Maquinas de combustion externas

67.23/37 – UBA – Ing. O. Jaimovich

Capítulo 17 Máquinas de combustión externa 1. Generalidades: Son aquellos conversores que utilizan también la entalpía de un fluido que evoluciona en su interior, pero el cual recibe calor desde una fuente externa, o lo que equivale, de una combustión que se realiza fuera del seno del fluido que evoluciona, o bien, desde otro vector energético. Losconversores que se pueden utilizar en este caso son las máquinas alternativas y las máquinas rotativas. En ambos casos, los sistemas mecánicos básicos resultan similares a los de los correspondientes a la máquinas de combustión interna; es decir que en el caso de las alternativas el trasductor básico es el mismo sistema de pistón y cilindro, vinculado cinemáticamente con el cigüeñal por medio de una bielaentera o partida. y en el caso de las rotativas, se trata de turbomáquinas similares a las de gas, de las cuales se diferencian por no requerir el generador de gases (conjunto compresor – cámara de combustión – turbina de alta). 2. Ciclos de vapor: Se pueden entender los ciclos de las máquinas de combustión externa a partir del siguiente esquema:
VAPOR MÁQUINA DE EXPANSIÓN (M.C.E.)

1

QEGENERADOR DE VAPOR

A.L M
CONDENSADOR

5
BOMBA DE CIRCULACIÓN CONDENSADO (AGUA)

2

QC

3 4

A.L B que corresponde al ciclo ideal de Rankine, cuyo diagrama p-v es: p
5 4

Qe

1

ALB
3 2

ALM

QC Capítulo 17

v

1

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De acuerdo a esto, el ciclo se puede interpretar por ejemplo con el fluido de trabajo, vapor de agua en este caso,comenzando en el punto 1, en las condiciones de salida del generador de vapor, es decir con la máxima entalpía. Para el análisis elemental se consideran nulas las pérdidas de calor y de carga en las cañerías, por lo que esas son las mismas condiciones con las que entra en la máquina de expansión (M.C.E.), en la cual produce trabajo mecánico a expensas de su entalpía, hasta un valor tal como elcorrespondiente a las condiciones del pto. 2, a la salida de la máquina de expansión. Con esas condiciones entra al condensador, en el cual cede su calor remanente al medio (fuente fría) y cambia de estado pasando a la fase líquida, en las condiciones del punto 3. En esas condiciones es tomado por la bomba, la que eleva la presión del agua hasta el valor correspondiente al pto. 4, con que entra algenerador de vapor. Allí recibe calor de la fuente caliente elevando su temperatura primero (pto. 5) y luego, cambiando de estado hasta las condiciones del punto 1 con la que vuelve a iniciar el ciclo. De igual forma, se puede ver que en las evoluciones 4-5 y 5-1 se le entrega calor al sistema (Qe); en la evolución 1-2 el sistema entrega trabajo al medio (ALM); en la evolución 2-3 el sistema cedecalor remanente al medio (QC) y finalmente, en la evolución 3-4 se le entrega trabajo al sistema (ALB).
Q e = h1 − h 4 ; Q c = h 2 − h 3 entonces queda : η = AL U (h1 − h 2 ) − (h 4 − h3 ) h − h3 = =1− 2 Qe h1 − h 4 h1 − h 4 ; AL M = h1 − h 2 ; AL B = h 4 − h 3 y como AL U = ALM − AL B

En los otros diagramas de estado el ciclo ideal de Rankine se representa: T
5 4 3 2 1

H
1 4 5 2 3

S

SPuede apreciarse que al entrar el vapor en el estado saturado seco en la máquina de expansión (MCE), cualquiera sea la evolución adiabática que siga, es muy probable que al finalizar la misma (punto 2) su estado sea de vapor húmedo, es decir, se represente dentro de la campana de cambio de estado, con lo cual se irá formando agua líquida en el interior de dicha máquina, y si es de tipoalternativo como las originales, al ser el agua prácticamente incompresible, puede sobrevenir un problema al legar el pistón al punto muerto interior. Es por ello que se prefirió partir de un vapor en estado sobrecalentado, es decir, al que se le sigue aumentando la entalpía luego de alcanzar el estado de saturado seco, calentándolo más. Con ello, además de eliminar el riesgo de condensación en el...