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• Jair Hdez

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ACAPULCO. INGENIERIA ELECTROMECÁNICA. MAQUINAS Y EQUIPOS TERMICOS 1 UNIDAD 5.EQUIPOS AUXILIARES PERIODO: ENERO-JUNIO 2020 GRUPO: IE2 HORA: 15:00-16:00 DOCENTE: ING.SANTOS SILVA ANTONIO ALUMNA: SILVA MARTÍNEZ BRISEYDA. No. Control: 17320615

Acapulco, Gro., a JUNIO DEL 2020

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Índice UNIDAD 5.EQUIPOS AUXILIARES........................................................................................3 5.1. VALVULAS...........................................................................................................................3 5.2 TRAMPAS DE VAPOR........................................................................................................5 5.3 INSTRUMENTOS DE MEDICION..................................................................................7 5.4TURBOBOMBAS.......................................................................................................................11 5.5 TURBOSOPLANTES.........................................................................................................13 5.6 CONDENSADORES..........................................................................................................14 5.7 Eyectores de Aire.............................................................................................................15 5.8 CRITERIOS DE SELECCIÓN.........................................................................................16

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UNIDAD 5.EQUIPOS AUXILIARES Los equipos auxiliares son herramientas que complementan a los equipos térmicos según las necesidades. Dispositivos que colocados en partes críticas de las maquinas permiten vigilar y controlar el buen funcionamiento de los mismos. Son aquellos que complementan las calderas permitiendo su correcto funcionamiento. Normalmente se instalan en una zona próxima a las calderas y, con frecuencia, dentro de una sala que se denomina central térmica o sala de calderas. Tienen por finalidad permitir el funcionamiento armónico de la caldera, aumentar su eficiencia y aumentar el grado de seguridad en su funcionamiento. 5.1. VALVULAS Una válvula se puede definir como un aparato mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos. Las válvulas son unos de los instrumentos de control más esenciales en la industria. Debido a su diseño y materiales, las válvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos y gases, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos. Sus tamaños van desde una fracción de pulgada hasta 30 ft (9 m) o más de diámetro. Pueden trabajar con presiones que van desde el vació hasta más de 20000 lb/in² (140 Mapa) y temperaturas desde las criogénicas hasta 1500 °F (815°C). En algunas instalaciones se requiere un sellado absoluto; en otras, las fugas o escurrimientos no tienen importancia. Válvula de control. La válvula automática de control generalmente constituye el último elemento en un lazo de control instalado en la línea de proceso y se comporta como un orificio cuya sección de paso varia continuamente con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada. 3

Categorías de válvulas. Debido a las diferentes variables, no puede haber una válvula universal; por tanto, para satisfacer los cambiantes requisitos de la industria se han creado innumerables diseños y variantes con el paso de los años, conforme se han desarrollado nuevos materiales. Todos los tipos de válvulas recaen en nueve categorías: válvulas de compuerta, válvulas de globo, válvulas de bola, válvulas de mariposa, válvulas de apriete, válvulas de diafragma, válvulas de macho, válvulas de retención y válvulas de desahogo (alivio).

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5.2 TRAMPAS DE VAPOR Dentro de los diferentes tipos de válvulas, las trampas de vapor se clasifican como válvulas automáticas que se encargan de filtrar el vapor condensado, así como otros gases como el aire. Los gases como el aire no son condensables, pero también se filtran utilizando trampas de vapor. Esta filtración de gases no condensables se lleva a cabo sin permitir el paso del vapor. Al filtrar el vapor condensado, las trampas de vapor evitan que se desperdicie, de manera que puede ser reutilizado para otros procesos en los que el vapor sirve como medio de calentamiento o como fuerza motriz. La función de las trampas de vapor Muchos procesos industriales producen vapor, ya sea como desecho del proceso en sí o como parte del mismo, para calentamiento o para accionar mecanismos como fuerza motriz. Si una máquina, por ejemplo, produce grandes cantidades de vapor y los emite al aire libre, todo ese vapor se convierte en energía perdida que pudo aprovecharse en otros procesos. Cuando las trampas de vapor reciben el vapor condensado evitan que se pierda. De esta manera puede distribuirse hacia otros procesos industriales que lo necesiten, produciendo un ahorro en la producción de energía y de contaminantes potenciales. Las trampas de vapor permiten la eliminación del condensado y el aire del proceso productivo. Una vez que ha sido extraído el condesado se le puede 5

regresar al área de calderas y se logra la maximización del uso de la energía, es decir, no hay desperdicio de energía o este desperdicio se reduce considerablemente. En términos generales, las trampas de vapor deben cumplir con tres acciones específicas: Mantener las condiciones de temperatura y presión mientras se drena el condensado. Aumentar el coeficiente de transferencia de calor al eliminar tanto el aire como otros gases no condensables. Se evita que se pierda vapor que puede ser utilizado como fuente de energía en otros procesos industriales. Tipos de trampas de vapor Podemos identificar tres principales tipos de trampas de vapor: las trampas mecánicas, las termodinámicas y las termostáticas. Trampas de vapor mecánicas En este tipo de trampas de vapor, casi siempre la válvula y el asiento están inundados. Esto impide que se pierda el vapor. Sin embargo, su tamaño es tan grande que se puede perder calor.

Trampas de vapor termostáticas Las trampas de vapor termostáticas tienen la capacidad de mantener el condensado hasta que una parte de éste se enfría. La parte que se enfría permanece en la válvula principal y no hay pérdida de vapor

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Trampas de vapor termodinámicas Las trampas de vapor termodinámicas pueden perder vapor cuando tienen una baja carga. Cuando el condensado se acerca la temperatura del vapor produce una especie de vapor instantáneo, también conocido como Flash. La expulsión de dicho vapor instantáneo provoca el cierre del orificio de escape de la trampa de vapor.

5.3 INSTRUMENTOS DE MEDICION MANOMETRO El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de la presión en los fluidos, generalmente determinando la diferencia de la presión entre el fluido y la presión local. En la mecánica la presión se define como la fuerza por unidad de superficie que ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie. La presión suele medirse en atmósferas (atm); en el sistema internacional de unidades (SI), la presión se expresa en newton por metro cuadrado; un newton por metro cuadrado es un pascal (P.a.). La atmósfera se define como 101.325 P.a., y equivale a 760 mm de mercurio en un barómetro convencional. Cuando los manómetros deben indicar fluctuaciones rápidas de presión se 7

suelen utilizar sensores piezoeléctricos o electrostáticos que proporcionan una respuesta instantánea. Hay que tener en cuenta que la mayoría de los manómetros miden la diferencia entre la presión del fluido y la presión atmosférica local, entonces hay que sumar ésta última al valor indicado por el manómetro para hallar la presión absoluta. Cuando se obtiene una medida negativa en el manómetro es debida a un vacío parcial. Los tipos de manómetros son: -

MANÓMETRO DE BURDON

-

MANOMETRO DE COLUMNA DE LIQUIDO

-

MANOMETRO DE TINTERO

-

MANOMETRO DE TUBO INCLINADO

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Termómetro Un termómetro es un instrumento de medición de temperatura. Se puede encontrar ya sea análogo o digital. Este instrumento es muy común para emplearse como medidor de temperatura corporal, aunque también suele ser utilizado para medir temperaturas a nivel industrial. Existen diferentes tipos de termómetros, el clásico de mercurio, el utilizado en fábricas de vidrio (pirómetro), el termómetro de gas y el termómetro de resistencia. Funcionan según el principio de medición por dilatación de gas, por la expansión diferente de unas viñetas o por expansión de un líquido y pueden medir temperaturas con rangos entre - 200... +700 ° C. Todos los termómetros industriales son adecuados para su inserción en vainas. Tipos de termómetros: -

Termómetro bimetálico

-

Termómetro de expansión

-

Termómetro de dilatación de gas

-

Termómetro de capilla

PIROMETRO Un pirómetro es un instrumento que se utiliza para medir temperaturas a distancia, tienen un rango de temperatura demasiado amplio, que va desde los -40ºc hasta los 4000ºc. Se emplea sobre todo para medir objetos o sustancias en movimiento, o en lugares donde se requiere una medición sin contacto. Se usa, por ejemplo, para medir la temperatura en hornos, metales incandescentes 9

o gases. ¿Cómo funciona? Su funcionamiento depende del tipo de pirómetro que se esté utilizando, pero están formados por varias características en común que componen su sistema completo: -Tienen sistema que recoge la energía emitida por el objeto. -Detector que convierte dicha energía en una señal eléctrica. -Un sistema que ajuste la emotividad para hacer coincidir la calibración del termómetro con las características de emisión específicas del objeto. -Un circuito de compensación de la temperatura ambiente que garantizaba que las variaciones de temperatura dentro del sensor debidas a las condiciones ambientales no afectaran a la precisión. Los sistemas electrónicos modernos basados en microprocesadores permiten utilizar algoritmos complejos que proporcionan una linealización y compensación a tiempo real de la salida del detector para obtener una mayor precisión de la temperatura medida del objeto. Los microprocesadores pueden mostrar de forma

instantánea

mediciones

de

múltiples

variables

(tales

como

la

temperatura actual, temperatura mínima medida, temperatura máxima medida, temperatura media o diferencias de temperatura) en pantallas LCD integradas.

Tipos de pirómetro Existen 3 tipos según la forma en que estos captan la radiación de la temperatura. Pirómetro óptico Pirómetro de radiación 10

Pirómetro de resistencia

5.4TURBOBOMBAS Las turbo bombas se basan, al igual que las turbinas, en el teorema de la cantidad de movimiento, o más exactamente en teorema del momento de la cantidad de movimiento, también llamado teorema del momento cinético y teorema de Euler. Es decir, estas máquinas mediante el giro producido por un motor de arrastre generan una fuerza exterior sobre el rodete que tiene como consecuencia el incremento de la cantidad de movimiento del fluido que atraviesa la máquina de manera continua y la presión en la sección de salida de aquel. La turbo bombas, son máquinas cuya misión es incrementar la energía de los líquidos, transformando la energía mecánica que reciben del motor de arrastre en energía hidráulica siendo su principio de funcionamiento, como ya se ha indicado, el teorema del momento cinético, también llamado teorema de Euler. Este tipo de bombas es sin duda el más empleado y el que se utiliza universalmente para trasegar casi todo tipo de líquidos a cualquier altura, solamente líquidos muy viscosos, caudales muy pequeños y alturas muy grandes ofrecen dificultades a este tipo de máquinas. Se trata de turbomáquinas con funcionamiento y diseño parecido a las turbinas de reacción. Constan de una carcasa donde se encuentra el rodete o impulsor y el sistema difusor Turbobomba centrífuga La mayoría de turbo bombas son centrífugas. El líquido entra radialmente en la 11

bomba cerca del eje y el rotor, también llamado rodete, acelera el fluido a alta velocidad. El líquido pasa a través de un difusor que es un tubo de forma progresivamente ampliada, que permite la recuperación de la presión dinámica a estática. El difusor convierte la energía cinética en altas presiones (no es raro cientos de bar), y si la toma de contrapresión no es demasiado alta, se puede lograr altas tasas de flujo.

Turbo bomba axial También existen turbo bombas axiales. En este caso el eje esencialmente tiene alabes unidos al eje y el fluido es forzado por estos paralelos al eje principal de la bomba. En general, las bombas axiales generan presiones mucho más bajas que las bombas centrífugas, no es infrecuente unos pocos unos bares. Sin embargo, poseen su utilidad - se utilizan comúnmente bombas axiales como "inductores" de las bombas centrífugas, elevan la presión de entrada a la bomba centrífuga lo suficiente para prevenir un exceso de cavitación. Este efecto también se puede conseguir presurizando los depósitos.

Características de las turbo bombas Aunque las turbo bombas puede ser de una gran simplicidad, diseñar una de 12

gran rendimiento es una tarea difícil. Mientras que una bomba bien diseñada y depurada puede alcanzar entre el 70 al 90% de eficiencia, sin embargo, no son infrecuentes las cifras de menos de la mitad. La baja eficiencia puede ser aceptable en algunas aplicaciones, pero en los cohetes es un grave problema. Turbobombas de cohetes son importantes y bastante problemático que los vehículos de lanzamiento con cierto sarcasmo se han descrito como 'una turbobomba unida a un cohete'- hasta el 55% del costo total se puede deber a esta. Los problemas más comunes son: un flujo excesivo desde el borde alta de presión a la entrada de baja presión a lo largo de la holgura entre la carcasa de la bomba y el rotor recirculación excesiva de líquido de entrada. excesiva turbulencia del fluido que sale de la carcasa de la bomba. daños por cavitación en las superficies del impulsor en zonas donde el líquido está a baja presión. Además, es fundamental construir la forma precisa del propio rotor. Y otro problema es

la lubricación, ya que además de girar a altas velocidades las

temperaturas son muy distintas, ya que la turbina puede funcionar con gases de escape calientes, el combustible estar a temperatura ambiente y el comburente ser criogénico. 5.5 TURBOSOPLANTES Los soplantes o turbo soplantes son máquinas destinadas a comprimir generalmente aire, en las que la relación de compresión es (1,1 < pc < 3); no tienen ningún tipo de refrigeración incorporada y, en general, son de un único escalonamiento. Así por ejemplo, para el aire que se precalienta en los recuperadores de los altos hornos, la soplantes tiene que impulsarle a una presión equivalente a la resistencia de la conducción, más la resistencia de las toberas de inyección en la zona de fusión de los hornos, con una relación de compresión del orden de 3, utilizándose en estas circunstancias soplantes de varios escalonamientos, en los que el aire no se refrigera, ya que posteriormente habría que precalentarle antes de introducirle en el horno. Las turbos soplantes se pueden clasificar en función de la relación de 13

compresión εc en la forma: Soplantes de BP

εc = 1,1 a 1,5

Soplantes de MP

εc = 1,5 a 2,5

Soplantes de AP

: εc = 2,5 a 4.

El número de revoluciones de los turbos soplantes varía de 3.000 a 21.000 rpm. 5.6 CONDENSADORES El condensador termodinámico es utilizado muchas veces de

en

la

industria

la refrigeración, el aire acondicionado o en la industria naval y en la

producción de energía

eléctrica,

en centrales térmicas o nucleares.

La condensación se puede producir bien utilizando aire mediante el uso de un ventilador o con agua (esta última suele ser en circuito cerrado con torre de refrigeración, en un río o la mar). La condensación sirve para condensar el Vapor o para condensar el vapor comprimido de un compresor de frío en un circuito frigorífico. Cabe la posibilidad de seguir enfriando ese fluido, obteniéndose líquido su enfriado en el caso del aire acondicionado.

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Adopta diferentes formas según el fluido y el medio. En el caso de un sistema fluido/aire, está compuesto por un tubo de diámetro constante que curva 180° cada cierta longitud y unas láminas, generalmente de aluminio, entre las que circula el aire. Un condensador es un cambiador de calor latente que convierte el vapor (en estado gaseoso) en vapor en estado líquido, también conocido como fase de transición. El propósito es condensar la salida (o extractor) de vapor de la turbina de vapor para así obtener máxima eficiencia e igualmente obtener el vapor condensado en forma de agua pura de regreso a la caldera. La función principal del condensador en una central térmica es ser el foco frío o sumidero de calor dentro del ciclo termodinámico del grupo térmico. Por tanto, su misión principal es condensar el vapor que proviene del escape de la turbina de vapor en condiciones próximas a la saturación y evacuar el calor de condensación (calor latente) al exterior mediante un fluido de intercambio (aire o agua). Tipos de condensadores para centrales térmicas Según su disposición relativa con respecto de la turbina de vapor, los condensadores pueden clasificarse en: -

Axiales.

-

Laterales.

-

Inferiores.

Según el número de pasos, pueden ser: 15

-

De un paso.

-

De dos pasos.

Según el número de cuerpos: -

De un cuerpo..

-

De dos cuerpos.

5.7 Eyectores de Aire Se utilizan en grandes tanques de almacenamiento, donde los medios de comunicación en el mantenimiento de la suspensión son esenciales. Montado en la parte inferior de la cisterna y construido de acero inoxidable y hierro fundido para trabajo pesado, el eyector prevé largo, operación libre de corrosión. Las bombas están conectadas a través de guías y puede ser reparado, sin entrar en el tanque.  Los eyectores funcionan según el principio de Venturi y se distinguen entre eyectores de una etapa y eyectores con tecnología de toberas Eco. En los eyectores se introduce aire comprimido a través de la conexión (A). Éste fluye por la tobera Venturi (B). El aire se ve acelerado y comprimido. Después de pasar por la tobera se alivia el aire acelerado y se produce una depresión (vacío). De este modo, el aire se aspira a través de la conexión de vacío (D). El aire aspirado y el aire comprimido salen a través del silenciador (C).

5.8 CRITERIOS DE SELECCIÓN Seis criterios deben ser considerados al momento de seleccionar una caldera para cumplir con los requerimientos de la aplicación. Estos criterios son: 1. Requerimientos de códigos y normas 2. Vapor o agua caliente 16

3. Carga de la caldera 4. Número de calderas 5. Consideraciones de funcionamiento 6. Consideraciones especiales Códigos y Normas Existe un número de códigos y normas, leyes y regulaciones que abordan a las calderas y el equipo asociado que deben ser considerados cuando se diseña un sistema. Los requerimientos regulatorios son dictados por varias instituciones y todas ella se enfocan principalmente en la reglas

claves a

considerar:

seguridad.

La industria

Aquí

presentamos

algunas

de la caldera está estrictamente

regulada por la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME: American Society of Mecánica Engineers) y por los códigos ASME, los cuales gobiernan el diseño, la inspección y el seguro de calidad de las calderas. Los recipientes a presión de las calderas deben presentar el estampado ASME. (Desarenadores, economizadores y otros recipientes a presión también deben estar estampados por ASME). La compañía aseguradora de la instalación o la caldera puede exigir requerimientos adicionales. Los fabricantes de calderas proveen a sus clientes opciones para satisfacer las exigencias de las compañías aseguradoras. Estas opciones son accesorios o equipo que usualmente pertenecen a controles de seguridad. Algunas industrias como la de alimentos, bebidas

o

farmacéuticas

pueden

tener

también

algunas

regulaciones

adicionales que tienen un impacto en la caldera y en el cuarto de calderas. . Se pueden aplicar restricciones adicionales en zonas donde la calidad del aire no cumple con los estándares de calidad de la nación y, por lo tanto, las emisiones contaminantes son más exigentes. Se puede requerir de un operador de tiempo completo para la caldera. Los requerimientos del operador dependen del tamaño de la caldera, presión, superficie de calentamiento o volumen de agua.

Las

calderas

pueden

ser

seleccionadas,

lo

que

minimiza

los

requerimientos, ya sea porque cumple los requerimientos y se está exento o por poseer un equipo especial que da al operador más libertad en las instalaciones. La mayoría de los estados o provincias requieren de una inspección anual. Pueden existir otros requerimientos por cumplir debido a la 17

tubería. Vapor de agua caliente Ahora que se cuenta con una visión general de los tipos de requerimientos en códigos y normas para calderas, debemos ver la aplicación que se le va a dar a la caldera con el fin de saber cómo será utilizada esta caldera. Recuerde que el objetivo principal de una caldera es suministrar

energía

para

alguna

operación en alguna instalación – calefacción, procesos de manufactura, lavandería, cocinas, etc. La naturaleza de la operación dictará si se empleará una caldera de vapor o de agua caliente. Carga en la caldera generador de vapor que se instale en cualquier industria debe ser seleccionado de forma tal que en todo momento satisfaga los requerimientos de vapor, ya sea cuando el proceso está demandando cargas mínima, máxima o normal, siempre teniendo en cuenta que esto debe suceder con la mayor eficiencia posible en el trabajo del equipo. Como el régimen de trabajo es variable en la gran mayoría de los procesos, entonces se define un coeficiente o factor de carga, el cual permite conocer en qué medida el generador de vapor está siendo explotado con respecto a su capacidad, o lo que es igual, en cuanto se encuentra subutilizado. La información necesaria para el análisis de este factor de carga puede ser tomada a partir de los datos de chapa de la caldera y de los equipos consumidores, los que se suman algebraicamente en el caso de que dichos consumidores trabajen a tiempo completo, consumiendo esta cantidad de vapor. Pero en la mayoría de los casos, los procesos no funcionan de esta manera, sino que el consumo es intermitente o discontinuo, lo cual quiere decir que cada consumidor trabaja sólo una parte del tiempo consumiendo vapor, como sucede, por ejemplo, en las cocinas, lavanderías y procesos de esterilización. Otra forma de conocer o determinar el factor de carga, consiste en tomar durante una jornada de trabajo de la caldera, total o parcial, la cantidad de 18

arranques y paradas del quemador, y los tiempos correspondientes a los mismos. Sumando estos tiempos se puede conocer cuánto del tiempo total estuvo realmente trabajando el generador de vapor, y con ello se puede determinar el factor de carga, el cual se formula de la manera siguiente: Φ = ttq / ttgv Donde:

ttq: Tiempo de trabajo del quemador (h) ttgv: Tiempo de trabajo del generador de vapor (h). cumpla con los requisitos de selección y eficiencia antes mencionados, la variable debe ser 1. Funcionamiento Saber cómo funcionan las calderas industriales es muy importante porque estas son máquinas ampliamente utilizadas en muchos procesos industriales. Las calderas son equipos para la generación de vapor. Son instrumentos térmicos que tienen el propósito de convertir el agua en vapor, por medio de la quema de cualquier tipo de combustible. Se utilizan en numerosos procesos industriales que requieren altas temperatura, particularmente en la industria química, petroquímica y otras muy diversas. El vapor, que es producido por un generador, avanza a alta presión a través de tuberías. Las calderas industriales, calientan agua y generan vapor, utilizando para ello dos métodos muy comunes: el tubo de humo y el tubo de agua. Al comienzo de la revolución industrial, cuando las calderas industriales se popularizaron, las de tubos de calor fueron las más utilizadas. Estas se montaban sobre un tanque de agua atravesado por tuberías. Los gases calientes del fuego, hecho con carbón o madera, pasaban a través de tuberías para calentar el agua en el tanque, generando vapor para su uso en procesos industriales. Este tipo de caldera era muy peligroso, ya que el tanque estaba totalmente presurizado. En este caso, si el tanque estalla, la explosión puede costar varias vidas o lesiones muy graves a las personas que se encuentren cerca. MANTENIMIENTO CONSTANTE DE LAS CALDERAS Como ya se mencionó anteriormente, las calderas industriales necesitan un mantenimiento constante. La presión a la que es sometida esta máquina hace 19

que siempre este latente el peligro de explosión, con consecuencias fatales. El cilindro debe ser drenado y limpiado en determinados momentos, ya que la cantidad de minerales y de nitritos que por el fluyen puede obstruirlo. Los tubos deben ser lubricados constantemente. Todos

los

componentes

de

las

calderas

deben

ser

inspeccionados

periódicamente para evitar corrección o fugas. El indicador de presión debe ser monitoreado constantemente para detectar cualquier anormalidad a tiempo. Las calderas industriales, aún en el siglo XXI siguen siendo el motor que potencia muchas industrias en Europa y en el mundo. Por supuesto en Maquiclick también las tenemos. Bibliografías http://www.monografias.com/trabajos11/valvus/valvus.shtml www.quiminet.com/articulos/los-3-principales-tipos-de-trampas-de-vapor2681645.htm www.quiminet.com/articulos/los-manometros-y-termometros-instrumentos-demedicion-para-aplicaciones-industriales-2671619.htm es.omega.com/prodinfo/pirometros.html es.wikipedia.org/wiki/Turbobomba http://maquinasdebarcos.blogspot.com/2013/04/el-turbosoplante-por-queconsiderarlo.html es.wikipedia.org/wiki/Condensador_(termodinámica)

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