Plantas De Energía (Maquinas De Combustión Externas E Internas, Ciclos)
1. República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria
Universidad Politécnica Territorial
“José Antonio Anzoátegui”
El Tigre, Estado Anzoátegui
Bachiller: Cristhian Granadino
28229588
MM02 T2 F2
Profesor:
Lennys Betancourt
2. En las centrales térmicas convencionales, el combustible se quema en una caldera provocando la energía
térmica que se utiliza para calentar agua, que se transforma en vapor a una presión muy elevada. Después,
ese vapor hace girar una gran turbina, convirtiendo la energía calorífica en energía mecánica que,
posteriormente, se transforma en energía eléctrica en el alternador. La electricidad pasa por un
transformador que aumenta su tensión y permite transportarla reduciendo las pérdidas por Efecto Joule. El
vapor que sale de la turbina se envía a un condensador para convertirlo en agua y devolverlo a la caldera
para empezar un nuevo ciclo de producción de vapor.
El funcionamiento de las centrales térmicas
convencionales es el mismo independientemente del
combustible que utilice. Sin embargo, sí que existen
diferencias en el tratamiento previo que se hace del
combustible y en el diseño de los quemadores de las
calderas. De esta manera, si la central es de carbón,
el combustible se tiene que triturar previamente. En
las centrales de fueloil, el combustible se calienta,
mientras que en las de gas natural, el combustible
llega directamente por gaseoductos, por lo que no
necesita almacenaje previo. En el caso de las
centrales mixtas, se aplica el tratamiento que
corresponda a cada combustible.
3. Un motor de combustión externa es una
máquina que realiza una conversión de
energía calórica en energía mecánica
mediante un proceso de combustión que se
realiza fuera de la máquina, generalmente
para calentar agua que, en forma de vapor,
será la que realice el trabajo, en oposición a
los motores de combustión interna, en los que
la propia combustión, realizada dentro del
motor, es la que lleva a cabo el trabajo.
Un motor de combustión interna o motor de
explosión es un tipo de máquina que obtiene
energía mecánica directamente de la energía
química de un combustible que arde dentro de
la cámara de combustión. El nombre se debe
a que dicha combustión se produce dentro de
la propia máquina, a diferencia de, por
ejemplo, la máquina de vapor.
4. El ciclo Otto es el ciclo termodinámico que se aplica en los motores de combustión interna de encendido
provocado por una chispa eléctrica (motores de gasolina, etanol, gases derivados del petróleo u otras sustancias
altamente volátiles e inflamables). Inventado por Nicolaus Otto en 1876, se caracteriza porque en una primera
aproximación teórica, todo el calor se aporta a volumen constante.
Hay dos tipos de motores que se rigen por el ciclo de Otto
creados por IO, los motores de dos tiempos y los motores de
cuatro tiempos. Este último, junto con el motor diésel, es el
más utilizado en los automóviles ya que tiene un buen
rendimiento y contamina mucho menos que el motor de dos
tiempos.
El ciclo de 4 tiempos consta de seis procesos, dos de los
cuales (E-A y A-E) no participan en el ciclo termodinámico del
fluido operante pero son fundamentales para la renovación de
la carga del mismo:
E-A: admisión a presión constante (renovación de la carga).
A-B: compresión de los gases e isoentrópica.
B-C: combustión, aporte de calor a volumen constante. La
presión se eleva rápidamente antes de comenzar el tiempo
útil.
C-D: fuerza, expansión isoentrópica o parte del ciclo que
entrega trabajo.
D-A: Escape, cesión del calor residual al ambiente a volumen
constante.
A-E: Escape, vaciado de la cámara a presión constante
(renovación de la carga.)(isobárico).
1. (Admisión - Compresión). Cuando el pistón alcanza el PMI
(Punto Muerto Inferior) empieza a desplazarse hasta el PMS
(Punto Muerto Superior), creando una diferencia de presión
que aspira la mezcla de aire y gasolina por la lumbrera de
admisión hacia el cárter de precompresión .(Esto no significa
que entre de forma gaseosa). Cuando el pistón tapa la
lumbrera, deja de entrar mezcla, y durante el resto del
recorrido descendente, el pistón la comprime en el cárter
inferior, hasta que se descubre la lumbrera de transferencia
que lo comunica con la cámara de compresión, con lo que la
mezcla fresca precomprimida ayuda a expulsar los gases
quemados del escape.
2. Cuando el pistón empieza a subir la lumbrera de transferencia
permanece abierta una parte de la carrera y el cárter no coge
aire fresco sino que retornan parte de los gases, perdiendo
eficiencia de bombeo. A altas revoluciones se utiliza la inercia
de la masa de los gases para minimizar este
efecto.(renovación de la carga) (Expansión - Escape de
Gases). Una vez que el pistón ha alcanzado el PMS y la mezcla
está comprimida, se la enciende por una chispa entre los dos
electrodos de la bujía, liberando energía y alcanzando altas
presiones y temperaturas en el cilindro. El pistón se desplaza
hacia abajo, realizando trabajo hasta que se descubre la
lumbrera de escape. Al estar a altas presiones, los gases
quemados salen por ese orificio.
5. El ciclo del motor diésel (en contraposición al ciclo rápido, más aproximado a la realidad) ideal de cuatro tiempos
es una idealización del diagrama del indicador de un motor diésel, en el que se omiten las fases de renovación de la
carga, y se asume que el fluido termodinámico que evoluciona es un gas perfecto, en general aire. Además, se
acepta que todos los procesos son ideales y reversibles, y que se realizan sobre el mismo fluido. Aunque todo ello
lleva a un modelo muy aproximado del comportamiento real del motor, permite al menos extraer una serie de
conclusiones cualitativas con respecto a este tipo de motores. No hay que olvidar que los grandes motores marinos
y de tracción ferroviaria son del ciclo de 2 tiempos Diesel.
Es un proceso de compresión adiabática
reversible (isentrópica), es decir sin
intercambio de calor con el exterior y con un
trabajo realizado al sistema para comprimirlo.
El pistón, estando en el punto muerto,
empieza su carrera de ascenso, comprimiendo
el aire contenido en el cilindro.
En esta idealización, el aporte de calor Qp se simplifica por un
proceso isobárico (a presión constante). Sin embargo, la combustión
Diesel es mucho más compleja: en el entorno del punto muerto
superior (PMS) (en general un poco antes de alcanzarlo debido a
problemas relacionados con la inercia térmica de los fluidos, es decir
el retraso que hay entre la inyección y la inflamación espontánea), se
inicia la inyección del combustible (en motores de automóviles,
gasóleo, aunque basta con que el combustible sea lo suficientemente
auto inflamable y poco volátil).
Se simplifica por una expansión
isentrópica (adiabática) del fluido
termodinámico, hasta el volumen
específico que se tenía al inicio de la
compresión.
Esta etapa es un proceso isocórico (escape) es
decir a volumen constante. Desde la presión final de
expansión hasta la presión inicial de compresión. En
rigor, carece de cualquier significado físico, y
simplemente se emplea ad hoc, para poder cerrar el
ciclo ideal.
6. Se denomina ciclo combinado en la generación de energía a la coexistencia de dos ciclos termodinámicos en un
mismo sistema, uno cuyo fluido de trabajo es el vapor de agua y otro cuyo fluido de trabajo es un gas producto de
una combustión o quema.1 En la propulsión de buques se denomina ciclo combinado al sistema de propulsión
COGAS.
Una central de ciclo combinado es una
central eléctrica en la que la energía térmica
del combustible se transforma en electricidad
mediante dos ciclos termodinámicos: el
correspondiente a una turbina de gas,
generalmente gas natural, mediante
combustión (ciclo Brayton) y el convencional
de agua/turbina de vapor (ciclo de Rankine).
• Una variante del ciclo combinado de
contrapresión clásico es el ciclo
combinado a condensación, que se realiza
en procesos estrictamente cogenératelos.
Se basa en una gran capacidad de
regulación ante demandas de vapor muy
variables.
• El proceso clásico de regulación de una
planta de cogeneración consiste en
evacuar gases a través del bypass cuando
la demanda de vapor es menor a la
producción y utilizar la postcombustión
cuando sucede lo contrario.
7. El ciclo Brayton, también conocido como ciclo Joule o ciclo Froude, es un ciclo termodinámico consistente, en su
forma más sencilla, en una etapa de compresión adiabática, una etapa de calentamiento isobárico y una expansión
adiabática de un fluido termodinámico compresible. Es uno de los ciclos termodinámicos de más amplia
aplicación, al ser la base del motor de turbina de gas, por lo que el producto del ciclo puede ir desde un trabajo
mecánico que se emplee para la producción de electricidad en los quemadores de gas natural o algún otro
aprovechamiento –caso de las industrias de generación eléctrica y de algunos motores terrestres o marinos,
respectivamente–, hasta la generación de un empuje en un aerorreactor.
En el ciclo Brayton, como en la mayoría de
los ciclos termodinámicos, es necesario
distinguir el ciclo termodinámico en sí
mismo de su aplicación tecnológica. Como
ocurre en algunos otros motores térmicos,
los motores basados en el ciclo Brayton han
presentado diferentes soluciones formales,
que básicamente se pueden reducir a los
motores Brayton de pistones, de
funcionamiento parecido a los modernos
motores Diesel y gasolina, y que hoy en día
apenas existen salvo en museos, y los
motores Brayton de flujo continuo, en los
que, a diferencia de los motores de
pistones, la admisión del fluido
termodinámico es continua, y que son la
base de la turbina de gas.
El ciclo Brayton aparece por primera vez asociado
a la patente de una máquina de gas del inventor
inglés John Barber, en 1791. Formalmente, el
motor de Barber podría ser clasificado como de
flujo discontinuo, si bien su rudimentario sistema
de compresión, incapaz de alcanzar siquiera las 2
atmósferas de presión, y las elevadísimas
pérdidas de calor asociadas al sistema de
calentamiento, así como las complicaciones
asociadas al emplear aire en vez de vapor de
agua, hicieron que el motor fracasara
estrepitosamente frente a la mucho más eficaz
máquina de vapor de James Watt. Del mismo
modo en que ocurrió con otros motores de la
época, como el motor Stirling, la idea de Barber
cayó en el olvido.
En la actualidad, el ciclo Brayton se asocia al
motor de turbina de gas, si bien Brayton jamás
diseñó otra cosa que un motor de pistones.
Aunque el fluido termodinámico sufre los
mismos procesos que aquellos a los que se
sometía en su versión de motor de pistones, la
turbina de gas presenta la característica
diferencial de que es un motor de flujo
continuo. Ello implica que el fluido,
habitualmente aire, es continuamente
admitido y continuamente expulsado del
motor, a diferencia de los motores de
pistones, en los que la admisión y la expulsión
es intermitente.
En estos dispositivos, la compresión venía seguida de una
combustión interna en una rudimentaria cámara de
combustión, en la que se añadía combustible al aire
comprimido para quemarlo, y la expansión se desarrollaba
en una turbina, produciéndose un trabajo mecánico parte del
cual se empleaba en accionar el compresor, y la remanente
en accionar un generador eléctrico o algún otro dispositivo
que requiriese trabajo mecánico.