Energía Térmica

Indice1. Introducción 2. Vapor Saturado 3. Análisis para selección de calderas

1. Introducción

La energía térmica es la forma de energía que interviene en los fenómenos caloríficos. Cuando dos cuerpos a diferentes temperaturas se ponen en contacto, el caliente comunica energía al frío; el tipo de energía que se cede de un cuerpo a otro como consecuencia de una diferencia de temperaturas es precisamente la energía térmica.

Según el enfoque característico de la teoría cinético-molecular, la energía térmica de un cuerpo es la energía resultante de sumar todas las energías mecánicas asociadas a los movimientos de las diferentes partículas que lo componen. Se trata de una magnitud que no se puede medir en términos absolutos, pero es posible, sin embargo, determinar sus variaciones. La cantidad de energía térmica que un cuerpo pierde o gana en contacto con otro a diferente temperatura recibe el nombre de calor. El calor constituye, por tanto, una medida de la energía térmica puesta en juego en los fenómenos caloríficos.

Un símil hidráulico permite aclarar las diferencias entre los conceptos de temperatura, calor y energía térmica. Se dispone de dos recipientes cilíndricos de igual altura situados en una mesa horizontal, la superficie de cuyas bases están en la relación de uno a diez. Se trata de un vaso y de una probeta. Si se llena completamente de agua la probeta y el vaso sólo hasta la mitad, debido a su distinta capacidad, el primer recipiente contendrá cinco veces menos agua que el segundo. A pesar de ello, si se conectaran entre sí mediante un tubo de goma, el agua fluiría de la probeta al vaso y no al revés. La transferencia de agua de un recipiente al otro se ha llevado a cabo en virtud no del volumen almacenado, sino del nivel alcanzado por el agua en cada uno de ellos antes de comunicarlos.

En el caso de los fenómenos caloríficos la transferencia de energía térmica se produce de un modo semejante, puesto que ésta se cede no del cuerpo que almacena más energía térmica al cuerpo que almacena menos, sino del de mayor al de menor temperatura. La temperatura puede ser asimilada por tanto al nivel de energía térmica, y el calor puede ser comparado con la cantidad de agua que un recipiente cede al otro al comunicarlos entre sí.

La interpretación, desde el punto de vista de la teoría cinética, puede facilitarse si se comparan las moléculas de los cuerpos con bolas en movimiento. Cuando dos cuerpos se ponen en contacto se produce una cesión de energía a nivel molecular. El cuerpo de mayor temperatura poseerá moléculas con mayor energía cinética que podrán ceder a las del cuerpo de menor temperatura, del mismo modo que una bola rápida que choca con una lenta la acelera; este tránsito de energía mecánica microscópica, cuyo efecto conjunto es el calor, se mantendrá en tanto aquéllas no se igualen. Termoeléctricas de Combustibles Fósiles: Producen electricidad mediante la energía calorífica generada por la combustión de diesel, carbón, gas natural, combustóleo y otros aceites pesados.

Un ejemplo interesante es el de una planta generadora de energía, la energía química almacenada en el combustible, se transforma por combustión en energía térmica. La energía térmica cambia el agua líquida a vapor. La energía del vapor es transformada en parte en energía mecánica en la turbina. Esta energía mecánica se transforma en energía eléctrica en el generador de corriente alterna. Esta última es transferida por los cables eléctricos en varios puntos en donde se usan para diferentes transformaciones. Nuestro entorno está basado económicamente en el suministro eléctrico y está vinculado a la transferencia y transformación de la energía, en la cual sin duda juega un papel clave en la transformación a otras formas previa a su generación y transferencia generalmente a distancias considerables.

Los procesos detallados de la digestión de alimentos es un asunto complicado, pero se realiza una transformación de la energía química localizada en los alimentos a energía térmica para mantener el cuerpo caliente y ene energía mecánica para que el cuerpo realice trabajo moviendo las diferentes partes del mismo como un todo. Hay también alguna transformación en energía eléctrica y otros tipos de energía química que permiten establecer comunicación entre las diferentes partes del cuerpo y facilita la función del sistema nervioso. Aquí de nuevo se involucra transferencia y transformación. Todos los procesos biológicos a través del dominio de los seres vivientes pueden ser interpretados en términos del concepto de energía.

Los vientos y los huracanes constituyen otro ejemplo de la transformación de energía térmica comunicada a la atmósfera a través de energía mecánica; los movimientos resultantes son amplificados por la transferencia de energía mecánica de la tierra en rotación. La energía también juega un papel característico en los terremotos. Cuando una masa de rocas se desliza a lo largo de una falla, la energía potencial es transformada en energía cinética o energía de movimiento, la cual produce cambios en las vecindades. La energía puede llegar a producir graves destrucciones cerca de la superficie y cerca de la fuente. Este fenómeno puede ser detectado a grandes distancias de la fuente por medio de instrumentos sensibles denominados sismógrafos. La propagación por ondas es un ejemplo muy importante de transferencia de energía, lo mismo que la luz y el sonido.

Como un ejemplo de la propagación por ondas es el caso de la energía transferida, que se recibe en cantidades relativamente grandes del sol a través de las ondas emitidas por este cuerpo caliente y luminoso, el cual es responsable por la existencia y mantenimiento de la vida en la tierra.

Cual es el origen de toda esta energía procedente de la superficie solar que entrega energía a una tasa aproximadamente de 4 x 1023 kilovatios. Este ha sido un problema muy interesante para los astrólogos y físicos. Solamente en tiempos recientes se ha encontrado una respuesta plausible a este interrogante. La fuente de energía solar no es una transformación tan simple de la energía química en calor como cuando se quema carbón, ahora se considera que existe una transformación de masa en energía a través de la creación de núcleos de helio a partir de hidrógeno, es un proceso termonuclear, base de la bomba de hidrógeno.

Ahora la gente es más consciente del papel de la energía en la vida humana y en sus actividades. Ello se ha logrado a través de los medio de comunicación que informan sobre la velocidad de transformación de la energía lo cual determina la disminución de los recursos energéticos los cuales son finitos. La tecnología moderna está diseñando continuamente equipos y nuevas formas de transferir y transformar la energía para obtener los requerimientos de una sociedad que aspira cada vez más a una mejor y mayor calidad de vida esta forma de transformación de la energía a ritmos muy rápidos a partir de combustibles fósiles y de la construcción de plantas, las cuales no solamente disminuye las reservas de combustibles sino que también interfieren con el ambiente, generando procesos de alteración. El rápido incremento de la población mundial produce mayores requerimientos de energía.

Podría objetarse en la transferencia y transformación de la energía es de importancia vital y que si ello no fuera así se pasaría por muchas dificultades. Pero entonces ¿cuál es el significado real de la energía y de qué manera se mide? Por ejemplo el agua se mide en galones o en litros. Si para los requerimientos domésticos se usa energía eléctrica hay un aparato que mide el número de revoluciones del dial. El aparato es un medidor de watio-hora. Lo usa la compañía eléctrica para facturar el uso de la electricidad, sería más correcto energía eléctrica.

2. Vapor Saturado

Vapor saturado: vapor a la temperatura de ebullición del líquido. Mezclas vapor líquido: calidad = % vapor Vapor sobrecalentado: vapor de agua a una temperatura mayor que la del punto de ebullición.

Uso Del Vapor Saturado La esterilización con vapor saturado es el método universal más utilizado, aplicable a todos aquellos artículos que pueden soportar el calor y la humedad. Para conseguir una perfecta relación entre la temperatura de esterilización y la presión del vapor saturado, hay que eliminar eficazmente el aire del interior del autoclave

Vapor saturado: es el método más efectivo y de menor costo para esterilizar la mayoría de los objetos de uso hospitalario. El autoclave tiene la ventaja de producir un elevamiento de la temperatura en forma rápida, con cortos tiempos de esterilización y no dejar residuos tóxicos en el material.

La presencia de materia orgánica o suciedad en el material interfiere con la acción del vapor caliente por lo que, si el material está sucio, después del proceso, no se puede garantizar su esterilidad. Los microorganismos son eliminados por desnaturalización de las proteínas, proceso que es acelerado por la presencia de agua como en la mayoría de las reacciones químicas. Se logran temperaturas de 134ªC.

Ciclo Térmico De La Caldera En el ciclo térmico como puede observarse en esta simple figura, se producen las distintas transformaciones y transferencia de la energía. El proceso químico de la combustión en la caldera produce energía, parte de la cual es cedida al agua que esta circulando elevando su temperatura al punto de ebullición, el vapor presurizado y caliente incide sobre los alabes de la turbina, la que se pondrá en movimiento rotacional junto con el rotor del generador produciendo energía eléctrica.

3. Análisis para selección de calderas

El riesgo principal de los aparatos a presión es la liberación brusca de presión. Para poder ser utilizados deben reunir una serie de características técnicas y de seguridad requeridas en las disposiciones legales que les son de aplicación, lo que permitirá su homologación, con la acreditación y sellado pertinente.

Al margen de las características constructivas de los equipos, los usuarios de los aparatos a presión, para los que es de aplicación el reglamento de aparatos a presión, deberán llevar un libro registro, visado y sellado por la correspondiente autoridad competente, en el que deben figurar todos los aparatos instalados, indicándose en el mismo: características, procedencia, suministrador, instalador, fecha en la que se autorizó la instalación y fecha de la primera prueba y de las pruebas periódicas, así como las inspecciones no oficiales y reparaciones efectuadas con detalle de las mismas. No se incluyen en el libro las botellas y botellones de GLP u otros gases, sifones, extintores y aparatos análogos, de venta normal en el comercio.

Los operadores encargados de vigilar, supervisar, conducir y mantener los aparatos a presión deben estar adecuadamente instruidos en el manejo de los equipos y ser conscientes de los riesgos que puede ocasionar una falsa maniobra o un mal mantenimiento. En el caso de calderas de PxV>50 (P en kg/cm2 y V en m3), el Reglamento de aparatos a presión exige que los operadores dispongan de acreditación que garantice un adecuado nivel de conocimientos.

El Reglamento de aparatos a presión, mediante sus ITC determina, para cada aparato, las prescripciones de seguridad que deberán cumplir, así como las características de los emplazamientos o salas donde estén instalados, en función de su categoría.

Calderas Caldera.-Es todo aparato a presión en donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en utilizable, en forma de calorías, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor. Caldera de vapor.-Es toda caldera en la que el medio de transporte es vapor de agua. Caldera de agua caliente.-Es toda caldera en la que el medio de transporte es agua a temperatura inferior a 110°. Caldera de agua sobrecalentada.-Es toda caldera en la que el medio de transporte es agua a temperatura superior a 110°. Calderas de nivel definido.-Son aquéllas calderas que disponen de un determinado plano de separación de las fases líquida y vapor, dentro de unos límites previamente establecidos. Calderas sin nivel definido.-Son aquéllas calderas en las que no haya un plano determinado de separación entre las fases líquida y vapor. Calderas automáticas.-Son aquellas calderas que realizan su ciclo normal de funcionamiento sin precisar de acción manual alguna, salvo en su puesta inicial en servicio o en caso de haber actuado un órgano de seguridad de corte de aportación calorífica. Asimismo se considerarán como automáticas las calderas que realizan su ciclo normal de funcionamiento sin precisar de una acción manual, salvo para cada puesta en marcha de su sistema de aportación calorífica después de que éste haya sufrido un paro ocasionado por la acción de alguno de sus órganos de seguridad o de regulación. Calderas manuales.-Se considerará como manual cualquier caldera cuyo funcionamiento difiera del de las anteriormente definidas como automáticas.

Factor de seguridad

1. Válvulas de seguridad-Todas las válvulas de seguridad que se instalen en las calderas de esta Instrucción serán de sistema de resorte y estarán provistas de mecanismos de apertura manual y regulación precintable, debiéndose cumplir la condición de que la elevación de la válvula deberá ser ayudada por la presión del vapor evacuado. No se permitirá el uso de válvulas de seguridad de peso directo ni de palanca con contrapeso.

Las válvulas de seguridad cumplirán las disposiciones constructivas y de calidad recogidas en la norma UNE 9-100. Toda caldera de vapor saturado llevará como mínimo dos válvulas de seguridad independientes, las cuales deberán precintarse a una presión que no exceda en un 10 por 100 a la de servicio, sin sobrepasar en ningún caso la de diseño. No obstante, las calderas de la clase C podrán llevar una sola válvula, que deberá estar precintada a la presión de diseño como máximo.

1. Válvulas del circuito de agua de alimentación.-La tubería de alimentación de agua desde la bomba dispondrá de dos válvulas de retención; una de estas válvulas se situará muy cerca de la caldera y la otra se colocará a la salida de la bomba. La válvula de retención situada junto a la caldera llevará, entre está y dicha válvula, una válvula de interrupción que pueda aislar e incomunicar la caldera de la tubería de alimentación; estas dos válvulas podrán ser sustituidas por una válvula mixta de interrupción y retención. Si existe un economizador incorporado a la caldera de vapor, estas válvulas se montarán a la entrada del economizador.

Todas las válvulas deberán estar protegidas contra la acción de los fluidos calientes y se instalarán en sitio y forma tales que puedan ser accionadas fácilmente por el personal encargado.

Partes integrantes de la caldera

Tratamiento Para Calderas  En relación a tratamientos de agua para calderas, se ha estudiado ampliamente en el desarrollo de compuestos inorgánicos tales como: fosfatos, sulfitos, aminas, etc., sin embargo todos estos compuestos se comportan exclusivamente como preventivos, esto significa que cuando una caldera ya se encuentra incrustada, estos productos evitarán que dicha incrustación continúe creciendo, pero la incrustación formada no sufrirá disminución alguna (al contrario, tiende a aumentar cuando existen errores en la dosificación) por tanto la desincrustación se deberá realizar manualmente o por medio de recirculación de ácidos teniendo este último los riesgos correspondientes y en ambas opciones se tendrá que parar el funcionamiento del equipo.

Autor:

Lucas