Toberas divergentes y convergentes

Toberas divergentes y convergentes

Una tobera es un dispositivo que convierte la energía térmica y de presión de un fluido (conocida como entalpía) en energía cinética. Como tal, es utilizado en turbo máquinas y otras máquinas, como inyectores, surtidores, propulsión a chorro, etc. El fluido sufre un aumento de velocidad a medida que la sección de la tobera va aumentando, por lo que sufre también una disminución de presión y temperatura al conservarse la energía. Existen diseños y tipos de tobera muy usados en diferentes campos de la ingeniería, como la de Laval, Rateau, Curtis, etc.

Gustav de Laval estudió el flujo supersónico en toberas y resolvió el problema de aceleración máxima dentro de la tobera llegando al diseño de toberas con sección convergente-divergente en las que se logra un flujo sónico M = 1 (M = número de Mach) en la garganta para posteriormente expandir la tobera y lograr flujos supersónicos M > 1. Estas toberas deben tener una expansión adecuada para evitar la generación de ondas de choque o de contracción dentro del flujo. La tobera es la encargada de convertir energías, adaptando las presiones y velocidades de los gases eyectados. Son de uso común a régimen de vuelo subsónico (M<1) y supersónico (M>1).

 En el caso supersónico se hace necesaria la existencia de un sistema de ondas de choque al inicio del difusor de entrada para decelerar el fluido y así producirse la combustión en condiciones óptimas. La tobera que usan los cohetes experimentales se denomina De Laval y los flujos que recorren dicha tobera se consideran compresibles al moverse a velocidades supersónicas, por lo que, las diferentes secciones transversales, producen durante el avance de los gases, variaciones en la densidad y en la velocidad del fluido. Todo ello está supuesto para condiciones de flujo isoentrópico, es decir, condiciones adiabáticas y sin rozamiento. En la práctica, no existe la condición de flujo isentrópico ideal, por lo que se aplica un coeficiente de rendimiento que ajusta el cálculo.

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Ciclo termodinámico para un auto eléctrico

Por todo ello, desde AVELE apostamos por la alternativa de la movilidad eléctrica, y lo hacemos, además de por ser una tecnología respetuosa con el medio ambiente, por varios motivos más: (1) el primero es por su eficiencia 6. Las pérdidas de energía en un vehículo eléctrico apenas llegan al 19%, mientras que la energía térmica perdida en el ciclo termodinámico de un motor de combustión ronda el 85%. El segundo motivo es (2) por los beneficios globales sobre el sistema eléctrico: el vehículo eléctrico es más que un vehículo, es un acumulador de energía que, llegado el caso, puede ayudar a gestionar la curva de oferta y demanda eléctrica. Un ejemplo muy claro es el de la simbiosis energía eólica – vehículos eléctricos. Gran parte de la energía que los aerogeneradores son capaces de producir durante la noche se pierde por no existir capacidad de almacenamiento de la misma. Un parque de vehículos eléctricos en modo de carga nocturna sería un maravilloso destino para esta energía lamentablemente perdida. Con este ejemplo se pone de manifiesto la íntima relación entre fomento de la movilidad eléctrica y el fomento de las energías renovables en generación eléctrica. Ambas se necesitan y se complementan, como apuntábamos en la introducción. Un tercer motivo es (3) por la contaminación acústica. Parece un tema menor, pero todo el mundo que conduce por primera vez un vehículo eléctrico nos dice lo mismo: “¡si es que no se oye nada!”. En una humanidad que ya supera con creces el 50% de población urbana, optar por formas de transporte respetuosas con la ciudadanía debe ser una prioridad. Otro motivo importante para apoyar esta tecnología es (4) por el ahorro. Usar un vehículo eléctrico no sólo es más respetuoso con el medio, sino que el coste de su “combustible” además es mucho menor (entre 4 y 10 veces inferior al de un vehículo diésel equivalente).

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