Adrián del Salvador Yaque Sánchez - Preparar y acondicionar elementos y máquinas de la planta química. QUIE0108

Capítulo 4 Operación de máquinas de la planta química

1. Introducción

2. Bombas centrífugas

3. Bombas de desplazamiento positivo

4. Compresores centrífugos y alternadores: principios y especificaciones. La relación de compresión

5. Turbinas de vapor y gas. Su utilización en la planta química

6. Motores eléctricos

7. Resumen

Ejercicios de repaso y autoevaluación

Bibliografía

Para desempañar operaciones con máquinas e instalaciones, ya sean de preparación, acondicionamiento, mantenimiento o reparación en una planta química, se deben adquirir al menos unos conocimientos mínimos sobre calor, temperatura, fluidos y electricidad que son la base del funcionamiento de estas máquinas e instalaciones.

Para ello es importante entender todo lo relativo a los conceptos de calor, temperatura y transferencia de calor, además de todas las características, propiedades y procesos relacionados con ellos.

Para los fluidos es conveniente conocer su naturaleza, sus propiedades y aspectos concretos como estática de fluidos, ecuación de estados de los gases o problemas relativos al manejo de estos.

Y por último, para la electricidad es necesario adquirir conceptos relacionados con la corriente eléctrica, tipos de corriente, propiedades, características y representación gráfica de sus instalaciones y máquinas.

En todas las plantas químicas se producen multitud de procesos donde el calor y la temperatura están relacionados o son variables fundamentales de estos. Por ello es necesario conocer qué es el calor y la temperatura y cómo se lleva a cabo el proceso de transferencia de calor.

2.1. Naturaleza del calor

En la actualidad se sabe que los átomos y las moléculas (que son grupos de átomos) que forman la materia están en constante movimiento vibrando, rotando sobre sí mismos o chocando entre ellos, aunque el cuerpo que los constituye esté quieto.

Definición

CalorEs la energía que posee un cuerpo debido al movimiento constante de sus átomos y moléculas.

El calor es la energía asociada a este movimiento y por tanto la suma de las energías de las partículas que componen un cuerpo.

El calor está presente en todo tipo de materia independientemente de su estado y condiciones en las que se encuentre y, por tanto, todos los cuerpos tienen calor aunque estén a muy baja temperatura.

Además, también se sabe que los cuerpos pueden calentarse haciendo que se incremente la velocidad de sus átomos o moléculas y, por tanto, su calor, o enfriarse, es decir, disminuir la velocidad y, por tanto, su calor.

Si se introduce energía en un sistema, este se calienta y si elimina energía, se enfría. Por ejemplo, si una persona está fría se puede poner a correr para entrar en calor, o si bota una pelota, la energía de su movimiento se convierte en energía térmica o calor, que hace que cada vez rebote menos.

2.2. Diferencia entre calor y temperatura

La temperatura a la que se encuentra un cuerpo está, por tanto, relacionada con el calor, ya que mientras el calor es la energía total del movimiento de átomos y moléculas en una sustancia, la temperatura es una medida de la energía molecular media.

Definición

TemperaturaEs el valor medio de la energía de los átomos y moléculas de una sustancia, debido a su constante movimiento.

Además, el calor hace que la temperatura aumente o disminuya, ya que si se añade calor a una sustancia, la temperatura aumenta, y si se quita calor, la temperatura disminuye. Por todo ello, las temperaturas más altas tienen lugar cuando las moléculas se están moviendo, vibrando y rotando con mayor energía.

La temperatura se puede medir con los termómetros, y con este valor se podrá conocer la cantidad de calor que contiene un cuerpo.

Termómetro

Además, mientras el calor depende de la velocidad de las partículas, su número, su tamaño y su tipo, la temperatura no depende del tamaño, ni del número, ni del tipo de partículas. Por ejemplo, la temperatura de una botella de agua puede ser la misma que la temperatura de un depósito de agua, pero el depósito tiene más calor porque tiene más agua y, por lo tanto, más energía térmica total.

Por todo ello, se puede llegar a la conclusión de que calor y temperatura no son lo mismo, pero sí están íntimamente relacionados, y matemáticamente mediante la siguiente ecuación:

Q = c · M · t

Donde, en unidades del S.I.:

1 Q = calor de una sustancia en julios (J).

2 c = calor específico de la sustancia en julio por kilogramo y por grados Celsius (J·Kg-1·ºC-1).

3 M = masa de la sustancia en kilogramos (Kg).

4 t = temperatura de la sustancia en grados Celsius (ºC).

Recuerde

No es lo mismo calor que temperatura.

El calor es la energía total del movimiento de átomos y moléculas en una sustancia y la temperatura es una medida de la energía molecular media.

El calor hace que la temperatura aumente o disminuya, ya que si se añade calor a una sustancia, la temperatura aumenta y viceversa.

2.3. Unidades de medida de calor y temperatura. Conversión de unidades

La unidad de energía y, por tanto, de calor en el Sistema Internacional de Unidades (S.I.U.) es el joule, que en castellano es el julio (J) y equivale a un newton por metro (N×m). En el Sistema Anglosajón de Unidades (S.A.U.) es la unidad térmica británica BTU (British Termal Unit), que es la cantidad de calor que se debe agregar a una libra de agua para aumentar su temperatura en un grado Fahrenheit. La relación entre ambos es:

1 BTU = 1.055,056 julios

Recuerde

Las unidades de calor son el julio, la caloría y el BTU.

Otra unidad de energía muy utilizada es la caloría (cal), que es la cantidad de energía que hay que suministrar a un gramo de agua para elevar su temperatura un grado Celsius, y cuya relación con el julio y con el BTU es:

1 cal = 4,187 J

252 cal = 1 BTU

Las escalas de medición de la temperatura se dividen en dos tipos, las absolutasy las relativas.

Recuerde

Las unidades de temperatura más usuales son el grado Kelvin y el grado Rankine como temperaturas absolutas, y el grado Celsius y el grado Fahrenheit como temperatura relativa.

1 Las escalas absolutas no tienen temperatura máxima y su temperatura mínima es el cero absoluto, es decir, aquella temperatura de un cuerpo cuyo potencial energético es nulo, su cuerpo no tiene absolutamente nada de calor.

2 Las escalas relativas toman como puntos de referencia dos temperaturas para establecer las diferentes escalas termométricas.