin de la empaquetadura y del manguito del
eje.(Fig. 6).Cierres o sellos mecnicos: Durante muchos aos se trat
de mejorar el viejo tipo de cierre a prensaestopa para eliminar la
necesidad de atencin mecnica y mantenimiento propio de los
prensaestopa convencionales. El resultado fue el cierre mecnico y
sus distintas formas.Este consta de dos aros con caras finamente
maquinadas y enfrentadas.Uno de los aros va firmemente montado en
el prensaestopa de la bomba y el otro, en el eje.La presin de un
resorte y la de bombeo los mantiene oprimidos el uno con el otro.
El aro montado en el eje gira contra el del prensaestopa, mientras
que el acabado liso de las caras impide el pasaje de lquidos entre
ambas.El fluido bombeado y el material de los aros pueden o no
necesitar lubricacin o enfriamiento. Un ejemplo es el caso de un
sello mecnico de las bombas de agua empleadas en los automviles.
Duran lo que dura el automvil, sin necesidad de atencin.En
condiciones ms extremas de temperatura, presiones ms elevadas y
lquidos ms difciles de retener o peligrosamente venenosos, se ha
llegado a un refinamiento an mayor: el de la bomba sin
prensaestopa.Bomba sin prensaestopa: La disposicin normal (vertical
u horizontal) deja un espacio entre el motor y la bomba, quedando
el eje de accionamiento entre ambos. Para evitar la prdida
alrededor de este eje al entrar la bomba, hay necesidad de alguna
forma de cierre.En la bomba sin prensaestopa la eliminacin de las
prdidas se trata de otra manera. En primer lugar, la carcasa del
motor es completamente hermtica. En segundo lugar, va unida al
cuerpo de la bomba en forma hermtica. Entre la bomba y el motor
sobre el eje de accionamiento va montado un sello mecnico, diseado
y colocado de manera que impide las fugas desde el motor hacia la
bomba. La carcasa del motor se llena con un aceite que se mantiene
a una presin mayor que la que hay en el cierre del lado de la bomba
o que la que existe en el espacio que le sigue al motor.Cualquier
prdida que se produzca ir del motor a la bomba lo que no es
perjudicial y el sello puede estar a una presin mucho menor que
cuando toda la presin de descarga acta sobre l. En este caso, solo
acta la diferencia de las presiones a uno y otro lado del
sello.Funcionamiento de bombas centrfugas: Con los juegos pequeos
con que deben funcionar las partes activas de las bombas, stas
nunca han de hacerse trabajar en seco, pues se producir una serie
de ralladura y desgaste de las piezas.La mayora de los fluidos
actan como lubricantes y esto se tiene en cuenta para el diseo de
la bomba al establecer los juegos de funcionamiento.Antes de poner
en marcha una bomba, siempre debe estar cebada o llena de lquido.
Para el bombeo de agua u otros lquidos, las bombas tienen grifos en
la parte superior del cuerpo, para dejar escapar el aire que pueda
haber en ste y que pueda impedir su llenado. Las bombas deben
ponerse en marcha con la vlvula de descarga cerrada, ya que de lo
contrario el cuerpo no puede llegar a llenarse bien. Asegurarse que
el casquillo prensaestopa no est torcido, la empaquetadura debe
estar ligeramente suelta como para que se produzca una ligera
prdida. Despus, ajustar el casquillo no ms que para detener dicha
prdida; se debe aflojar el casquillo hasta la posicin que estaba
antes.Los cojinetes de las bombas son por lo comn a bujes o
bolillas. Los ms sencillos son estos y consiste en una pieza
dividida instalada en el bastidor de la bomba y sujeto en su lugar
por medio de una tapa abulonada. La cavidad interior de la pieza
est revestida de un metal blando, tal como babbitto bronce, est
dividida de manera de poder ser montada sobre el eje. En la tapa
del cojinete se puede instalar una aceitera a gota visible. Otra
forma es colocar un aro que rodee al eje y cuelgue de l. La parte
inferior del aro va sumergida en un depsito de aceite y a medida
que el eje gira, tambin lo hace el aro, alzando aceite y
distribuyndolo sobre el eje y cojinete.Otra forma de llenar la tapa
del cojinete con estopa de algodn mojada en aceite y mantenida en
contacto con el eje, que se empaca diariamente mediante una
aceitera. Algunos cojinetes pueden lubricarse por el lquido
bombeado o con agua.Los cojinetes a bolillas se lubrican por medio
de aro y depsito de aceite.Cuando el eje es vertical se usa grasa.
Una grasera permite la introduccin del lubricante a presin y una
bolilla de retencin evita que la grasa pueda salirse. Si un
cojinete est demasiado engrasado bate continuamente la grasa, por
lo que se calienta. El calor puede destruir la pelcula de
lubricante, de formar el cojinete y, de esta manera producir ms
roce y desgaste. La caja de los cojinetes deben llenarse con grasa
solo hasta la mitad.Es preferible que el cojinete y lubricante estn
a una temperatura constante, esto evita la dilatacin y distorsin de
las piezas, originadas por grandes variaciones de temperatura. En
los casos en que se bombean fluidos calientes, los cojinetes se
enfran con agua, que se hacen circular por cavidades que rodean al
cojinete el bastidor de la bomba.Caeras conectadas a bombas: Nunca
se debe hacer que de manera alguna la bomba sostenga la caera. Esto
significa que nunca la bomba debe aguantar el peso de la caera,
tener un efecto de sujecin sobre la misma, o ejercer una traccin o
un empuje sobre ella.La caera solo debe coincidir con la bomba y
nada ms.Por accin de una fuerza, el bastidor de una bomba puede
deformarse. Cualquier deformacin tender a desalinear los cojinetes
y al eje y ocasionar un mayor desgaste.BOMBA DE DESPLAZAMIENTO
POSITIVO:Pueden ser alternativas, rotatorias o a engranajes.
Alternativas: El caudal de una bomba de este tipo es el resultado
del movimiento alternativo o de vaivn de un pistn dentro de un
cilindro.Estas bombas son de doble efecto y adems producen una onda
de presin por cada mitad de carrera.Sus caractersticas son que dan
un caudal pulsante desparejo. Se pueden resolver mediante el empleo
de dos o ms cilindros trabajando en paralelo, bombas dplex o
triples, o una cmara amortiguadora de aire. La descarga de estas
bombas es difcil de controlar; nunca se las debe estrangular y las
bombas deben ser protegidas por medio de una vlvula de seguridad
colocada en la caera de descarga. El caudal se regula mediante la
variacin de la velocidad de accionamiento. Son de elevado
rendimiento. Tienen una amplia gama de caudales y de presiones,
estn adecuadas para presiones extremadamente elevadas y/o caudales
muy pequeos. Son apropiadas para trabajar con aspiracin negativa, o
sea, que son capaces de elevar lquidos. Son adecuadas para mover
lquidos viscosos y tambin para lquidos que tienen solventes. Pueden
ser accionadas a vapor o a motor; por medio de engranajes, cuando
se usan equipos de gas; se denominan compresores.Bombas
alternativas accionadas a vapor: En la figura 7 se puede ver que
constan de un conjunto de pistn, cilindro y vlvula para el
movimiento de lquidos, unidos por un vstago de pistn y varillas a
un conjunto de pistn, cilindro y vlvulas para el movimiento de
vapor. Al estar unidos, ambos pistones hacen que cualquier
movimiento del pistn para vapor sea transmitido al pistn de la
bomba en la parte del vapor, un mecanismo distribuidor permite que
el vapor activo penetre por un extremo, fuerce al pistn al avanzar
y haga que el pistn usado salga por la lumbrera del escape. Al
final de la carrera el mecanismo distribuidor se invierte y el
proceso se repite en sentido opuesto. En la puesta en marcha,
grifos ubicados en la parte inferior del cilindro desagotan el
exceso de condensado. En la bomba a cada extremo de la carrera del
pistn hay dos juegos de vlvula, uno para la aspiracin y otro para
la descarga. Sostenida por resortes, estas vlvulas se abren cuando
se ejerce suficiente presin en su parte inferior, para vencerla
presin de los resortes; la principal finalidad de los resortes es
garantizar el retorno de las vlvulas a sus asientos, en cada final
de carrera.En funcionamiento considerando uno solo de los extremos
del pistn, ste al retroceder crea una presin menor que la del
liquido en la caera de aspiracin. Esta diferencia de presin hace
que el lquido levante y abra la vlvula de aspiracin y penetre al
espacio del cilindro dejado por el pistn en movimiento; a medida
que el pistn se mueve hacia delante el lquido es desplazado y
levanta y abre la vlvula de descarga.Al final de la carrera la
presin decae, el lquido y los resortes hacen que las vlvulas se
cierren. La misma descripcin es vlida para el extremo opuesto del
pistn, de manera que cuando uno de ellos expulsa el lquido hacia
fuera, el otro aspira ms lquido, que queda lista para ser bombeado
al invertirse la carrera.Manejo de bombas alternativas a vapor:
Lubricacin: Estas bombas no tienen cojinete, tienen punto de
rozamiento, como pueden ser: de la empaquetadura de los pistones
contra las paredes del cilindro, las empaquetaduras en los
prensaestopa, y en el conjuntos de vlvulas de vapor.La lubricacin
en el extremo de la bomba se consigue evitando que el pistn se
mueva en seco asegurando la llegada de la misma al prensaestopa y
vstagos del pistn, si lo necesita. Algunos fluidos que se bombean
poseen por si mismos la lubricacin necesaria al prensaestopa y
vstago de pistn. Resulta adecuado introducir un aceite apropiado,
por la caera de alimentacin o en la caja de vapor. El lubricante es
distribuido a las vlvulas, al pistn de vapor y en las unidades de
menor tamao an el prensaestopa y el vstago. Estas piezas deben
recibir lubricacin, o de lo contrario se producir su desgaste y
rotura. Puesta en marcha y manejo: Es necesario cebar el extremo de
la bomba y comenzar la lubricacin lo ms pronto posible despus de la
puesta en marcha. Siempre se debe abrir primera la vlvula de
descarga para evitar presiones que podran reventar al pistn. La
apertura de la vlvula de aspiracin disminuye la posibilidad de que
se filtre aire al cilindro a travs del prensaestopa. El vaco que se
forma, es slo el normal debido a la aspiracin de la bombaEl
funcionamiento en seco y el roce continuado entre la empaquetadura
del pistn y la pared del cilindro, puede producir gran cantidad de
calor, ralladura de la pared del cilindro y rotura de la
empaquetadura del mismo. El cilindro de la bomba ya cebado, ejerce
un efecto uniforme y frenado sobre el extremo del pistn de vapor.
Cuando la bomba funciona vaca, hay muy poco que impida al pistn
para moverse con tanta rapidez como lo haga necesaria la presin del
vapor sobre el pistn.Considerando el extremo de vapor, debemos
recordar que durante el arranque es necesaria la lubricacin, y que
el vapor, al entrar a una cmara fra se condensa rpidamente formando
agua.Es necesario bombear e introducir suficiente aceite en la
caera o en caja e vapor. Si se emplea un lubricador forzado con
accionamiento mecnico al dar en al aire varias vueltas rpidas, se
proporcionar aceite a todas las otras partes conectadas al
mismo.Los lubricantes para cilindros de vapor tienden a adherirse a
las superficies metlica formando una pelcula entre metal y metal,
contribuyendo as a formar un cierre entre el cilindro y la
empaquetadura del pistn, que lubrica y evita el pasaje de vapor.A
medida que el vapor ingresa a la zona fra del cilindro, se
condensa, durante la carrera de escape el pistn debe expulsar una
considerable cantidad de agua y tambin vapor. Las bombas y motores
a vapor no se proyectan para que puedan mover esta mezcla por sus
sistemas normales de escape. Los grifos en la parte inferior de los
cilindros se abren antes de la puesta en marcha para que el
condensado sea expulsado tan pronto comienza a formarse. Cuando el
extremo vapor se calienta, no se produce condensado y los grifos
pueden cerrarse.Si durante la puesta en marcha los grifos de purga
no estn abiertos, el pistn se encontrar con el agua que se ha
acumulado. Como el agua no se puede comprimir, debe buscar su
salida por el escape. Si el pistn se desplaza con mucha velocidad
puede incidir con tal fuerza contra esta masa de agua aprisionada,
producira un serio golpe de ariete y podra llegar a rajar la cabeza
del cilindro.Otra regla es: durante la puesta en marcha, abrir la
vlvula de vapor solo lo suficiente como para hacer que el pistn
empiece a moverse. Cuando todo est funcionando normalmente y la
bomba est adecuadamente cebada, podr abrirse la vlvula una cantidad
para que la bomba trabaje a la presin y velocidad requerida.Algunas
bombas de las unidades tienen una purga continua de vapor, con los
grifos permanentemente abiertos y descargando condensado. Las
mantiene a una temperatura cercana a la de funcionamiento y permite
una ms rpida puesta en marcha. Que las bombas estn a la intemperie
o se produzcan temperaturas de congelacin, es necesario mantener
una alimentacin continua de vapor a cilindro, la congelacin de ste
podra hacer que se rajen sus partes de fundicin. Bombas rotatorias
o a engranajes: Estas bombas no se usan tanto como las bombas
centrfugas. Son de desplazamiento positivo y a una velocidad dada,
mueven una cantidad definida de caudal. Su salida se regula
variando la velocidad o circulando parte de la descarga de vuelta a
la aspiracin. Pueden ser para baja o para alta presin. No pueden
trabajar con lquidos que contengan partculas slidas o duras. Un
buen ejemplo, es la bomba de aceite del automvil. (Fig. 8).Bombas
de movimiento alternativo:Hay tres clases, que son las pistn, las
de mbolo y las de diafragma. La accin de las piezas de
transferencia del lquido es la misma puesto que se hace que avance
y que retroceda en una cmara un pistn cilndrico, un mbolo o un
diafragma redondo. El dispositivo va equipado con vlvulas para la
entrada y la descarga del lquido que se bombea y el funcionamiento
de dichas vlvulas e relacionan de manera definitiva con los
movimientos de pistn.Bomba de pistn: (Hay dos tipos)Simplex de
accin doble: Puede ser de accin directa (conectadas a un cilindro
de vapor) o de impulso de potencia (mediante la leva y el volante
acoplados a la cruceta de una mquina de vapor). En la figura 9 se
muestra una bomba de accin directa, diseada para utilizarse con
carga de hasta 200 pies. El pistn consiste en los discos A y B, con
los anillos de empaque C entre ellos. En el punto D se muestra un
eje de bronce para el cilindro de agua.Las vlvulas de succin E1 y
E2. las vlvulas de descarga son F1 y F2. en la salida de vapor, la
vlvula piloto L se activa mediante una varilla, impulsada por el
pistn M. Esta vlvula piloto hace funcionar la vlvula principal N,
para cerrar o abrir los orificios de entrada P.De dplex de accin
doble: Difieren de las del tipo simplex porque tienen dos cilindros
de agua cuyo funcionamiento se encuentra coordinado. Pueden ser de
accin directa, impulsadas por vapor o mediante la potencia de un
vapor, con levas y volantes.En la figura 10 se muestra una bomba de
mbolo dplex de extremo exterior empacados, con vlvulas de vaso del
tipo utilizado en las prensas hidrulicas. El mbolo A se conecta
directamente a la varilla B mientras que el mbolo C funciona
impulsado por la varilla mediante el yugo D del tirante.Bombas de
mbolo:Tienen uno o ms mbolo de dimetro constante con movimiento
alternativo a travs de casquillos de empaque, para desplazar el
lquido de los cilindros en los que hay un franqueo radical
considerable. Son siempre de accin simple en el sentido de que slo
se usa uno de los extremos del mbolo para bombear el lquido.
(Fig.12)Existen bombas de mbolo de 1, 2, 3, 4, 5 o ms cilindros. Se
construyen unidades simplex o dplex en diseo horizontal. El
impulsor puede ser una turbina de vapor, un motor elctrico, de
vapor o de gas. Se trata del tipo comn de bomba de potencia. En la
figura 11 se da un ejemplo, para impulso por banda transportadora y
se puede ver el funcionamiento con facilidad. Se construyen bombas
de mbolo con cilindros y mbolos opuestos conectados mediante yugos
y tirantes: esta disposicin constituye una unidad de accin
doble.Las bombas simplex montadas solas o en grupos con un impulsor
comn se utilizan comnmente como bombas de canteo o de medida.
Disponen de un mecanismo de ajuste de carrera para modificar el
flujo, segn se desee esas bombas se disean para medir o controlar
el flujo del lquido dentro de una desviacin de ms o menos 2 %, con
capacidad de hasta 50 gal/min y presiones de varios miles de
lb/pulg2.Bombas de diafragma:Su construccin es diferente, el
miembro impulsor de movimiento alternativo es un diafragma flexible
fabricado de metal, caucho o material plstico. La ventaja principal
es la eliminacin de todos los selladores y empaques expuestos al
lquido bombeado. Esta es una ventaja importante en los equipos que
deben manejar lquidos txicos y peligrosos.Un tipo comn de bombas de
diafragma de baja capacidad, emplea un mbolo que funciona en aceite
para impulsar un diafragma metlico o plstico. Construidas para
presiones de ms de 1000 lb/pulg2 con velocidades de flujo de hasta
5 gal/min por cilindro, la ventaja adicional de que es posible
montar la carga de bombeo de un lugar remoto, incluso sumergido,
totalmente separado del impulsor.En la figura 13 se muestra una
bomba de diafragma de alta capacidad (100 gal/min), que funciona
gracias a una transmisin mecnica. Bombas de diafragma de
funcionamiento neumtico: Estas bombas no necesitan otra fuente de
potencia que la del aire comprimido de la planta. Deben tener una
succin sumergida, la presin se limita a la del aire disponible.
Debido a su baja velocidad y a sus grandes vlvulas son muy
apropiadas para el manejo suave del lquido, cuando se desee evitar
la degradacin de slidos suspendidos.Puede ser que con el tiempo la
bomba de diafragma presente fallas. Como consecuencia deben
evaluarse las maneras realistas antes de escogerse este tipo de
bombas y establecerse los procedimiento de mantenimiento.
(Fig.14)Bombas rotatorias:El desplazamiento del lquido se produce
debido a la rotacin uno o ms miembros dentro una caja estacionaria.
Cuando se construye con los materiales apropiados, estas bombas
manejan cualquier lquido que no contenga materiales arenosos o
abrasivos.Bombas rotativas de engranajes:Cuando se utilizan dos o
ms impulsores en una caja de bomba rotatoria, dichos impulsores
tomarn la forma de ruedas dentadas, como de engranajes
helicoidales. Esos impulsores giran con un franqueo extremadamente
pequeo entre ellos y la superficie del impulsor y la caja. En la
figura 15 se puede ver que las dos hlices dentadas giran como lo
indican las flechas. La conexin de succin est en la base. Cuando
los espacios entre los dientes del impulsor pasa por la abertura de
succin, recogen lquidos entre ellos, lo llevan a la caja hasta la
abertura de descarga y lo obligan a salir de ella. Las flechas
indican el flujo del lquido.Existen dos clases generales, de
engranajes internos y externos. El tipo de engranaje interno se
utiliza para lubricantes, lubricndose con el lquido que bombea. El
tipo externo se utiliza para lquidos no lubricantes, lubricndose
por medio de aceites (Fig. 29 y 30 respectivamente). Bombas de
gusano:Estas bombas son una modificacin de engranajes helicoidales
en la figura 16 se ilustra una versin de 2 rotores en la que el
lquido se alimenta al centro o a los extremos, dependiendo de la
direccin de rotacin y avanza axialmente en las cavidades formadas
por los dientes. Las bombas de gusano estn bien adaptadas para
producir elevaciones de presin de varios centenares de lb/pulg2
sobre todo al manejar lquidos viscosos, como en los aceites
pesados. Las bombas totalmente metlica estn sujetas a las mismas
limitaciones de manejo de slidos abrasivos que las bombas de
engranajes convencionales.Entre los lquidos que maneja se
encuentran los aceites minerales, los vegetales, los animales, las
grasas, la glucosa.Algunas unidades de tipo de gusano se disean
especialmente para el manejo suave de slidos grandes suspendidos en
un lquido.Bombas de desplazamiento de fluidos:Adems de las bombas
de lquidos que dependen de la accin de pistones, mbolos o
impulsores para desplazar los materiales, otros dispositivos usan
el desplazamiento mediante un fluido secundario. Este grupo incluye
los elevadores de aire y los depsitos ovalados para cidos (Fig.
18). El elevador de aire es un dispositivo para hacer subir lquido
mediante aire comprimido. Funciona mediante la introduccin de aire
comprimido en el lquido, cerca del fondo del pozo. Puesto que la
mezcla de aire y lquido es ms ligera que el lquido solo, se eleva
en caja del pozo. Las ventajas de este sistema de bombeo radican en
que no hay piezas mviles en el pozo. El equipo de bombeo es un
compresor de aire que se puede encontrar en la superficie. En la
figura 17 se muestra un bosquejo simplificado de elevador de aire.
Un depsito ovalado para cidos consiste en un recipiente en forma
ovalada que se puede llenar con una carga de lquido que se vaya
bombear. Este recipiente lleva una tubera de entrada para la carga,
otra de salida para la descarga y otra para la admisin de aire
comprimido o gas. La presin del aire o el gas sobre la superficie
del lquido obliga a ste ltimo a salir por la tuberas de descarga.
Esas bombas se pueden manejar de forma manual o instalarse para un
funcionamiento automtico.Bombas de chorro:Estas son dispositivos de
manejo de lquidos que utilizan la cantidad de movimiento de un
fluido para desplazar otro. Existen dos tipos: los eyectores y los
inyectores. El eyector, denominado sifn se disea para la utilizacin
en operaciones en las que las descarga contra la que se realiza el
bombeo es baja y menor que la carga del fluido utilizado para
bombear. El inyector funciona por medio de vapor y se utiliza para
la alimentacin de quemadores y otros servicios similares, en donde
el fluido que se bombea se descarga a un espacio que se encuentra a
la misma presin que el vapor utilizado para hacer funcionar el
inyector.En la figura 19 se muestra un diseo simple de bomba de
chorro de tipo eyector. El fluido e bombeo entre por la tobera
situada a la izquierda y pasa por la tobera de Venturi del centro,
para salir por la abertura de descarga, a la derecha. Al entrar a
la tobera de Venturi desarrolla una succin que hace que se capte
parte del fluido de la cmara de succin en la corriente y que salga
por la descarga.La eficacia de este tipo de bombas es baja, a pesar
de esto se utilizan para transferir lquidos de un depsito a otro,
elevar cidos, lcalis o lquidos que contengan slidos de naturaleza
abrasiva.Bombas de tubo flexible o peristltica:Es muy usada en los
hospitales para transfusiones de sangre. Consta de una carcasa y un
eje; dos rulemanes en una planchuela y una manguera.La ventaje de
estas bombas es que el lquido no toca la carcasa ni los rodillos,
por lo tanto, no se contamina. Tiene un flujo bastante constante.
Se utiliza tambin para osificar cloro por ejemplo, en una planta
potabilizadora de agua. La manguera debe ser de goma para evitar
problemas de corrosin, formacin de cloruros, etc. (Fig. 20) Bombas
de camisa flexible:Es parecida a la peristltica, solo que en este
caso el fluido si tiene contacto con la carcasa. Constan de una
membrana flexible y de un eje excntrico que comprime el lquido
contra dicha membrana y lo hace salir por encima de la bomba. (Fig.
21)Bombas de lbulos: Existen dos tipos:1. Lbulo simple: Consta de
dos lbulos que giran, toman el fluido por un lado, lo comprimen
contra la carcasa y lo hacen salir por el otro lado a una presin
mayor.(Fig. 22)1. Lbulo triple: Esta no aumenta la presin en gran
escala. A medida que giran los lbulos, calzan uno con otro y
comprimen el fluido. Pueden asimilar tanto lquido como vapor y
seguir trabajando sin problemas. Se utiliza para impulsar lquidos
viscosos como pulpa o pasta de frutas. (Fig. 23)Bombas de aspas
deslizantes:Posee cavidades en el rotor. Dentro de ellas hay aspas
que forman pequeas cmaras donde se aloja el lquido. Las cmaras
cambian de volumen; si ste se reduce, el lquido se comprime y sale
a una presin mayor. Las aspas giran a una velocidad considerable.
Esta bomba es utilizada en la industria lctea. (Fig. 24)Bomba de
aspas externas:Posee una sola aspa que gira y se enfrenta a un
lquido que choca contra la cmara. El aspa sube y baja y evita que
el lquido vuelva hacia atrs, para esto necesita un resorte. Estas
son bombas de bajo caudal, de bastante presin y se usan para
trabajos pesados. (Fig. 25)Bomba de aspa flexible:Las aspas son de
goma; forman cmaras en donde entra el lquido. Las cmaras van
reduciendo su volumen. Al llegar a las chicas el volumen se
comprime y sale al exterior. Las aspas se ubican entre el rotor y
la carcasa. Son bombas de poco caudal. Tienen la ventaja de
trabajar sin ser muy controladas. (Fig. 26)Bombas a tornillo: Son
las ms difundidas en la industria juguera.1. A tornillo simple: La
carcasa tiene un rotor y stator (fijo). El stator es de caucho
sinttico, duro o polmero. Tiene una forma ondulada que sigue la
forma del tornillo. Comprime la pasta o lquido y lo lleva a la
salida de la bomba. La ventaje de esta bomba es que puede llevar
sustancias que sean 70 % slidas. (Fig. 27)1. A tres tornillos:
Tiene un tornillo en el centro conectado al eje. El fluido es
arrastrado de arriba hacia abajo. Es una bomba que puede mover
fluidos altamente viscosos y no muy abrasivos. (Fig.
28).COMPRESORESCompresores de desplazamiento positivo o
volumtrico:Admiten aire en una cmara de volumen determinado, lo
comprimen por accin positiva del mbolo y lo expelen a presin ms
elevada. Se dividen en alternativos y rotativos.COMPRESORES
ALTERNATIVOS: Constan de una cmara y un mbolo. El mbolo, durante su
carrera de admisin absorbe aire a travs de una vlvula de entrada
dispuesta en la pared del cilindro. Luego, al volver durante la
carrera de compresin, aumenta la presin del aire de la cmara, con
lo que cierra la vlvula de entrada, y continua avanzando hasta que,
cerca ya del punto muerto, eleva la presin hasta provocar la
apertura de una vlvula de escape, que deja pasar el aire al sistema
de descarga. Entonces se inicia un nuevo ciclo de succin y
compresin. Se dividen en compresores de pistn y a
membrana.Compresores de pistn:La compresin se efecta por el
movimiento alternativo de un pistn accionado por un mecanismo
biela-manivela. En la carrera descendente se abre la vlvula de
admisin automticamente y el cilindro se llena de aire para luego en
la carrera ascendente comprimirlo, saliendo as por la vlvula de
descarga.Una simple etapa de compresin no permitir obtener
presiones elevadas; ser necesario entonces recurrir a dos o ms
etapas de compresin, en donde el aire comprimido a baja presin en
una primer etapa (3-4 bar)llamada de baja, es vuelto a comprimir en
otro cilindro en una segunda etapa llamada de alta, hasta la presin
final (14 bar). Es necesario refrigerar el aire entre las etapas
para obtener una temperatura de compresin ms baja y con rendimiento
superior la refrigeracin se realiza por aire o por agua. El
cilindro de alta es de dimetro ms reducido que el de baja, puesto
que ste toma el aire ya comprimido por la primera y que por lo
tanto ocupar menos volumen.Los compresores de accin simple existen
en tamaos hasta 100 hp. Estas unidades se pueden obtener con 1, 2,
3 o 4 etapas, para presiones de hasta 3500 Lb/pulg2. tienen una
cruceta a la que se conectan la biela y la varilla del pistn y
permite que se utilice un embalaje simple. En la figura 1 se
muestra una mquina sencilla, de etapa simple, con un pistn de accin
doble. Se pueden utilizar pistones de accin simple (Figura 2) o
doble (Figura 3), dependiendo del tamao de la mquina y el nmero de
etapas.En las mquinas de etapas mltiples, hay enfriadores
intermedios entre las etapas, que eliminan el calor de la compresin
de gas y reducen su temperatura a la que existe en la entrada del
compresor.Los compresores son cilindros horizontales como en los
que aparecen en las figuras del 1 al 4 son los que ms se utilizan,
por su capacidad de acceso. Se construyen tambin mquinas con
cilindros verticales y otras disposiciones, tales como las de ngulo
recto y en ngulo en v.Los compresores de hasta 100 hp tienen un
cigeal simple de impulso central (Figura 1). En tamaos superiores,
las mquinas suelen ser de construccin en dplex, con bielas a cada
extremo del eje (Figura 5). Algunas unidades, sincrnicas e
impulsadas por motor son de construccin en 4 esquinas, o sea, con
una construccin dplex doble que tiene 2 bielas a partir de cada uno
de los dos cigeales (Fig. 6).Donde se requiera aire sin vestigios
de aceite puede recurrirse al compresor de compresor seco (Figura
7) en donde los aros son de material antifriccin de tipo tefln o de
grafito. Compresores a membrana: Son de construccin sencilla y
consisten en una membrana accionada por una biela montada sobre un
eje motor excntrico; de este modo se obtendr un movimiento de vaivn
de la membrana con la consiguiente variacin del volumen de la cmara
de compresin en donde se encuentra alojadas las vlvulas de admisin
y descarga accionada directamente por la accin del aire.Permite la
produccin de aire comprimido exento de aceite puesto que el mismo
no entra en contacto con el mecanismo de accionamiento: el aire
comprimido presenta gran pureza. Se utilizan en medicina y en
ciertos procesos qumicos: no se utilizan en general para uso
industrial (Fig. 8). Existen compresores de diafragma metlicos
(Fig. 9), que tienen la ventaje de no utilizar sellos para el gas
procesado. El diafragma se impulsa hidrulicamente mediante una
bomba de mbolos. COMPRESORES ROTATIVOS:Los compresores de
tornillos, Roots y de paletas son algunos modelos de compresores
alternativos, que constan de una carcasa en cuyo interior uno o
varios impulsores giratorios de diversos tipos liberan aire, lo
comprimen y lo desplazan hacia el sistema de descarga. Diseados
para trabajar a baja presin, rara vez exceden de los 700 gr/cm2.
Compresores a tornillo o helicoidales La compresin es efectuada por
dos rotores helicoidales ( macho y hembra), que son dos tornillos
engranados entre s y contenidos en una carcasa. El macho es de 4
entradas y cumple la misma funcin que el pistn en el compresor
alternativo; la hembra es de 6 entradas y cumple igual funcin que
el cilindro. En su rotacin, los lbulos del macho se introducen en
los huecos dela hembra desplazando el aire axialmente, disminuyendo
su volumen y, por consiguiente, aumentando la presin. Los lbulos se
llenan de aire por un lado, descargan por el otro en sentido axial
y despuntan diagonalmente. (Fig.12)Como los rotores no estn en
contacto, el desgaste y la lubricacin resultan mnimos. El campo de
aplicacin de stos va desde 600 a 40000 m3/h y se logran presiones
de hasta 25 bar. El compresor del tipo de gusano, que se muestra en
la figura 13, puede manejar capacidades de hasta 25000 pies3/min. a
razones presin de 4 a 1 y superiores. Compresores Roots: Estn
formados por 2 engranajes alveolares, y solo transportan del lado
de aspiracin al de compresin el volumen de aire aspirado, sin
comprimirlo en ese recorrido. No hay reduccin de volumen y, por lo
tanto, aumento de presin. Resultan apropiados cuando se requiere
aire comprimido a bajas presiones, completamente libre de rastros
de lubricante. (Fig. 14)Compresores a paleta:Constan de una carcasa
cilndrica en cuyo interior va un motor montado excntricamente de
modo de rozas casi por un lado la pared de la carcasa formando as
una cmara de trabajo en forma de medialuna. Esta cmara queda
dividida en secciones a travs de paletas deslizantes alojadas en
ranuras radiales del rotor. Al girar ste ltimo, el volumen de las
secciones vara desde un mximo aun mnimo, producindose a aspiracin,
compresin y expulsin del aire sin necesidad de vlvula alguna. Este
tipo de compresor es muy adecuado para los casos en que no es
problema la presencia de vestigios de aceites en el aire
comprimido. De requerir aire exento de aceite, las paletas deben
ser hechas de materiales autolubricantes, tipo tefln o de carbono
artificial. (Fig. 10)Un ejemplo es el tipo de aletas deslizantes
(Fig. 11) estas unidades se ofrecen para presiones de
funcionamiento de hasta 125 lb/pulg2 y capacidades de hasta 2000
pies3/min.Compresores de desplazamiento variable o
dinmicos:Turbocompresores (ventiladores)Se utilizan para bajas
presiones. Funcionan bajo el principio de la dinmica de los
fluidos, en donde el aumento de presin no se obtiene a travs del
desplazamiento y reduccin del volumen, sino por efectos dinmicos
del aire. Se clasifican como de tipo radial o centrfugos y de flujo
axial.TURBOCOMPRESORES RADIALES:Funcionan de forma similar a las
bombas centrfugas. Utilizan un volante impulsor que gira en el
interior de una cmara. El impulsor aspira aire por su centro y lo
centrfuga a gran velocidad contra la cmara: el aire pierde
velocidad y transforma en presin su energa cintica. Se utilizan
para el manejo de grandes volmenes de gases y para una gran
variedad de servicios, incluyendo enfriamiento y desecacin;
suministro de aire de combustin a hornos y calderas; sopladores de
altos hornos, cpulas y convertidores; trasportes de materiales
slidos; como eliminadores y para comprimir gases o vapor. Estos
compresores se construyen de tres tipo generales: De paletas
rectas: (Fig. 15)Tienen rotores de dimetro relativamente grandes
con unas cuantas paletas radiales (5 a 12) que se parecen a ruedas
de paletas y funcionan a velocidades relativamente bajas. Se
utilizan en trabajos de eliminacin, sobre todo cuando los desechos
van en la corriente de aire. De hojas curvas hacia delante: (Fig.
16)Por lo comn son del tipo Sirocco de aletas mltiples (20 a 64).
Los rotores son de dimetro pequeo y funcionan a velocidades ms
altas que las unidades de paletas rectas. De hojas curvas hacia
atrs: (Fig.17)Son del tipo de aletas mltiples; estos
turbocompresores son sumamente tiles. TURBO COMPRESORES
AXIALES:Consiste en una cmara provista de un eje giratorio sobre el
que va montado una serie de hileras de pequeos labes. El aire,
aspirado por el extremo abierto de la cmara, es comprimido en
etapas por cada hilera de labes a medida que avanza por el interior
de la carcasa hacia el extremo de descarga. El tamao de la cmara y
la longitud de las paletas, al disminuir hacia el extremos de
salida, permiten la compresin del aire. El compresor axial se
desarroll para utilizarse con turbinas de gas y posee diversas
ventajas para servicios en motores de reaccin de la aviacin. La
alta eficiencia y la capacidad ms elevada son las nicas ventajas
que tienen los compresores de flujo axial sobre los radiales, para
las instalaciones estacionarias. Las desventajas incluyen una gama
operacional limitada, mayor vulnerabilidad a la corrosin y la
erosin, y propensin a las deposiciones.En la figura 18 se muestra
una figura tpica de flujo axial. El elemento giratorio consiste en
un tambor al que van fijas varias hileras de hojas de altura
decreciente, con secciones de corte transversal en forma
aerodinmica. Entre cada hilera hay una fila estacionaria que
reencauza el flujo y logra cierta cantidad de conversin de
velocidad de carga a presin. Los compresores de flujo axial son de
dos tipos generales: de disco y de propela.De disco:Estos tienen
paletas rectas o curvas, similares a las de un ventilador domstico
ordinario. Se utilizan para la circulacin general o para trabajos
de eliminacin sin ductos.De propela: (Fig. 19)Estos tienen aletas
similares al del diseo aeronutico, y pueden ser de dos
etapas.Eyectores:Un eyector es un tipo simplificado de compresor
que no tiene pistones, vlvulas, rotores ni otras piezas mviles. En
la figura 20 se ilustra un eyector de chorro de vapor. Consiste en
una tobera de vapor que descarga un chorro a alta velocidad a travs
de una cmara de succin conectada al equipo que se debe evacuar. El
vapor recoge al gas y lo lleva a un difusor en forma de Venturi con
convierte la energa de velocidad del vapor en energa de presin. En
la figura 21 se muestra un eyector de tamao grande, que se denomina
a veces eyector reforzador, con toberas mltiples. Se pueden
conectar en serie o por etapas dos o ms eyectores, o en paralelo
para manejar mayores cantidades de gas o vapor. MTODO DE REGULACIN
DE COMPRESORES: Sistema de marcha y parada:El compresor se detiene
cuando en el depsito se alcanza la presin mxima; en ese instante el
consumo es satisfecho por la acumulacin del depsito hasta que en el
mismo la presin alcanzada sea el vapor mnimo admisible de regulacin
(presin de arranque), momento en que vuelve a arrancar. La seal de
arranque y parada se obtiene a travs de un presostato regulador
entre las presiones mximas y mnimas que enva una seal elctrica al
contacto del motor y ordena su marcha o parada.Estudio del tiempo
de marcha y parada de un compresor:VD= volumen del depsito (m3)P2
=presin de parada (barias) VND=Vd(P2+1)P1 = presin de arranque
(barias) VNA =Vd(P1 + 1)Ap = P2 - P1 salto de presin admisible. Vc
=[VD(P2+1)]-[VD(P1+1)]Qn = consumo de aire libre promedio.
Vc=VD[P2+1-P1-1]=VD(P2-P1)=VD.ApQc = capacidad de aire por minuto.
N.m3 Tp=Vc= VD.Ap= m3.Bar=minMin Qn Qn (N.m3):minVND = volumen
normal de aire cuando est parado. Tp= VD.Ap. 1 C= Qn:QcVNA =
volumen normal de aire cuando arranca. Qn CVC = volumen consumido
(VND - VNA) Tm= Ap.VD . 1 To=Tp+TmTm = tiempo de marcha. Qc 1-CTP =
tiempo de parada. To=( Ap.VD ) + (Ap.VD) TO = tiempo total (Tm +
Tp) Qn Qc-QnSistema de marcha en vaco: El compresor con este
sistema est en marcha continuamente, pero alterna perodos en que
comprime con perodos en que el aire es aspirado y expulsado. Esto
se consigue abriendo las vlvulas de admisin.El aire aspirado al
hallar la vlvula abierta es descargado en la atmsfera. La apertura
de las vlvulas se obtiene a travs de un mecanismo accionado por un
pequeo pistn o membrana ubicados en la cabeza de cilindros que
recibe una seal neumtica a travs de una electrovlvula actuado por
un presostato en funcin de la presin del depsito. La frecuencia del
cambio carga-vaco puede ser elevada sin causar daos al compresor ni
al motor elctrico.RENDIMIENTO VOLUMTRICO DE UN COMPRESOR:Es el
cociente entre el volumen de aire realmente aspirado por el
compresor y el volumen de cilindrada (generado por la carrera del
pistn). El rendimiento no es del 100 % debido a que el aire que
entra en el cilindro se calienta y aumenta su volumen, porque la
presin de aspiracin debe ser inferior a la atmosfrica para permitir
al aire entrar en el cilindro, que el cierre de las vlvulas no es
instantneo permitiendo fugas de aire, que pueden verificarse fugas
a travs de los aros de pistn y vlvulas an cerradas, la presencia de
un espacio nocivo al final de la carrera de compresin.El aire
comprimido en este espacio nocivo se expande dentro del cilindro en
la carrera de aspiracin, disminuyendo el volumen de aire realmente
aspirado.Clculo: v = 1 - m.(P2 - 1)P1ACONDICIONAMIENTO DE AIRE
COMPRIMIDO DELANTE DE LA UNIDAD CONSUMIDORA:Filtro de aire:Tiene la
funcin de segregar las impurezas y el condensado restante que pasa
a travs de l. En un filtro normal (filtro fino), el aire pasa por
unas rendijas al entrar en la capa del filtro. Se aumenta la
velocidad del aire y ste se enfra adicionalmente. El efecto
centrfugo y el enfriamiento hacen que se separare el condensado en
calidad de niebla. El condensado se deposita en la parte inferior
de la copa y ser evacuado a ms tardar cuando alcance el valor
mximo. En caso contrario, el aire que pasa arrastrara el condensado
y ste llegara los elementos consumidores. Para evitarlo, se puede
montar un sistema de elevacin automtico, que regula el nivel de
condensado mediante una vlvula de aguja y flotador. Las partculas
slidas contenidas en el aire que no fueron evacuadas con el
condensado y que son ms grandes que los poros del filtro, son
retenidas e el mismo. Con el tiempo, el filtro se ensucia, por lo
que hay que limpiarlo o sustituirlo. (Fig. 22)Vlvula reguladora de
presin: Tiene la funcin de mantener la presin de trabajo
(secundaria) a un nivel constante, independientemente de las
oscilaciones que la presin de la red (primaria). La vlvula consta
de una membrana para regular la presin secundaria en funcin del
ajuste de la vlvula. La presin secundaria acta sobre un lado de la
membrana, y del otro lado acta un muelle cuya fuerza se regula por
un tornillo. Al girar el tornillo cambia la fuerza del muelle y la
presin secundaria, ya que la membrana tiene que estar en equilibrio
de fuerzas: se bloquea el paso de la vlvula. El muelle vuelve a
abrir el paso por accin del movimiento de la membrana en funcin de
la cantidad de aire que fluye y en funcin de la disminucin de la
presin secundaria. As puede entrar ms aire. La regulacin de la
presin secundaria implica un constante abrir y cerrar del asiento
de la vlvula. Para evitar una oscilacin descontrolada, la vlvula
tiene un elemento amortiguador. Hay varios diseos de vlvulas. Con y
sin evacuacin de aire. Si se desea disminuir la presin secundaria
ajustando el tornillo, tiene que haber un consumo de presin
secundaria (si es una vlvula que no tenga sistema de evacuacin),
sino abra reduccin de la presin deseada. Si se trata de una vlvula
con sistema de evacuacin, es posible reducir la presin mediante un
escape de aire, y no es necesario un consumo de la presin
secundaria. (Fig. 23)Lubricador: Suministra aceite lubricante a los
elementos neumticos que lo necesiten. La unidad de lubricacin se
encarga de una difusin muy fina de aceite en el aire, por lo que la
niebla de aceite llega hasta el elemento consumidor, trasportada
por el aire a presin. Esta niebla tiene que ser fina como para que
el aceite no se precipite en el primer estrechamiento. El aire a
presin que pasa a travs del lubricador genera una diferencia de
presin por la variacin de los grosores de los conductos. El aceite
es aspirado del depsito y al entrar en contacto con el aire a
presin se reduce la difusin. La unidad de lubricacin solo empieza a
funcionar a partir del momento en que el flujo de aire es
suficientemente fuerte. Si el consumo es pequeo, la velocidad del
flujo no alcanza para aspirar aceite. El aire comprimido saturado
de humedad entra al secador frigorfico, atraviesa el intercambiador
9 preenfrindose en contra corriente con el flujo de aire fro que
est a 2C que viene del intercambiador 10; a continuacin ingresa a
ste ltimo donde su temperatura baja a 2C pues cede su calor al
sistema frigorfico. Mientras el aire se va enfriando, el vapor de
agua que tiene se condensa y como el lquido es el separador del
aire en 11 y expulsado al exterior por el drenador automtico 12.
Despus del separador 11 el aire comprimido fro y deshumidificado
ingresa nuevamente al intercambiador 10 donde recupera calor
disminuyendo su humedad relativa. Esta ganancia de calor se logra
extrayndola del aire que ingresa al secador, por lo que ste se
preenfra sin gasto, disminuyendo en alto grado la potencia
energtica en el compresor frigorfico. Saliendo del intercambiador 9
el aire comprimido ya es seco y puede ser enviado al consumo. (Fig.
24)Aplicaciones de los compresores: Suministran aire comprimido
tanto a las herramientas neumticas de las obras, fbricas y canteras
como a aergrafos y pulverizadores de los pintores y artistas;
proporcionan aire comprimido en las operaciones del buceo y
construccin de tneles en los trabajos subacuticos, cooperan a la
licuefaccin del aire y, por tanto, a la obtencin de oxgeno y
nitrgeno lquidos y envan aire a los altos hornos y otros hornos
metalrgicos.Los sistemas de refrigeracin emplean estas mquinas para
comprimir el elemento refrigerante.EyectoresOrdinariamente cuando
uno se refiere a los aparatos de chorro se acostumbra usar el
trmino "eyector " que cubre todos los tipos de bombas de chorro que
no cuentan con partes mviles, que utilizan fluidos en movimiento
bajo condiciones controladas y que descargan a una presin
intermedia entre las presiones del fluido motory de succin. El
eyector a chorro de vapor es el aparato ms simple que hay para
extraer el aire, gases o vapores de los condensadoresy de los
equipos que operan a vaco en los procesos industriales. Es un tipo
simplificado de bomba de vaco o compresor, sin partes mviles, como
vlvulas, pistones, rotores, etc. Su funcionamiento est dado por el
principio de conservacin de la cantidad de movimiento de las
corrientes involucradas. Los eyectores o bombas de chorros, son
mquinas cuyo trabajo se basa en la transmisin de energa por impacto
de un chorro fluido a gran velocidad, contra otro fluido en
movimiento o en reposo, para proporcionar una mezcla de fluido a
una velocidad moderadamente elevada, que luego disminuye hasta
obtener una presin final mayor que la inicial del fluido de menor
velocidad. Los eyectores se emplean muy comnmente para extraer
gases de los espacios donde se hace vaco, por ejemplo, en los
condensadores, en los sistemas de evaporacin, en torres de
destilacin al vaco y en los sistemas de refrigeracin, donde los
gases extrados son generalmente incondensables, tales como el aire.
Aunque tambin se usan en el mezclado de corrientes como por ejemplo
en los procesos de sulfitacin en ingenios azucareros.