Poder calorífico: Superior e inferior
- Poder calorífico superior (Hs): Caso en que toda el agua, producto de la combustión, queda en estado líquido.
- Poder calorífico inferior (Hi): Caso en que toda el agua, producto de la combustión, queda en estado gaseoso.
La diferencia entre ambos (Hs y Hi) es el calor latente de vaporización del agua presente en los productos de la combustión:
Hs - Hi = r = (alfa + 9 x h)
Clasificación de calderas
- Calderas acuotubulares: El fluido de trabajo se desplaza por el interior de los tubos durante su calentamiento. Son las más utilizadas en centrales termoeléctricas, poseen sobrecalentador y operan a altas presiones.
- Calderas humotubulares: El fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente atravesado por tubos por los cuales circulan gases a alta temperatura. No poseen sobrecalentador y trabajan a bajas presiones.
Enunciados del 2° principio de la termodinámica
- Carnot: Toda máquina térmica requiere al menos dos fuentes de calor a diferentes temperaturas para funcionar.
- Kelvin: Es imposible obtener trabajo mecánico de una porción de materia enfriándola a una temperatura inferior al más frío de los cuerpos que la rodean.
- Planck: No es posible construir una máquina de funcionamiento periódico que no haga otra cosa que elevar un peso y enfriar un recipiente.
- Clausius: El calor no puede pasar, por sí solo, de un cuerpo a una determinada temperatura a otro a temperatura superior.
Descripción del ciclo de Rankine simple
En la caldera se produce vapor de agua a elevada presión, el cual se dirige a la turbina donde se expande y produce trabajo mecánico. El vapor de baja presión que sale de la turbina pasa por un condensador donde cambia a estado líquido. Posteriormente, una bomba presuriza el líquido para reintroducirlo en la caldera, cerrando el ciclo.
Motores de combustión interna
Ciclo de 2 tiempos
- Fase admisión – compresión: El pistón se desplaza hacia arriba desde el PMI, abriendo la lumbrera de admisión e iniciando la compresión.
- Fase explosión – escape: Al alcanzar el PMS, la bujía genera una chispa, impulsando el pistón hacia abajo. Durante la carrera descendente, se libera la lumbrera de escape para expulsar los gases y permitir el ingreso de nueva mezcla.
Ciclo Otto
Es el ciclo termodinámico aplicado en motores de combustión interna de encendido provocado (gasolina). Puede ser de 2 o 4 tiempos.
Ciclos de 4 tiempos
Se realiza en dos vueltas del cigüeñal. Etapas:
- Admisión: El pistón se desplaza al PMI y las válvulas de admisión permanecen abiertas.
- Compresión: El pistón se desplaza al PMS, las válvulas se cierran y se comprime la mezcla.
- Combustión/Expansión: Se produce la combustión, los gases se expanden y el pistón desciende al PMI generando energía mecánica.
- Escape: Se abren las válvulas de escape y el pistón se desplaza al PMS para expulsar los gases.
Rendimiento: La eficiencia térmica depende de la relación de compresión (proporción entre volúmenes máximo y mínimo), usualmente entre 8:1 y 10:1.
Psicrometría básica
- Humedad absoluta: Cantidad de vapor de agua por unidad de volumen de aire (g/m³).
- Humedad relativa: Relación porcentual entre la humedad actual y la máxima que el aire podría contener sin condensar.
- Temperatura de rocío: Temperatura a la que empieza a condensarse el vapor de agua.
Ejemplo de cálculo termodinámico
Datos: P = 30 kg/cm², V = 0,03 m³/kg
Calcular: Título (x), entalpía (h), entropía (s)
- v» = 0,06797 m³/kg (Tabla 20)
- v’ = 0,001214 m³/kg
- x = (v – v’) / (v» – v’) = 0,4312
- Entalpía (h) = h’ + x · (h» – h’)
- Entropía (s) = s’ + x · (s» – s’)