La presión es fuerza / área, si el área ofrecida por el impulsor de la bomba es menor que el área contra la cual el vapor debe salir de la caldera, y tanto la turbina como la bomba están conectadas, entonces, la misma presión dará como resultado una fuerza menor en la bomba que en la turbina.
Ejemplo:
Supongamos que la bomba es una bomba de pistón, y en el lado de vapor hay un motor de pistón (por simplicidad). En una cierta parte del ciclo, tanto el pistón de la bomba como las válvulas del pistón del motor están abiertas hacia la caldera (la bomba está suministrando agua a la caldera y el motor está extrayendo vapor de la caldera).
La "cara" del pistón de la bomba tiene, digamos, una superficie de 10 cm², mientras que el pistón de la máquina de vapor tiene una superficie de 100 cm². Supongamos que la presión en la caldera es 200kPascal. Esto significa que el pistón de la bomba necesitará forzar su camino contra 200000N / M² * 0.001M² = 200N de fuerza. Mientras que esta presión en la máquina de vapor produce 200000N / M² * 0.1M² = 20kN. Está claro que en un enlace directo entre la bomba y el motor, la máquina de vapor producirá mucha más fuerza que la bomba necesita para alimentar el agua dentro de la caldera contra el gradiente de presión.
A modo de comparación, supongamos que en lugar de bombear agua a la caldera, la bomba toma vapor y la bombea a la caldera. Si el pistón de la bomba es más pequeño (lo que significa una carrera o diámetro más pequeño), la cantidad de masa de agua que sale de la caldera a través del motor sería mayor que la cantidad de masa que vuelve a la caldera a través de la bomba. Si ambos fueran iguales, el motor no generaría ninguna potencia. Mientras que si la bomba pudiera poner más vapor en la caldera de lo que debería salir, tendría una fuente de alimentación de la unidad anterior, es decir, desafiando las leyes de la termodinámica. Pronto la caldera se quedaría sin masa al calor.
Pero, como lo que se bombea dentro de la caldera es agua líquida, y el agua como líquido tiene una densidad mucho más alta que el vapor (lo que significa que el mismo volumen contiene más masa como líquido que como gas, además del hecho de que los líquidos tienen un volumen fijo mientras que el líquido el gas puede expandirse), cuando ese pequeño volumen se bombea a la caldera como agua, la energía térmica agregada al sistema expandirá esta masa en un vapor que tiene mucha presión y mucha menos densidad, para obtener la misma masa de agua (como vapor) fuera de la caldera a través del motor, necesitará un volumen de barrido mucho mayor que el que usó para poner esa agua adentro, lo que resulta en una diferencia en las fuerzas ejercidas por este gas sobre el pistón de la bomba (a través del columna de agua entrante) versus el pistón del motor, decidiendo la dirección hacia la cual se moverá el sistema.
Tengo la idea ?
En otras palabras, la capacidad del agua para cambiar de fase y ocupar un volumen mayor que el líquido de volumen fijo da como resultado una ganancia de potencia neta en este sistema. ¿De dónde viene la energía para causar el cambio de fase, que luego causa este aumento en la presión? Es de la fuente de calor. ¿A dónde va la energía rechazada? Sale del condensador, donde el vapor se vuelve líquido, perdiendo volumen, para ser inyectado nuevamente en la caldera como un líquido de volumen más pequeño y fijo, y así sucesivamente ...
La idea clave aquí es que la presión es igual a la fuerza dividida por el área.
