Tobera: Es un dispositivo de estado estacionario cuyo propsito
es crear una corriente de fluido a alta velocidad a expensas de la
presin del fluido. Tiene los contornos adecuados para expandir de
manera homognea un fluido hacia una presin menor, incrementando as
su velocidad. No tiene forma de realizar trabajo, pues no cuenta
con partes mviles Se produce poco o ningn cambio de energa
potencial y en general hay poco o ninguna transferencia de calor.
Tipos de toberas Tobera de Laval : Laval logro disear la tobera
convergente divergente que permite extraer la mxima energa de un
chorro de aire caliente. Su invento en un principio sirvi
simplemente para separar la mantequilla y ahora es utilizado en
aviones militares- comerciales y cohetes. Toberas magnticas: su
funcin es encerrar, expandir y acelerar en un campo magntico el
chorro de plasma que proviene de una fuente adecuada Tobera de
rociada: es un dispositivo empleado para dividir un liquido en
gotitas Tobera de presin: es la que el liquido esta a presin y se
divide por su inherente estabilidad y su choque con la atmosfera o
bien por su choque con otro chorro o con una placa fija. Tobera de
cono hueco: es ideal para humidicacin de productos, pulverizacin de
aceites y humidicacin de aire Tobera de cono macizo: esta tobera es
una modificacin de la de cono hueco y se emplea cuando se desea
abarcar por completo una superficie fija Tobera de Abanico: son
tiles cuando se desea distribuir el liquido siguiendo una lnea
determinada, como sucede cuando se lava, se limpia, se recubre o se
enfra un material en un proceso continuo. Tobera de choque: Se hace
chocar a una corriente maciza de liquido a presin contra una
superficie fija o contra otra corriente anloga.
Tobera de niebla: son de presin diseados para producir una densa
capa o niebla de gotas de agua relativamente pequeas. Su efecto
extintor se debe primordialmente al enfriamiento de los gases
quemados por su contacto con las gotas de agua y principalmente por
la evaporacin de dichas gotas.
Tobera rotativa: es particularmente til para pulverizar o rociar
lquidos viscosos y lquidos que contengan partculas solidas que
obstruiran otras toberas
Tobera atomizadora: El liquido se pulveriza por su choque con
una corriente de gas a gran velocidad, generalmente de aire o
vapor. El liquido puede alimentarse bajo presin por la carga
hidrulica debida a su densidad o por aspiracin por el efecto del
inyector de la corriente de gas.
Difusores: Un difusor es un dispositivo que aumenta la presin de
un fluido. Es una tobera inversa por lo tanto el rea de entrada es
menor que el rea de la salida y por consiguiente la velocidad
disminuye dentro del difusor. En la prctica puede ilustrarse el
ejemplo con el clsico "chorrito" que sale de la manguera de jardn
cuando se agujerea, aun cuando la salida est abierta (el agua
fluye). La presin ejercida sobre las paredes depende de la
velocidad del fluido dentro del conducto de forma tal que a mayor
velocidad menor presin y a menor velocidad mayor presin, si en el
conducto se hace un estrechamiento la velocidad del fluido crece y
disminuye la presin. Si este estrechamiento es lo suficiente, la
velocidad del fluido puede ser tan alta, que en vez de presin se
produzca succin como se ilustra a continuacin.
Observe que si existe suficiente estrechamiento la presin puede
llegar a ser negativa (succin), debido a la elevada velocidad del
fluido, indicado con las flechas rojas del centro. Los difusores
son componentes bsicos de algunos dispositivos como los
compresores, bombas y carburadores y hasta en la F1, para variar la
presin y la velocidad de los fluidos que ellos utilicen ya sean
lquidos (agua, combustible, etc) o gaseosos. Por ejemplo: En los
compresores: los compresores centrfugos poseen 2 tipos de difusores
DIFUSOR DE LABES (Radiales) El difusor de labes consiste en un
sector anular que sigue el rotor donde se ubican paletas fijas para
formar conductos divergentes. Las paletas pueden ser de espesor
constante o tener forma de perfil aerodinmico, o bien forma de cua
(wedge). La
figura ilustra el difusor de paletas tipo cua y, en lnea de
puntos, como se formara el de perfil aerodinmico:
DIFUSOR CARACOL El difusor caracol consiste en un conducto que
rodea al rotor cuya seccin va aumentando a medida que lo rodea,
proveyendo el camino apropiado segn la ley de la espiral y
aumentando la seccin transversal para reducir la velocidad y
aumentar la presin esttica. El difusor de caracol tiene la ventaja
de entregar el fludo comprimido en un conducto, lo que facilita su
uso posterior. La figura 7 ilustra un caso de caracol doble,
utilizado para reducir el rea frontal del compresor en usos
aeronuticos:
En las bombas: Las Bombas difusor poseen paletas direccionales
estacionarios rodean el motor o impulsor en una bomba del tipo
difusor. Esos pasajes con expansin gradual cambian la direccin del
flujo del lquido y convierten la energa de velocidad a columna de
presin.
En los carburadores:
Carburadores de difusor En este dispositivo, la aspiracin de los
pistones del motor fuerza el paso del aire a travs del carburador,
en la parte estrecha se produce cierto vaco que hace salir la
gasolina desde un recipiente por un tubo surtidor, cuyo nivel es
regulado por una vlvula de flotador, de esta forma se juntan aire y
gasolina que luego son conducidos al interior del cilindro. La
mariposa se ocupa de cerrar ms o menos el paso del aire y as lograr
cambiar la potencia del motor.
Ecuacin de la 1era Ley de la Termodinmica para las toberas y
difusores en Sistemas Abiertos en Estado Estacionario: 1. No hay
trabajo en el eje, puesto que ambos dispositivos son meramente
conductos. 2. La variacin de energa potencial es despreciable, ya
que el fluido experimenta una variacin de altura pequea o nula. 3.
En mucho casos el calor por unidad de masa puede ser pequeo
comparado con la variacin de energa cintica y entalpia. En algunos
casos puede aislarse el conducto deliberadamente. Incluso sin
aislante, la velocidad del fluido puede ser tan alta que no hay
tiempo suficiente para que el calor transferido sea significativo.
Tambin el rea de la superficie del conducto suele ser relativamente
pequea para una transferencia de calor efectiva. As, en muchas
aplicaciones, la hiptesis de proceso adiabtico es una buena
aproximacin. 4. Tambin podemos afirmar que la variacin de energa
del sistema despreciable por ser un sistema abierto y debido a esto
la masa de entrada es igual a la de salida. En conclusin la ecuacin
quedara de la siguiente manera: he+12Ve2= hs+12Ve2
Compresores: Un compresor es aquello que aprieta, oprime o
reduce a menor volumen; el trmino se utiliza para nombrar a una
mquina que a travs de un aumento de presin, logra
desplazar fluidos compresibles como los gases y vapores. Esto se
realiza a travs de un intercambio de energa entre la maquina y el
fluido, en el cual el trabajo ejercido por el compresor es
transferido a la sustancia que pasa por l convirtindose en energa
de flujo, aumentando su presin y energa cintica impulsndola a
fluir. Los compresores se clasifican en 2 grandes grupos de acuerdo
a como realizan su trabajo: 1. Compresores de desplazamiento
positivo o alternativos. 2. Compresores de desplazamiento NO
positivo o dinmicos Compresores de desplazamiento positivo:
Compresor de embolo oscilante: son los ms utilizados debido a su
flexibilidad de funcionamiento. El funcionamiento de este tipo de
compresores es muy parecido al del motor de un automvil. Un eje,
mediante una biela y una manivela produce el movimiento alternativo
de un pistn. Al bajar el pistn se introduce el aire. Cuando ha
bajado totalmente se cierra la vlvula de admisin y comienza a subir
el pistn y con ello la compresin del aire. Cuando este aire se ha
comprimido hasta el mximo, la vlvula de escape se abre y sale el
aire a presin. Generalmente con una sola etapa se obtiene poca
presin por lo que suelen unirse varias etapas para obtener mayores
presiones. Se usan principalmente en los motores de combustin
interna
Compresores de membrana: Este tipo forma parte del grupo de
compresores de mbolo. Una membrana separa el mbolo de la cmara de
trabajo; el aire no entra en contacto con las piezas mviles. Por
tanto, en todo caso, el aire comprimido estar libre de aceite.
Estos, compresores se emplean con preferencia en las industrias
alimenticias farmacuticas y qumicas.
Compresores rotatorios: son aquellos que producen aire
comprimido por un sistema rotatorio y continuo, es decir, que
empujan el aire desde la aspiracin hacia la salida comprimindolo.
Entre ellos tenemos: Compresores de tornillo: Se basa en el giro de
dos tornillos helicoidales que comprimen el aire que ha entrado en
su interior son silenciosos y tienen un desgaste muy bajo. Algunas
aplicaciones de este tipo de compresores se pueden encontrar en las
industrias de alimentacin y bebidas, militar, aeroespacial,
automotriz, electrnica, fabricacin, petroqumica, mdica,
hospitalaria, farmacutica, etc.
Compresores de paletas: Este tipo de compresores consiste
bsicamente de una cavidad cilndrica dentro de la cual est ubicado
en forma excntrica un motor con ranuras profundas, unas paletas
rectangulares se deslizan libremente dentro de las ranuras de forma
que al girar el motor la fuerza centrifuga empuja las paletas
contra la pared del cilindro. El gas al entrar, es atrapado en los
espacios que forman las paletas y la pared de la cavidad cilndrica
es comprimida al disminuir el volumen de estos espacios durante la
rotacin. Se usan principalmente en laboratorios, odontologa,
instrumentos, mquinas herramienta, envasado, robtica.
Compresores soplantes: Se conocen como compresores de doble
motor o de doble impulsor aquellos que trabajan con dos motores
acoplados, montados sobre ejes paralelos, para una misma etapa de
compresin. Una mquina de este tipo muy difundida es el compresor de
lbulos o compresor "Roots", el cual toma el aire de la zona de
aspiracin y lo comprime al reducirse el volumen en la cmara creada
entre ellos y el cuerpo del compresor. Son utilizados en
maquinarias para transportar material en estaciones de produccin,
asi como tambin en buques tanque, y motores de alimentacin
diesel.
Compresores de espiral: Este tipo de compresores utilizan dos
espirales para realizar la compresin del gas. Las espirales se
disponen cara contra cara. Donde el espiral superior es fijo y el
inferior es motriz. El centro del espiral fijo y el centro del eje
del mvil est desalineado. Esto produce un o movimiento orbital de
la espira mvil que permite crear bolsas de gas entre las paredes de
los espirales las cuales se
desplazan hacia la puerta de descarga en el centro del conjunto
disminuyendo progresivamente el volumen.
Durante el primer giro o fase de aspiracin, la separacin de las
paredes de las espirales permite entrar al gas, al completar el
giro, las superficies de las espirales se vuelven a unir formando
las bolsas de gas durante el segundo giro o fase de compresin, el
volumen de las bolsas de gas se reduce progresivamente, la
finalizacin del segundo giro produce la mxima compresin, durante el
tercer giro o fase de descarga, la parte final del scroll obliga al
gas comprimido a salir a travs de la puerta descargada. Compresores
de desplazamiento NO positivo:
Compresor centrifugo: El compresor centrfugo es una mquina que
consiste en un rotor que gira dentro de una carcasa provista de
aberturas para el ingreso y egreso del fludo. El rotor o impulsor
es el elemento que convierte la energa mecnica del eje en cantidad
de movimiento y por tanto energa cintica del fludo. En el eje del
impulsor se encuentran dos tipos de difusores de caracol o radial
estos ayudan a aumentar la presin del gas dentro de la carcasa a
medida que gira.
Se utilizan en las industrias de Gas Natural, refineras,
petroqumicas y en la fabricacin de productos qumicos.
Compresor axial: El compresor axial consiste en un rotor de
forma cilndrica que gira dentro de una carcasa o estator. El fludo
de trabajo circula por el espacio anular entre el rotor y el
estator, pasando por hileras de labes fijos y mviles.
El aire en un compresor axial, fluye en la direccin del eje del
compresor a travs de una serie de labes mviles acoplado al eje por
medio de un disco y una serie de labes fijos acoplados a la carcasa
del compresor y concntrico al eje de rotacin. Cada conjunto de
labes mviles y labes fijos forman una etapa del compresor axial. En
los compresores axiales el aire es tomado por el conjunto de labes
mviles e impulsado hacia atrs en sentido axial y entregado al
conjunto de labes fijos con una mayor velocidad. Los labes fijos
actan como difusor en cada etapa, transformando la energa cintica
del aire en energa potencial en forma de presin y a su vez, dan al
flujo el ngulo adecuado para entrar en los labes mviles de la
siguiente etapa. En los compresores axiales los labes mviles actan
como toberas, a travs de los cuales hay una disminucin en la presin
esttica del aire y un incremento en la velocidad.
Ecuacin de la 1era Ley de la Termodinmica para compresores en
Sistemas Abiertos en Estado Estacionario: 1. Los cambios de energa
potencial son insignificantes, al igual que la energa cintica de
entrada, algunas veces la energa cinetica de salida tambin se
despreciar debido a que la variacin de la entalpia es muy grande
respecto a la variacin de energa cintica que sufre el fluido. 2. La
variacin de la energa del sistema es cero porque estamos en un
sistema abierto de estado estacionario, adems como no existe
acumulacin de masa la masa de entrada es igual a la de salida (la
llamaremos m).
3. Depende del tipo de compresor que se utilice puede o no
existir transferencia de calor entre la maquina y el fluido, para
los compresores rotatorios que son maquinas con una tasa elevada de
flujo volumtrico y no hay suficiente tiempo para transferir mucho
calor, por tanto podemos considerarlo como adiabtico obteniendo la
ecuacin:
- W =m( hs-he)
En cambio en los compresores alternativos como los de embolo
poseen algn elemento para enfriar el fluido, en este caso la
transferencia de calor si es tomada en cuenta, obteniendo la
ecuacin: Q - W =m( hs-he)
Toberas Difusores Compresores
Integrantes: Gina Ciciliot Braian Saint-anne Sandra Villegas
