INFORME DE ENERGÍA

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA

«Una Universidad joven Formando líderes para el desarrollo de la Región y el País»

DATOS PERSON

ALES

NOMBRES:

CURSO:

PROFESOR:

CICLO:

CHÁVEZ ESPINOZA JORGE

PONTE GOICOCHEA SCHNEIDER

VILLANUEVA GAVIDIA JORGEINGENIERIA DE LA ENERGÍA

NEIL

IV

NVO. CHIMBOTE - 2013



MÁQUINAS TÉRMICAS

I. DEFINICIÓN

Una máquina térmica es un dispositivo cuyo objetivo es convertir calor en trabajo. Para ello utiliza de una sustancia de trabajo (vapor de agua, aire, gasolina) que realiza una serie de transformaciones termodinámicas de forma cíclica, para que la máquina pueda funcionar de forma continua. A través de dichas transformaciones la sustancia absorbe calor (normalmente, de un foco térmico) que transforma en trabajo.

El desarrollo de la Termodinámica y más en concreto del Segundo Principio vino motivado por la necesidad de aumentar la cantidad de trabajo producido para una determinada cantidad de calor absorbido. De forma empírica, se llega así al primer enunciado del Segundo Principio:

Enunciado de Kelvin-Planck

No es posible ninguna transformación cíclica que transforme íntegramente el calor absorbido en trabajo.

Este enunciado implica que la cantidad de energía que no ha podido ser transformada en trabajo debe cederse en forma de calor a otro foco térmico, es decir, una máquina debe trabajar al menos entre dos focos térmicos. El esquema más sencillo de funcionamiento es entonces el siguiente:

Absorbe una cantidad de calor Q1 de un foco caliente a una temperatura T1

Produce una cantidad de trabajo W Cede una cantidad de calor Q2 a un foco frío a una temperatura T2



Como la máquina debe trabajar en ciclos, la variación de energía interna es nula. Aplicando la Primera Ley, el trabajo producido se puede expresar:

II. POTENCIA DE UNA MÁQUINA TÉRMICA

En general, se define Potencia (P) como el trabajo dividido por el tiempo, en caso de las máquinas corresponde entonces al trabajo producido en un segundo. En el S.I. de Unidades se mide en Watts (J/s)

III. RENDIMIENTO (η)

El objetivo de una máquina es aumentar la relación entre el trabajo producido y el calor absorbido; se define pues el rendimiento como el cociente entre ambos. Si tenemos en cuenta la limitación impuesta por enunciado de Kelvin-Planck, el trabajo es siempre menor que el calor absorbido con lo que el rendimiento siempre será menor que uno:

Habitualmente se expresa el rendimiento en porcentaje, multiplicando el valor anterior por cien. Para las máquinas más comunes este rendimiento se encuentra en torno al 20%.

Usando la expresión anterior del trabajo, el rendimiento se puede calcular también como:



IV. MÁQUINA DE VAPOR

Una máquina de vapor es un motor de combustión externa que transforma la energía térmica de una cantidad de agua en energía mecánica. En esencia, el ciclo de trabajo se realiza en dos etapas:

1.-Se genera vapor de agua en una caldera cerrada por calentamiento, lo cual produce la expansión del volumen de un cilindro empujando un pistón. Mediante un mecanismo de biela - manivela, el movimiento lineal alternativo del pistón del cilindro se transforma en un movimiento de rotación que acciona, por ejemplo, las ruedas de una locomotora o el rotor de un generador eléctrico. Una vez alcanzado el final de carrera el émbolo retorna a su posición inicial y expulsa el vapor de agua utilizando la energía cinética de un volante de inercia.

2.-El vapor a presión se controla mediante una serie de válvulas de entrada y salida que regulan la renovación de la carga; es decir, los flujos del vapor hacia y desde el cilindro.

El motor o máquina de vapor se utilizó extensamente durante la Revolución Industrial, en cuyo desarrollo tuvo un papel relevante para mover máquinas y aparatos tan diversos como bombas, locomotoras, motores marinos, etc. Las modernas máquinas de vapor utilizadas en la generación de energía eléctrica no son ya de émbolo o desplazamiento positivo como las descritas, sino que son turbo máquinas; es decir, son atravesadas por un flujo continuo de vapor y reciben la denominación genérica de turbinas de vapor. En la actualidad la máquina de vapor alternativa es un motor muy poco usado salvo para servicios auxiliares, ya que se ha visto desplazado especialmente por el motor eléctrico en la maquinaria industrial y por el motor de combustión interna en el transporte.



V. TURBINA DE VAPOR

Una turbina de vapor es una turbomáquina motora, que transforma la energía de un flujo de vapor en energía mecánica a través de un intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido de trabajo (entiéndase el vapor) y el rodete, órgano principal de la turbina, que cuenta con palas o álabes los cuales tienen una forma particular para poder realizar el intercambio energético. Las turbinas de vapor están presentes en diversos ciclos de potencia que utilizan un fluido que pueda cambiar de fase, entre éstos el más importante es el Ciclo Rankine, el cual genera el vapor en una caldera, de la cual sale en unas condiciones de elevada temperatura y presión. En la turbina se transforma la energía interna del vapor en energía mecánica que, típicamente, es aprovechada por un generador para producir electricidad. En una turbina se pueden distinguir dos partes, el rotor y el estátor. El rotor está formado por ruedas de álabes unidas al eje y que constituyen la parte móvil de la turbina. El estátor también está formado por álabes, no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina.El término turbina de vapor es muy utilizado para referirse a una máquina motora la cual cuenta con un conjunto de turbinas para transformar la energía del vapor, también al conjunto del rodete y los álabes directores.



VI. MOTOR DE EXPLOSIÓN

Un motor de explosión es un tipo de motor de combustión interna que utiliza la explosión de un combustible, provocada mediante una chispa, para expandir un gas empujando así un pistón. Hay de dos y de cuatro tiempos. El ciclo termodinámico utilizado es conocido como Ciclo Otto.

Este motor, también llamado motor de gasolina o motor Otto, es junto al motor diésel, el más utilizado hoy en día para mover vehículos autónomos de transporte de mercancías y personas.

Motor Otto de ciclo convencional Motor de ciclo Miller Motor de mezcla pobre

VI.1. Funcionamiento convencional (4 tiempos)

El combustible se inyecta pulverizado y mezclado con el gas (habitualmente aire u oxígeno) dentro de un cilindro. La combustión total de 1 gramo de gasolina se realizaría teóricamente con 14,8 gramos de aire pero como es imposible realizar una mezcla perfectamente homogénea de ambos elementos se suele introducir un 10% más de aire del necesario (relación en peso 1/16), a veces se suele inyectar más o menos combustible, esto lo determina la sonda lambda (o sonda de oxígeno) la cual envía una señal a la ECU. Una vez dentro del cilindro la mezcla es comprimida. Al llegar al punto de máxima compresión (punto muerto superior o P.M.S.) se hace saltar una chispa, producida por una bujía, que genera la explosión del combustible. Los gases encerrados en el cilindro se expanden empujando un pistón que se desliza dentro del cilindro (expansión teóricamente adiabática de los gases). La energía liberada en esta explosión es transformada en movimiento lineal del pistón, el cual, a través de una biela y el cigüeñal, es convertido en movimiento giratorio. La inercia de este movimiento giratorio hace que el motor no se detenga y que el pistón vuelva a empujar el gas, expulsándolo por la válvula correspondiente, ahora abierta. Por último el pistón retrocede de nuevo permitiendo la entrada de una nueva mezcla de combustible. (Ver Figura)



VII. MOTOR DE REACCIÓN

Un motor de reacción, reactor o jet (del inglés jet engine), es un tipo de motor que descarga un chorro de fluido a gran velocidad para generar un empuje de acuerdo a las Leyes de Newton. Esta definición generalizada del motor de reacción incluye turborreactores, turbofanes, cohetes, estatorreactores y motores de agua, pero, en su uso común, el término se refiere generalmente a una turbina de gas utilizada para producir un chorro de gases para propósitos de propulsión.



MÁQUINAS ELÉCTRICAS

I. DEFINICIÓN Una máquina eléctrica es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en otra energía, o bien, en energía eléctrica pero con una presentación distinta, pasando esta energía por una etapa de almacenamiento en un campo magnético. Se clasifican en tres grandes grupos:

Generadores. Motores. Transformadores.

Los generadores transforman energía mecánica en eléctrica, y lo inverso sucede en los motores.

El motor se puede clasificar en motor de corriente continua o motor de corriente alterna.

Los transformadores y convertidores conservan la forma de la energía pero transforman sus características.

Una máquina eléctrica tiene un circuito magnético y dos circuitos eléctricos. Normalmente uno de los circuitos eléctricos se llama excitación, porque al ser recorrido por una corriente eléctrica produce las ampervueltas necesarias para crear el flujo establecido en el conjunto de la máquina.

Desde una visión mecánica, las máquinas eléctricas se pueden clasificar en:

Rotativas (Generadores y Motores). Estáticas (Transformadores).



Las máquinas rotativas están provistas de partes giratorias, como las dinamos, alternadores, motores. Las máquinas estáticas no disponen de partes móviles, como los transformadores. Para el estudio a realizar a continuación se clasificaran las máquinas como lo anteriormente visto: rotativas y estáticas.

II. POTENCIA

La potencia de una máquina eléctrica es la energía desarrollada en la unidad de tiempo. La potencia de un motor es la que se suministra por su eje. Una dinamo absorbe energía mecánica y suministra energía eléctrica, y un motor absorbe energía eléctrica y suministra energía mecánica.La potencia que da una máquina en un instante determinado depende de las condiciones externas a ella; en una dinamo del circuito exterior de utilización y en un motor de la resistencia mecánica de los mecanismos que mueve.

Entre todos los valores de potencia posibles hay uno que da las características de la máquina, es la potencia nominal, que se define como la que puede suministrar sin que la temperatura llegue a los límites admitidos por los materiales aislantes empleados. Cuando la máquina trabaja en esta potencia se dice que está a plena carga. Cuando una máquina trabaja durante breves instantes a una potencia superior a la nominal se dice que está trabajando en sobrecarga.

III. CLASIFICACIÓN SEGÚN EL SERVICIO

Es importante conocer la clase de servicio a la que estará sometida una máquina:

Servicio continuo: Corresponde a una carga constante durante un tiempo suficientemente largo como para que la temperatura llegue a estabilizarse.

Servicio continuo variable: Se da en máquinas que trabajan constantemente pero en las que el régimen de carga varía de un momento a otro.

Servicio intermitente: Los tiempos de trabajo están separados por tiempos de reposo. Factor de marcha es la relación entre el tiempo de trabajo y la duración total del ciclo de trabajo.

Servicio unihorario: La máquina está una hora en marcha a un régimen constante superior al continuo, pero no llega a alcanzar la temperatura que



ponga en peligro los materiales aislantes. La temperatura no llega a estabilizarse.

IV. RENDIMIENTO

De manera general, se define como la relación entre la potencia útil y la potencia absorbida expresada en %.

V. TRANSFORMADOR ELÉCTRICO

Hace algo más de un siglo que se inventó el Transformador. Este dispositivo ha hecho posible la distribución de energía eléctrica a todos los hogares, industrias, etc. Si no fuera por el transformador tendría que acortarse la distancia que separa a los generadores de electricidad de los consumidores.

Se denomina transformador a un dispositivo electromagnético (eléctrico y magnético) que permite aumentar o disminuir el voltaje y la intensidad de una corriente alterna de forma tal que su producto permanezca constante (ya que la potencia que se entrega a la entrada de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, tiene que ser igual a la que se obtiene a la salida). Ojo no hay transformadores de corriente continua . Como la mejor forma de transportar la corriente eléctrica es en alta tensión, pero después hay



que disminuirla hasta 220V al llegar a las viviendas, solo es posible transportar la corriente en c.a. ya que existen transformadores. Nunca se transporta en c.c..

Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce. Este conjunto de vueltas se denominan: Bobina primaria o "primario" a aquella que recibe el voltaje de entrada y Bobina secundaria o Secundario" a aquella que entrega el voltaje transformado.

La representación esquemática del transformador es la siguiente:

La Bobina primaria recibe un voltaje alterno que hará circular, por ella, una corriente alterna.

- Esta corriente inducirá un flujo magnético en el núcleo de hierro

- Como el bobinado secundario está arrollado sobre el mismo núcleo de hierro, el flujo magnético circulará a través de las espiras de éste.

- Al haber un flujo magnético que atraviesa las espiras del "Secundario", se generará por el alambre del secundario un voltaje Habría una corriente si hay una carga (el secundario está conectado a una resistencia por ejemplo)



La razón de la transformación del voltaje entre el bobinado "Primario" y el "Secundario" depende del número de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de voltaje.

La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) .

Un transformador puede ser "elevador o reductor" dependiendo del número de espiras de cada bobinado.

Cuando el secundario tiene un mayor número de vueltas que el primario, el voltaje en aquel es mayor que en el primario y, por consiguiente, el transformador aumenta el voltaje. Cuando el secundario tiene un número menor de vueltas que el primario, el transformador reduce el voltaje. Sin importar cuál sea el caso, la relación siempre se da en términos del voltaje en el primario, el cual puede aumentarse o reducirse en el devanado secundario.

Estos cálculos solo son válidos para transformadores con núcleo de hierro donde el acoplamiento es unitario. Los transformadores con núcleo de aire para circuitos de RF son, en general, sintonizados para resonancia. En este caso, se considera el factor de resonancia en lugar de la relación de vueltas.

Si se supone que el transformador es ideal (la potencia que se le entrega es igual a la que se obtiene de él), o sea, se desprecian las pérdidas por calor y otras, entonces:

Potencia de entrada (Pi) = Potencia de salida (Ps).Pi = Ps

Si tenemos los datos de corriente y voltaje de un dispositivo, se puede averiguar su potencia usando la siguiente fórmula.



Potencia (P) = Voltaje (V) x corriente (I)P = V x I (watts)

Así, para conocer la corriente en el secundario cuando tengo la corriente Ip (corriente en el primario), Np (espiras en el primario) y Ns (espiras en el secundario) se utiliza siguiente fórmula:

Is = Np x Ip / Ns o Bién

Is/Ip = Np/Ns

V.1.TIPOSV.1.1. Transformadores Secos Encapsulados en Resina Epoxi.

Descripción:

Se utilizan en interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, en lugares donde los espacios reducidos y los requerimientos de seguridad en caso de incendio imposibilitan la utilización de



transformadores refrigerados en aceite. Son de aplicación en grandes edificios, hospitales, industrias, minería, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica.

Características Generales:

Su principal característica es que son refrigerados en aire con aislamiento clase F, utilizándose resina epoxi como medio de protección de los arrollamientos, siendo innecesario cualquier mantenimiento posterior a la instalación. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 2500 kVA, tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.

V.1.2. El transformador de núcleo distribuido.

Descripción:

Tiene un núcleo central y cuatro ramas exteriores. Se denomina transformadores de distribución, generalmente los transformadores de potencias iguales o inferiores a 500 kVA y de tensiones iguales o inferiores a 67 000 V, tanto monofásicos como trifásicos. Aunque la mayoría de tales unidades están proyectadas para montaje sobre postes, algunos de los tamaños de potencia superiores, por encima de las clases de 18 kV, se construyen para montaje en estaciones o en plataformas. Las aplicaciones típicas son para alimentar a granjas, residencias, edificios o almacenes públicos, talleres y centros comerciales.

V.1.3. El transformador de núcleo arrollado.

Descripción:

El núcleo consiste en una tira de hierro arrollado en forma de espiral en torno a una bobina preformada.

Los transformadores se pueden refrigerar con circulación natural o forzada de aire, pero su tensión nominal viene limitada por la baja rigidez dieléctrica del aire. El aire (o el Askerol o Pyranol) sirve tanto para aislante como para refrigerante. Los transformadores se pueden refrigerar mediante circulación natural o forzada en aceite. Para aumentar la superficie disipadora del calor, se sueldan los tubos de la cubierta o se



empernan radiadores a ella. Para gobernar la tensión y la fase, algunos transformadores están equipados de mecanismos de tomas variables. Cuando se eleva la temperatura del transformador a causa de la carga, el aire o gas que se halle dentro del transformador se dilata y es expulsado; cuando se enfría el transformador, se contrae el aire o gas y penetra aire del exterior que contiene oxígeno y humedad. A este efecto se le da el nombre de respiración. La humedad y el oxígeno deterioran el sistema y ensucian el aceite. Para evitar esto, se emplea nitrógeno y un respirador elimina el oxígeno y la humedad del aire que penetra. Un pequeño tanque de expansión, llamado conservador, montado sobre la cubierta del transformador, reduce mucho la superficie del aceite expuesta al gas.

V.1.4. Los transformadores Auto Protegidos.

Aplicaciones

El transformador incorpora componentes para protección del sistema de distribución contra sobrecargas, corto-circuitos en la red secundaria y fallas internas en el transformador, para esto posee fusibles de alta tensión y disyuntor de baja tensión, montados internamente en el tanque, fusibles de alta tensión y disyuntor de baja tensión. Para protección contra sobretensiones el transformador está provisto de dispositivo para fijación de pararrayos externos en el tanque.

Características

Potencia: 45 a 150KVA

Alta Tensión: 15 o 24,2KV

Baja Tensión: 380/220 o 220/127V

V.1.5. El transformador de núcleo.

Descripción:

Los devanados rodean al núcleo. Éste está constituido por láminas rectangulares o en forma de L que se ensamblan y solapan alternativamente en capas adyacentes.



En los transformadores trifásico de núcleo hay tres núcleos unidos por sus partes superior e inferior mediante un yugo y sobre cada núcleo se devanan el primario y el secundario de cada fase. Este dispositivo es posible porque, en todo momento, la suma de los flujos es nula. Invirtiendo las conexiones de las bobinas centrales en el transformador trifásico acorazado, las secciones de los núcleos entre las ventanas es igual al valor que se obtendría sin invertir las conexiones, divididas por raíz de 3. El transformador trifásico más compacto y ligero que los tres transformadores monofásicos equivalentes, pero disminuye la flexibilidad del sistema. En un auto transformador, parte del devanado es común a primario y secundario. Tan solo se transforma una parte de la potencia, yendo la restante de la carga por conducción. Cuando la razón de transformación es próxima a la unidad o es pequeña, se ahorra mucho material y pérdidas adoptando este sistema en vez del transformador clásico aparente.

V.1.6. Los transformadores Rurales

Descripción:

Están diseñados para instalación monoposte en redes de electrificación suburbanas monofilares, bifilares y trifilares, de 7.6, 13.2 y 15 kV.En redes trifilares se pueden utilizar transformadores trifásicos o como alternativa 3 monofásicos.

V.1.7. Los transformadores Herméticos de Llenado Integral,

Descripción:

Se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, siendo muy útiles en lugares donde los espacios son reducidos. Son de aplicación en zonas urbanas, industrias, minería, explotaciones petroleras, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica.

Características Generales:

Su principal característica es que al no llevar tanque de expansión de aceite no necesita mantenimiento, siendo esta construcción más



compacta que la tradicional. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 1000 kVA, tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.

VI. GENERADOR ELÉCTRICO

Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estátor). Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (F.E.M.). Este sistema está basado en la ley de Faraday.Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en un generador simple de una sola fase. La mayoría de los generadores de corriente alterna son de tres fases.El proceso inverso sería el realizado por un motor eléctrico, que transforma energía eléctrica en mecánica.

VI.1. SISTEMAS DE GENERACIÓN

No sólo es posible obtener una corriente eléctrica a partir de energía mecánica de rotación sino que es posible hacerlo con cualquier otro tipo de energía como punto de partida. Desde este punto de vista más amplio, los generadores se clasifican en dos tipos fundamentales:Primarios: Convierten en energía eléctrica la energía de otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente, como alternadores, dinamos, etc.

Secundarios: Entregan una parte de la energía eléctrica que han recibido previamente, es decir, en primer lugar reciben energía de una corriente eléctrica y la almacenan en forma de alguna clase de energía. Posteriormente, transforman nuevamente la energía almacenada en energía eléctrica. Un ejemplo son las pilas o baterías recargables.

Se agruparán los dispositivos concretos conforme al proceso físico que les sirve de fundamento.



VII. MOTOR ELÉCTRICO

El motor eléctrico es aquel motor que transforma la energía eléctrica en energía mecánica, por medio de la repulsión que presenta un objeto metálico cargado eléctricamente ante un imán permanente. Son máquinas eléctricas rotatorias.

Algunos de los motores eléctricos son reversibles, ya que pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras o en automóviles híbridos realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos regenerativos.

Son muy utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.

VII.1. VENTAJAS

A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos. Se pueden construir de cualquier tamaño y forma, siempre que el

voltaje lo permita. Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente

constante. Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 75%,

aumentando a medida que se incrementa la potencia de la máquina).



Este tipo de motores no emite contaminantes, aunque en la generación de energía eléctrica de la mayoría de las redes de suministro sí emiten contaminantes.

No necesita de refrigeración ni ventilación forzada, están autoventilados.

No necesita de transmisión/marchas.

MAQUINAS MECANICAS

Las máquinas mecánicas transforman la energía en trabajo, o de otra manera dicho, consiguen trabajo útil a partir de las fuentes energéticas (en acto, como flujos, o almacenados como energía potencial).



Muchos imaginan que una maquina es un artefacto complicado con cientos de partes móviles, accionado por un motor o por electricidad. Pero herramientas tan simples como un martillo y un destornillador son máquinas.

Máquina debe ser considerada cualquier objeto que permite efectuar un trabajo con menos esfuerzo que si lo hiciéramos con solo el propio cuerpo.

Máquinas muy conocidas son las “máquinas simples” que son elementos básicos como la palanca, el plano inclinado, la cuña (tipo de plano inclinado), el tornillo, el torno y la polea.

Cuando se habla de esfuerzo y trabajo, se habla de un objeto que se mueve si se tira de él, o se empuja por algún medio. El trabajo es cuando una fuerza produce el movimiento de un cuerpo. Para efectuar trabajo se debe aplicar una fuerza continua mayor que la fuerza del cuerpo resistente, que podría ser la gravedad, fricción, inercia, que podrían impedir el movimiento.

El trabajo mecánico es una forma de energía, no puede ser destruido ni creado de la nada, una máquina simple no tiene energía propia y no puede efectuar trabajo por sí misma. Solo lo realizará sobre otro objeto si trabajamos con ella.

Plano Inclinado:

Es un operador formado por una superficie plana que forma un ángulo oblicuo con la horizontal.

En la superficie lisa un extremo es más alto que el otro.

Las rampas que forman montañas y colinas son planos inclinados, por tanto este operador también se encuentra presente en la naturaleza, se puede usar esta máquina para mover un objeto de un lugar bajo a uno más alto o viceversa.

De este operador derivan máquinas de gran utilidad práctica como: la cuña, hacha, sierra, cuchillo, rampa, escalera.

Las rampas se usan para reducir el esfuerzo necesario para elevar una masa, en accesos a garajes, carreteras, escaleras.

El tornillo es un derivado también y siempre trabaja asociado a un orificio roscado, se puede definir como un plano enrollado en un cilindro Palancas:



La palanca es un operador compuesto de una barra rígida que oscila sobre un eje, según los puntos en los que se aplique la potencia (fuerza que provoca el movimiento) y las posiciones relativas de eje y barra.

El esqueleto humano está formado por un conjunto de palancas cuyo punto de apoyo se encuentra en las articulaciones y la potencia en el punto de unión de los tendones con los huesos; es por tanto un operador presente en la naturaleza.

De este operador derivan multitud de máquinas muy empleadas por el ser humano, como tijeras, carretillas, pinzas, remos, etc.

Se pueden conseguir 3 tipos diferentes de palancas a los que se denomina: de primero, segundo y tercer género (o grado).

CLASIFICACIÓN

De primer grado:

El punto de apoyo está situado entre la fuerza aplicada y la resistencia; un ejemplo es la balanza romana.

De segundo grado:

El punto de apoyo se sitúa en un extremo de la barra, la fuerza se aplica en el otro extremo, y la fuerza resistente o carga en una posición intermedia; un ejemplo es el cascanueces.

De tercer grado:

El punto de apoyo se sitúa en un extremo de la barra, la fuerza resistente en el otro extremo, y la fuerza se aplica en una posición intermedia, un ejemplo es el martillo

Torno:

El resultado de la fuerza es mostrado girando una manivela acoplada a un eje, al girar este, describe un círculo completo, se podría emplear una rueda movida por una cuerda que se enrolla sobre su borde externo. Cuando se aplica la fuerza, y se gira la rueda una vuelta completa, el eje también cumple una revolución alzando una longitud de soga igual a la circunferencia, las



circunferencias del eje y la rueda están en proporción de sus radios, por lo tanto, cada una tiene una función, la del eje es el brazo de resistencia, y la de la rueda es el brazo de potencia.

Una rueda con dientes tallados en su contorno se llama “engranaje”, cuando se engranan varios dientes de otros engranajes, uno de ellos hace girar a los demás, esto cumple la misma función que un torno.

La ventaja mecánica de un par de engranajes depende del número de dientes de cada uno, esto se llama “relación de engranaje”. Si uno de 4 dientes se acopla a uno de 20, la relación es de 5 a 1, el menor gira 5 veces por cada revolución del mayor.

Mediante el engranaje sucede el cambio de dirección, velocidad, el arranque, y el alto. La ventaja de estos es que no se patinan, puesto que la transmisión es en los picos (dientes).

Poleas:

Este dispositivo mecánico se compone de una rueda que gira en torno a un eje y un canal que rodea su circunferencia, por la que pasa una cuerda, cadena, correa o cable.

Se emplea para arrastrar objetos pesados pues facilita la aplicación de la fuerza, a partir de sus distintos tipos se consiguen diferentes combinaciones en función de la actividad a la que es destinada.

Para todo sistema de poleas la ventaja mecánica es igual al número de sogas que soportan la carga, se podría recurrir a un sistema con 1000 poleas lo cual facilitaría la elevación de una carga sumamente pesada, pero también se debe buscar emplear algo simple, sencillo y práctico de usar, por lo que es recomendable no abusar de estas, solo las necesarias para emplear una fuerza determinante y un sistema eficiente en todos su aspectos.

Existen 3 tipos de poleas: fija, móvil y polipasto.



Móvil:

La polea está unida al objeto y puede moverse verticalmente a lo largo de la cuerda. De este modo la fuerza se multiplica, ya que la carga es soportada por ambos segmentos de cuerda (cuantas mas poleas móviles tenga un conjunto, menos esfuerzo se necesita para levantar un peso). La fuerza motriz que se emplea para alzar una carga es la mitad que la resistencia, aunque para ello se tenga que tirar de la cuerda el doble de la distancia.

Polipasto:

Esta clase de máquina también se llama “aparejo” y se utiliza para poder levantar grandes pesos mediante un esfuerzo moderado, se compone de u sistema de poleas fijas y móviles, con lo que se consigue efectos de los 2.

POLEAS:

Las poleas se emplean para transmitir movimientos o para elevar cargas, permiten obtener lo que se denomina una ventaja o ganancia mecánica. Este concepto es definido como: El cociente entre la fuerza de salida (peso, resistencia) y la de entrada (fuerza necesaria para levantar el cuerpo, esfuerzo).

Según el trabajo que se realice, se emplean combinaciones con diferentes poleas

Las cuñas se usan con distintos fines como ensamblar piezas de madera, cortar (cuchillos), separar o abrir (arado, hacha).

Fija:

Cuelga de un punto fijo y aunque no disminuye la fuerza ejercida, que es igual a la resistencia, facilita muchos trabajos. Simplemente permite una mejor posición para tirar de la cuerda, ya que cambia la dirección y el sentido de las fuerzas. Un ejemplo es un pozo



EQUIPOS TÉRMICOS

Intercambian calor, para lograr cambios de estado o generar energía eléctrica.

CALDERA

La caldera es una máquina o dispositivo de ingeniería diseñado para generar vapor. Este vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado líquido, se calienta y cambia su fase.

Según la ITC-MIE-AP01, caldera es todo aparato de presión donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor.

La caldera es un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas un set de intercambiadores de calor, en la cual se produce un cambio de fase. Además, es recipiente de presión, por lo cual es construida en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas.

Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, la caldera es muy utilizada en la industria, a fin de generarlo para aplicaciones como:

Esterilización (tindarización): era común encontrar calderas en los hospitales, las cuales generaban vapor para "esterilizar" el instrumental médico; también en los comedores, con capacidad industrial, se genera vapor para esterilizar los cubiertos, así como para elaborar alimentos en marmitas (antes se creyó que esta era una técnica de esterilización).

Para calentar otros fluidos, como por ejemplo, en la industria petrolera, donde el vapor es muy utilizado para calentar petróleos pesados y mejorar su fluidez.

Generar electricidad a través de un ciclo Rankine. La caldera es parte fundamental de las centrales termoeléctricas.

Es común la confusión entre caldera y generador de vapor, pero su diferencia es que el segundo genera vapor sobrecalentado.



Tipos de caldera

Acuotubulares: son aquellas calderas en las que el fluido de trabajo se desplaza por tubos durante su calentamiento. Son las más utilizadas en las centrales termoeléctricas, ya que permiten altas presiones a su salida y tienen gran capacidad de generación.

Pirotubulares: en este tipo, el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente atravesado por tubos, por los cuales circulan gases a alta temperatura, producto de un proceso de combustión. El agua se evapora al contacto con los tubos calientes productos a la circulación de los gases de escape.



RECALENTADOR

Un recalentador es un dispositivo instalado en una caldera que recibe vapor súper calentado que ha sido parcialmente expandido a través de la turbina. La función del recalentador en la caldera es la de volver a súper calentar este vapor a una temperatura deseada.

En el ciclo de Rankine el recalentador se coloca en la salida del generador de vapor para aumentar aun más la temperatura del vapor antes de ser introducido a la turbina con el fin de aumentar la eficiencia del ciclo, cierta cantidad de este vapor ya expandido en la turbina es utilizado en los calentadores de agua que pueden ser de tipo cerrado o abierto.

INTERCAMBIADOR DE CALOR

Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios, que estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de calefacción, refrigeración, acondicionamiento de aire, producción de energía y procesamiento químico.

Un intercambiador típico es el radiador del motor de un automóvil, en el que el fluido caloportador, calentado por la acción del motor, se enfría por la corriente de aire que fluye sobre él y, a su vez, reduce la temperatura del motor volviendo a circular en el interior del mismo.



CONDENSADOR

El condensador termodinámico es utilizado muchas veces en la industria de la refrigeración, el aire acondicionado o en la industria naval y en la producción de energía eléctrica, en centrales térmicas o nucleares.

La condensación se puede producir bien utilizando aire mediante el uso de un ventilador o con agua (esta última suele ser en circuito cerrado con torre de refrigeración, en un río o la mar). La condensación sirve para condensar el vapor, después de realizar un trabajo termodinámico; por ejemplo, una turbina de vapor o para condensar el vapor comprimido de un compresor de frío en un circuito frigorífico. Cabe la posibilidad de seguir enfriando ese fluido, obteniéndose líquido subenfriado en el caso del aire acondicionado.

Adopta diferentes formas según el fluido y el medio. En el caso de un sistema fluido/aire, está compuesto por uno tubo de diámetro constante que curva 180° cada cierta longitud y unas láminas, generalmente de aluminio, entre las que circula el aire.

Un condensador es un cambiador de calor latente que convierte el vapor (en estado gaseoso) en vapor en estado líquido, también conocido como fase de transición. El propósito es condensar la salida (o extractor) de vapor de la turbina de vapor para así obtener máxima eficiencia e igualmente obtener el vapor condensado en forma de agua pura de regreso a la caldera. Condensando el vapor del extractor de la turbina de vapor, la presión del extractor es reducida arriba de la presión atmosférica hasta debajo de la presión atmosférica, incrementando la caída de presión del vapor entre la entrada y la salida de la turbina de vapor. Esta reducción de la presión en el extractor de la turbina de vapor, genera más calor por unidad de masa de vapor entregado a la turbina de vapor, por conversión de poder mecánico.

INFORME DE ENERGÍA

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