Turbinas De Vapor

TURBINAS NAVALES

CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN

1.1. CONSIDERACIONES IMPORTANTES
La operación de todas las máquinas que están diseñadas para producir trabajo mecánico a partir de energía térmica están basadas en los principios fundamentales conocidos como La Primera y Segunda Ley de Termodinámica. Estas son brevemente discutidas aquí para proporcionar una base para el entendimiento de algunos delos aspectos más amplios del funcionamiento de la máquina, y en consecuencia de los arreglos para diseño. Estas leyes son engañosamente simples en su exposición, pero tienen extensas ramificaciones que su aplicación adecuada es esencial en casi todos los campos de la de ingeniería. La Primera Ley de la Termodinámica es una forma de la Ley de Conservación de la Energía. Esta puede sersencillamente declarada como sigue : Cuando una cantidad de energía de calor desaparece, una cantidad equivalente de energía química, eléctrica, o mecánica aparece. En este estudio nosotros solamente nos ocuparemos de la conversión de la energía térmica a energía mecánica. Esta ley fue resultado del trabajo hecho por Mayer, Joule, y Helmholtz. La Segunda Ley de la Termodinámica se refiere a la proporción deenergía de calor disponible la cual puede ser convertida en energía mecánica. Por ejemplo, la fracción más grande que una cantidad de energía de calor dada, puede hacerse desaparecer y después reaparecer en la forma de energía mecánica. La declaración original de Clausius de ésta ley fue como sigue: Es imposible construir una máquina que distribuya trabajo mecánico derivado solamente delenfriamiento de una fuente de calor simple si el calor no es cedido a un depósito a una temperatura más baja. Una reflexión en estas declaraciones establecerá que los requerimientos para producir energía mecánica a partir de energía térmica, son primero una fuente de calor; segundo, un dispositivo o máquina para convertir una parte de la energía térmica a trabajo mecánico; tercero, un depósito ( a menudollamado “recipiente de calor”) a una temperatura más baja que la fuente, para la cual el calor pueda fluir; y cuarto, un fluido de trabajo el cual proporcione los medios de transporte de la energía térmica desde una parte del sistema a otro. Es evidente que en la Segunda Ley, no importa que clase de máquina es utilizada, parte de la energía de calor puede nunca ser convertida a trabajo y debe de serregresada al recipiente. Consideraciones de ésta ley explican porqué la enorme energía térmica en la atmósfera, o en el océano, no ha sido utilizada. Accidentalmente, ésta ley nunca ha sido probada en su sentido riguroso, y ha estado sujeta a duda y crítica, por mentes capaces como Max Planck y muchos otros, pero nadie nunca ha demostrado su fracaso.
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ConsideracionesImportantes

1.2. EL CICLO DE CARNOT.
Una consecuencia importante de estas leyes fue desarrollada por Sadi Carnot, quien demostró que ninguna máquina que produce trabajo mecánico proveniente de calor puede ser más eficiente que la máquina ideal operando bajo el ciclo de Carnot, cuya eficiencia está dada como: Eficiencia (n)= Trabajo de salida Calor de entrada = T1 - T2 T1 =

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T2 T1

En laecuación, T1, es la temperatura absoluta media de calor de adición al fluido de trabajo desde la fuente; T2 es la temperatura absoluta media del calor residual desde el fluido de trabajo al recipiente. Note, que ésta expresión es independiente del tipo de máquina, la clase del fluido de trabajo, y la fuente de calor (ya sea combustión química o fisión nuclear) . n entonces representa la fracciónmáxima de calor generado el cual puede ser convertido a trabajo en cualquier ciclo para el cual T1 y T2 han sido establecidos. Como un ejemplo, permítanos computar la cantidad ideal de trabajo que puede ser obtenida desde una libra de combustible en una planta de vapor cuya temperatura media de calor de adición es 625°F y la cual pierde calor en un condensador a 85°F. Cada libra de combustible...