Sobrealimentación y Turbina de Gas: Principios y Funcionamiento

PRINCIPIOS DE LA SOBREALIMENTACION

Alimentación de carga fresca en el cilindro del motor a una presión superior a la atmosférica por medio de un compresor que aumenta la presión y con ello la masa de aire o mezcla introducida en el cilindro. Se emplea sobretodo en motores Diesel. Es el medio más eficaz de aumentar la potencia sin aumentar las dimensiones de los motores significativamente. Mejora el rendimiento térmico del motor si se aprovechan los gases de escape para accionar el compresor.

Medios para accionar el compresor:

• Compresor Roots: Accionamiento mecánico desde la correa de la distribución. Mejora la potencia pero no el rendimiento.
• Accionamiento eléctrico. Turbocompresor: Accionamiento mediante turbina de gas aprovechando la energía de salida de los gases de la combustión. Se llama Ciclo Regenerativo con Turbina de Gas.
• Accionamiento por distintas combinaciones de los anteriores. Un motor atmosférico de 400 Kw sobrealimentado puede aumentar su potencia hasta 750 Kw

TURBINA DE GAS DE CICLO ABIERTO

Máquina térmica de combustión interna rotativa que aprovecha la energía del combustible para realizar trabajo mecánico. Consta de compresor, cámara de combustión y turbina.

Funcionamiento:

El aire entra en el compresor que lo impulsa a elevada presión hacia la cámara de combustión donde se inyecta combustible que se quema a presión constante y produce un fuerte aumento de la temperatura y volumen del fluido. Parte del trabajo de flujo producido se expansiona a través del rotor de la turbina (trabajo útil). Otra parte del trabajo es absorbido por el compresor. Los gases después de la turbina salen al exterior donde terminan de expandirse.

Compresor:

Consta de rotor y de difusor. El rotor aumenta la energía cinética del aire. El difusor transforma esa energía cinética en presión. Puede ser axial o radial

Cámara de combustión:

Tiene forma tubular. En su inicio se encuentra el inyector que introduce el combustible pulverizado o en forma de vapor

Turbina:

Puede ser axial o radial. Las más utilizadas son las axiales. Una turbina elemental consta de un estátor (distribuidor) y un rotor. Los gases entran en el estátor a una velocidad y salen hacia el rotor a una velocidad mucho mayor. La energía cinética de los gases se transforma en energía mecánica en el rotor. Las axiales pueden ser de acción cuando la presión se transforma en Ec en el estator y de reacción cuando lo hace parte en el estator y parte en el rotor

Principio de funcionamiento de los circuitos frigoríficos:

Los ciclos de refrigeración y, por lo tanto, el de la bomba de calor funcionan según la máquina frigorífica de Carnot. El Ciclo inverso de Carnot es un ciclo termodinámico reversible, que opera entre dos focos térmicos, el foco caliente a temperatura T_c y el foco frío a temperatura T_f. El ciclo consta de 4 procesos reversibles: dos adiabáticos y dos isotérmicos.

Proceso 1-2. Compresión.

Compresión adiabática del gas desde T_f a T_c consumiéndose trabajo

Proceso 2-3. Condensación.

Compresión isotérmica del gas a T_c, mientras se cede calor Q_c al foco caliente.

Proceso 3-4. Expansión.

Expansión adiabática del gas desde T_c a T_f.

Proceso 4-1. Evaporación.

Expansión isotérmica del gas a T_f mientras se extrae calor Q_f (Qa) del foco frío

Maquina frigorífica de Carnot:

El Ciclo de Carnot es ideal y no puede llevarse a la práctica; los procesos reales no son reversibles. En la compresión, el fluido es una mezcla de líquido y vapor (imposible comprimir técnicamente); en la realidad sólo se comprime vapor. Así se obtiene un ciclo modificado que se aproxima más a los sistemas reales. Hay dos tipos de sistemas de refrigeración: los de vapor donde el fluido refrigerante se condensa y evapora alternativamente y los de gas donde el refrigerante permanece siempre en estado gaseoso.

Sistema de refrigeración de vapor

Es el más utilizado. Se utilizan fluidos criogénicos derivados del freón (con alta presión de evaporación y elevado calor latente de vaporización) que son sometidos a sucesivas condensaciones y evaporaciones para conseguir el descenso de la temperatura. Como el fluido refrigerante al evaporarse absorbe calor, va bajando la temperatura del entorno.

Proceso 1-2.

Compresión adiabática. Se consume trabajo. La temperatura aumenta. Compresor

Proceso 2-3.

Cesión de calor del refrigerante al foco caliente. El vapor saturado se condensa. Condensador

Proceso 3-4.

Expansión adiabática del líquido (parte se evapora). Se produce trabajo. Disminuyen la temperatura y la presión. Válvula de expansión (o turbina).

Proceso 4-1.

Absorción de calor por parte del refrigerante. Evaporación completa del fluido. Evaporador

Sistema de refrigeración de gas

Se emplea el aire como fluido refrigerante.

Proceso 1-2.

Expansión del gas. Baja presión y se produce trabajo aprovechable.

Proceso 2-3.

El aire pasa por un intercambiador de calor aumentando su temperatura. Absorbe calor del recinto, enfriándolo.

Proceso 3-4

Compresión del gas aumentando presión y temperatura. Proceso 4-1. El gas pasa por un enfriador, cediendo calor al exterior, volviendo a sus condiciones iniciales

ELEMENTOS DE UN EQUIPO FRIGORIFICO: Compresor

Es el elemento del equipo que aspira el vapor frío y a baja presión, del evaporador y lo comprime a mayor presión y temperatura. En un equipo real el compresor cede (pierde) algo de calor al ambiente. Condensador Es un intercambiador de calor donde el fluido refrigerante cede calor al medio exterior. El vapor saturado entra en el condensador a elevada presión y temperatura. En su interior se va condensando paulatinamente hasta que a la salida tenemos líquido saturado a la misma presión que a la entrada. Los condensadores pueden ser de aire (con ventilación natural o forzada) o de agua (a contracorriente, con tubos concéntricos, de inmersión...) Válvula de expansión. Puede ser una simple válvula o una turbina más compleja. Su misión es reducir la presión del líquido a la salida del condensador y su temperatura. A su salida el fluido se ha evaporado parcialmente. Evaporador. Es un intercambiador de calor donde el fluido refrigerante absorbe calor del medio a presión y temperatura constantes. Entra mezcla de líquido y vapor. En su interior el líquido se va evaporando y a la salida tendremos vapor de fluido refrigerante saturado