Fundamentos de Sistemas Térmicos, Tratamiento de Fluidos y Componentes Mecánicos

Sistemas de Acondicionamiento y Tratamiento de Fluidos

Efecto del Enfriamiento en Sistemas de Acondicionamiento y su Corrección

Pregunta: ¿Qué efecto no deseado produce el enfriamiento en un sistema de acondicionamiento y cómo se corrige?

Respuesta: Al enfriar el aire, se produce un aumento de la humedad relativa (HR) hasta alcanzar la zona de saturación (HR = 100%). Posteriormente, se subenfría el aire, eliminando el exceso de humedad en forma de condensación.

Tratamiento del Agua para Consumo Humano

Pregunta: ¿Qué tratamiento debe llevarse a cabo en el agua para que sea apta para el consumo humano?

Respuesta: Debido a la acidez que adquiere el agua de los evaporadores, se deben realizar en ella los siguientes tratamientos:

• Remineralización y corrección de pH (Potabilización)
• Desinfección

Este tratamiento debe realizarse entre la producción y el almacenamiento. No obstante, en el caso de la desinfección, es conveniente efectuar un tratamiento adicional antes de su distribución.

Función de la Voluta en Bombas Centrífugas

Pregunta: ¿Cuál es la función de la voluta en una bomba centrífuga?

Respuesta: La voluta es un componente crucial que actúa como un transformador de energía. Su diseño en forma de espiral recoge el fluido descargado por el impulsor y frena gradualmente su velocidad, convirtiendo la energía cinética (velocidad) en energía de presión.

Destilación de Agua de Mar con Calores Residuales

Pregunta: Explicar el proceso para destilar agua de mar calentándola utilizando calores residuales.

Respuesta: La destilación de agua de mar mediante calores residuales se puede lograr principalmente de dos maneras:

• Los evaporadores de presión (o de efectos múltiples con vapor) destilan el agua de mar a presiones superiores a la atmosférica. Estos sistemas suelen requerir vapor vivo (producido directamente para este fin) como medio calefactor primario, aunque pueden integrar calores residuales en etapas de precalentamiento.
• Los evaporadores de vacío (o de baja temperatura) son más adecuados para el uso directo de calores residuales. Utilizan el principio de que el agua, sometida a una presión inferior a la atmosférica, hierve a una temperatura significativamente inferior a 100 °C. Esto permite aprovechar eficazmente el calor residual de baja temperatura procedente de diversas fuentes, como los circuitos de refrigeración de los motores (agua de camisas) y/o los circuitos de purgas de vapor.

Definiciones Fundamentales en Termodinámica del Aire Húmedo

Temperatura de bulbo seco (TBS)

Es la temperatura del aire medida con un termómetro convencional, cuyo bulbo está seco y protegido de la radiación directa de fuentes de calor.

Temperatura de bulbo húmedo (TBH)

Es la temperatura medida con un termómetro cuyo bulbo está recubierto con una mecha o tejido húmedo (generalmente con agua destilada) y expuesto a una corriente de aire. La evaporación del agua de la mecha enfría el bulbo, y la TBH es un indicador del potencial de enfriamiento por evaporación.

Punto de rocío (T_pr)

Es la temperatura a la cual el aire húmedo, enfriándose a presión y contenido de humedad constantes, alcanza la saturación (HR = 100%). Por debajo de esta temperatura, el exceso de vapor de agua comienza a condensarse en forma líquida.

Humedad relativa (HR)

Se expresa como el porcentaje de la relación entre la presión parcial del vapor de agua presente en el aire y la presión de saturación del vapor de agua a la misma temperatura. Indica cuán cerca está el aire de la saturación a una temperatura dada.

Dispositivos de Protección contra Sobrepresión

Diferencias entre Válvulas de Seguridad y Válvulas de Alivio

Las válvulas de seguridad están diseñadas para abrirse rápida y completamente (acción "pop") cuando la presión del sistema alcanza un valor predeterminado (presión de tarado). No se cierran hasta que la presión desciende a un valor seguro, notablemente por debajo de la presión de tarado (blowdown). Se utilizan primordialmente para fluidos compresibles como gases y vapores.

Las válvulas de alivio comienzan a abrirse progresivamente a medida que la presión del sistema se acerca a su valor de tarado y se abren en proporción a la sobrepresión existente. Cierran también de forma gradual a medida que la presión disminuye. Se emplean comúnmente para proteger sistemas que manejan líquidos (fluidos incompresibles).

La característica común fundamental es que ambas están diseñadas para aliviar la presión excesiva en un sistema, previniendo fallos catastróficos, daños a equipos o riesgos para el personal.

Combustibles y Procesos de Purificación

Problemáticas Asociadas al Combustible Pesado (Heavy Fuel Oil - HFO)

El uso de combustible pesado (HFO) en motores diésel marinos y plantas de energía presenta varios inconvenientes significativos:

• Calidad variable e inferior: Al ser un producto residual del proceso de refino del petróleo crudo, su composición y calidad pueden ser muy variables e inferiores en comparación con combustibles destilados más ligeros. Contiene una mayor proporción de impurezas.
• Necesidad de precalentamiento: Debido a su alta viscosidad a temperatura ambiente, es indispensable precalentarlo a temperaturas elevadas (típicamente entre 120°C y 150°C, dependiendo de su grado específico) para reducir su viscosidad y asegurar una correcta atomización en los inyectores y una combustión eficiente.
• Mayor emisión de contaminantes: Su combustión genera una cantidad significativamente mayor de sustancias contaminantes atmosféricas, incluyendo óxidos de azufre (SOx, debido a su alto contenido de azufre), óxidos de nitrógeno (NOx), material particulado (PM), hidrocarburos no quemados y metales pesados (como vanadio y níquel).
• Presencia de impurezas y sedimentos: Frecuentemente contiene un alto porcentaje de asfaltenos, agua, catalizadores finos (cat fines) procedentes del refino, y otros sedimentos y componentes no combustibles (a veces denominados genéricamente "chapapote" o lodos). Estas impurezas pueden causar obstrucciones, corrosión, desgaste abrasivo severo en los sistemas de tratamiento de combustible, bombas, inyectores y componentes del motor si no se eliminan o reducen adecuadamente mediante purificadoras y filtros.

Procesos de Separación: Coalescencia y Floculación

Coalescencia

Es el proceso físico por el cual dos o más gotas, burbujas o partículas dispersas en una fase fluida continua se unen al entrar en contacto, formando una entidad única de mayor tamaño. Este fenómeno es fundamental en separadores de agua-aceite y filtros coalescentes, donde se promueve la unión de pequeñas gotas de agua o aceite para facilitar su separación por gravedad.

Floculación

Es un proceso fisicoquímico mediante el cual partículas coloidales o finamente suspendidas en un líquido se aglomeran para formar agregados más grandes y porosos llamados flóculos. Este proceso se induce a menudo mediante la adición de agentes químicos (floculantes) que neutralizan las cargas superficiales de las partículas o forman puentes entre ellas. La formación de flóculos facilita su posterior separación del líquido por métodos como la sedimentación (decantación), flotación o filtración. Es un paso clave en el tratamiento de aguas residuales y potabilización.