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Qué es el tipo de motores de calor – Ejemplo de motor de calor – Definición

Existen varios tipos de motores térmicos. Este artículo resume estos tipos e incluye un ejemplo de motor térmico. Tipos de motores térmicos: ejemplo de motor térmico

Tipos de motores de calor

En general, los motores térmicos se clasifican según una ubicación de combustión como:

  • Motor de combustión externa. Por ejemplo, las máquinas de vapor son motores de combustión externa, donde el fluido de trabajo está separado de los productos de combustión.
  • Motor de combustión interna. Un ejemplo típico de motor de combustión interna es un motor utilizado en  automóviles , en el cual la alta temperatura se logra al quemar la mezcla de gasolina y aire en el cilindro mismo.

La categorización detallada se basa en un fluido de trabajo utilizado en el ciclo termodinámico:

  • Ciclos de gas. En estos ciclos, el fluido de trabajo es siempre un gas. El ciclo Otto y el ciclo Diesel (usado en automóviles) también son ejemplos típicos de ciclos de solo gas. Los modernos motores de turbina de gas y los motores de inyección de aire también basados ​​en el ciclo de solo gas, siguen el ciclo de Brayton.
  • Ciclos de líquidos. Los ciclos de solo líquido son bastante exóticos. En estos ciclos, el fluido de trabajo es siempre un líquido. El motor líquido Malone es un ejemplo de ciclo de solo líquido. El motor líquido Malone fue una modificación del ciclo de Stirling, utilizando agua como fluido de trabajo en lugar de gas.
  • Ciclos con cambios de fase. Los motores de vapor son ejemplos típicos de motores externos con cambio de fase del fluido de trabajo.

Ejemplo de motor térmico

Ejemplo de motor térmico
El ciclo de Rankine describe de cerca los procesos en motores de calor operados por vapor que se encuentran comúnmente en la mayoría de las centrales térmicas.

Los motores de vapor y los refrigeradores son ejemplos típicos de motores externos con cambio de fase de fluido de trabajo. El ciclo termodinámico típico utilizado para analizar este proceso se llama ciclo de Rankine , que generalmente usa agua como fluido de trabajo.

El ciclo de Rankine describe de cerca los procesos en motores de calor operados por vapor que se encuentran comúnmente en la mayoría de las centrales térmicas . Las fuentes de calor utilizadas en estas centrales eléctricas suelen ser la combustión de combustibles fósiles como el carbón, el gas natural o también la fisión nuclear .

Una planta de energía nuclear (estación de energía nuclear) se parece a una estación de energía térmica estándar con una excepción. La fuente de calor en la central nuclear es un reactor nuclear . Como es típico en todas las centrales térmicas convencionales, el calor se utiliza para generar vapor que impulsa una turbina de vapor conectada a un generador que produce electricidad.

termodinámica de ingeniería
Ciclo de Rankine – Termodinámica como ciencia de conversión de energía

Típicamente, la mayoría de las plantas de energía nuclear opera turbinas de vapor de condensación de etapas múltiples . En estas turbinas, la etapa de alta presión recibe vapor (este vapor es vapor casi saturado – x = 0.995 – punto C en la figura; 6 MPa ; 275.6 ° C) desde un generador de vapor y lo expulsa al separador-recalentador de humedad (punto D ) El vapor debe recalentarse para evitar daños que puedan ocasionar a las aspas de la turbina de vapor el vapor de baja calidad . El recalentador calienta el vapor (punto D) y luego el vapor se dirige a la etapa de baja presión de la turbina de vapor, donde se expande (punto E a F). El vapor agotado se condensa en el condensador y está a una presión muy por debajo de la atmosférica (presión absoluta de0.008 MPa ), y está en un estado parcialmente condensado (punto F), típicamente de una calidad cercana al 90%.

En este caso, los generadores de vapor, la turbina de vapor, los condensadores y las bombas de agua de alimentación constituyen un motor térmico, sujeto a las limitaciones de eficiencia impuestas por la segunda ley de la termodinámica . En el caso ideal (sin fricción, procesos reversibles, diseño perfecto), este motor térmico tendría una eficiencia de Carnot de

= 1 – T frío / T caliente = 1 – 315/549 = 42.6%

donde la temperatura del depósito caliente es 275.6 ° C (548.7K), la temperatura del depósito frío es 41.5 ° C (314.7K). Pero la central nuclear es el motor térmico real , en el que los procesos termodinámicos son de alguna manera irreversibles. No se hacen infinitamente lento. En dispositivos reales (como turbinas, bombas y compresores) una fricción mecánica y pérdidas de calor causan pérdidas adicionales de eficiencia.

Por lo tanto, las centrales nucleares suelen tener una eficiencia de aproximadamente el 33%. En las centrales nucleares modernas, la eficiencia termodinámica general es de aproximadamente un tercio (33%), por lo que se necesitan 3000 MWth de energía térmica de la reacción de fisión para generar 1000 MWe de energía eléctrica.

De acuerdo con el principio de Carnot, se pueden lograr mayores eficiencias aumentando la temperatura del vapor. Pero esto requiere un aumento de las presiones dentro de las calderas o generadores de vapor. Sin embargo, las consideraciones metalúrgicas ponen límites superiores a tales presiones. Desde este punto de vista, los reactores de agua supercríticos se consideran un avance prometedor para las centrales nucleares debido a su alta eficiencia térmica (~ 45% frente a ~ 33% para los LWR actuales). Los SCWR funcionan a presión supercrítica (es decir, superior a 22,1 MPa).

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Este artículo se basa en la traducción automática del artículo original en inglés. Para más información vea el artículo en inglés. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducción, envíela a: translations@nuclear-power.com o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.