DEPARTAMENTO DE MECNICA

PGINA 10MAQUINAS TERMICAS - Gua de Trabajos Prcticos Estudio de los Ciclos de Vapor -

Departamento de Mecnica

ALUMNO ........................................................ MATERIA: MAQUINAS TERMICAS I

AUTOR DEL INFORME: ................................................... GRUPO: ..........................

REALIZACIN DEL TRABAJO PRACTICO: ............ NOTA CONCEPTO: ......

PRESENTACIN DEL ORIGINAL: ..................................................................

FECHA DE:

FIRMA DEL ORIGINAL: ........................................ VB ORIGINAL: ...............

FIRMA DE LA COPIA: ............................................ VB COPIA: ....................

TRABAJO PRACTICO N 1- Primera y segunda parte SON 9 HOJAS

TITULO: Estudio de los ciclos de vapor

PRIMERA PARTE: - Ciclos ideales

1- Objetos: Determinar el rendimiento trmico y hallar la mejora de rendimiento con respecto a un ciclo Rankine, para las siguientes evoluciones:

Ciclos Rankine

Ciclo con sobrecalentamiento (Hirn)

Ciclo con recalentamiento intermedio, efectuando la primera expansin en la turbina hasta la temperatura media termodinmica a la que absorbe calor el ciclo parcial con sobrecalentamiento.

Ciclo con recalentamiento intermedio, de tal manera que el vapor que sale de la turbina en la zona de baja presin est sobre la curva lmite superior.

2- Datos del problema:

Presin en el cuerpo cilndrico del generador de vapor.

Pd =

(ate)

KN/m2 Presin del vapor sobrecalentado a la salida del generador de vapor.

P3=

(ate)

KN/m2 Temperatura del vapor sobrecalentado y recalentado, segn corresponda, a la salida del generador de vapor

t3=

C

K

Presin del vapor sobrecalentado antes de la vlvula de la turbina.

P3=

(ate)

KN/m2 Temperatura del vapor sobrecalentado antes de la vlvula principal de la turbina.

t3 =

C

K

Temperatura del agua de circulacin

te =

C

K

Rendimiento de la turbina

(t =

%

Rendimiento de la bomba de alimentacin

(b =

%

3- Enfoque grfico del problema: En un diagrama T-S se trazan los cuatro ciclos enunciados:

4- Desarrollo del clculo:4.1- Trabajo de la bomba de alimentacin (ALb)

El trabajo de la bomba de alimentacin se calcular mediante la frmula que ms abajo se detalla y ser el mismo para los cuatro ciclos a estudiar.

ALb = i2 i1 = A.v (Pd Pc ) =

kcal/kg

=

kJ/kg

como no se conoce el valor de i2 recurrimos para determinar el trabajo de la bomba a la segunda igualdad, siendo:

A = equivalente trmico del trabajo, 1/427

(kcal/kgm)

v = volumen especifico del agua de alimentacin, 0.001

(m3/kg)

Pd = presin de trabajo del generador de vapor

(kg/m2)

Pd =

ate=

ata=

(kg/m2)

Pc = presin en el condensador, obtenida del grfico que se adjunta CURVAS DE PRESIONES ABSOLUTAS EN LOS CONDENSADORES DE TURBINAS. Para obtener la presin absoluta en el condensador entramos con la temperatura del agua de circulacin, dato del problema, hasta interceptar a la curva punteada obtenida de construcciones ya realizadas.

Pc =

ate=

ata=

(kg/m2)

Por lo tanto el trabajo de la bomba ser

ALb = 1/427 . 0,001 . (Pd Pc)=

kcal/kg

=

kJ/kg

Una vez calculado el trabajo de la bomba podremos obtener el valor i1, de las tablas de vapor, ya que conocemos la presin en el condensador, pudindose calcular el valor de i2. En consecuencia:

i2 = ALb + i1 =

kcal/kg

=

kJ/Kg

4.2- Calor aportado al ciclo (Q1)- Ciclo Rankine: El calor aportado se puede obtener determinando el valor de i3 de las tablas de vapor conociendo los datos del problema, por lo tanto:

Q1R = i3 i2 =

kcal/kg

=

kJ/kg

- Ciclo con sobrecalentamiento: De la misma forma que en el apartado anterior se calcular el calor aportado al ciclo:

Q1S = i3 i2 =

kcal/kg

=

kJ/kg

- Ciclo con recalentamiento intermedio 1El calor aportado ser:

Q1I = (i3 i2) + (i6 i5) =

kcal/kg

=

kJ/kg

Para definir el punto 5 nos valdremos de la definicin de la temperatura media termodinmica a la que absorbe el calor el ciclo parcial con sobrecalentamiento, siendo la misma:

K

Los valores de S3 y S2 se obtendrn utilizando las tablas de vapor, conociendo Pd, t3 e i2

con Pd y t3S3=

kcal/kgK

=

kJ/kg/k

con i2S2 =

kcal/kgK

=

kJ/kg/k

Conocida la temperatura media termodinmica del ciclo parcial con sobrecalentamiento en la isoentrpica que pasa por el punto 3, determinamos en un diagrama T-S I-S, el punto 5 y en consecuencia la entalpa del mismo, siendo:

i5 =

kcal/kg

=

kJ/kg

Fijado el punto 5 y siguiendo por la isobara P5 hasta la interseccin con la isotrmica T3, hallamos el punto 6, siendo para el mismo:

i6 =

kcal/kg

=

kJ/kg

Conocidos estos puntos podemos determinar el calor aportado para este ciclo.

- Ciclo con recalentamiento intermedio -2

Lo mismo que en el ciclo anterior el calor aportado ser:

QIII (i3 i2) + (i6 i5) =

kcal/kg

=

kJ/kg

A partir del punto 4, ubicado sobre la curva lmite superior de la campana, elevamos una isoentrpica hasta interceptar a la isotrmica que pase por el punto 3, hallando el punto 6.

i6 =

kcal/kg

=

kJ/kg

En la intercepcin de la isobara que pasa por el punto 6 y la isoentrpica que pasa por el punto 3, definen la posicin 5, siendo:

i5 =

kcal/kg

=

kJ/kg

Lo mismo que en el caso anterior conociendo estos dos puntos podemos obtener el calor aportado al ciclo.

4.3- Trabajo obtenido en la turbina (ALt )

El trabajo obtenido en la turbina, se expresa:

ALtR= i3 i4 =

kcal/kg.

=

kJ/kg

El valor de la entalpa en el punto 4 puede ser hallado de la siguiente manera:

i4 = i1 + TC (S3 S1) =

kcal/kg

=

kJ/kg

Con el uso de las tablas de vapor y los datos del problema, obtendremos los valores de S1 y S3, siendo:

TC = 273 + tc=

K

- Ciclo con sobrecalentamiento

El trabajo realizado por la turbina, ser

ALtS = i3 i4 =

kcal/kg

=

kJ/kg

El valor de i4 se puede calcular de la siguiente manera:

i4 = i1 +TC (S3 S1) =

kcal/kg

=

kJ/kg

Con los datos del problema y las tablas de vapor, obtendremos:

S3 =

kcal/kg K

=

kJ/kg K

El resto de los valores fueron calculados anteriormente.

- Ciclo con recalentamiento intermedio 1

ALtI = (i3 i5) + (i6 i4) =

kcal/kg

=

kJ/kg

Los valores de i1, i3, i5 e i6 fueron calculados anteriormente mientras que el punto 4 se calcular utilizando el mismo criterio que en los casos anteriores.

i4 = i1 +TC (S6 S1) =

kcal/kg

=

kJ/kg

- Ciclo con recalentamiento intermedio 2ALtII = (i3 i5) + (i6 i4) =

kcal/kg

=

kJ/kg

Los valores de i3, i5 e i6 fueron calculados anteriormente, mientras que el valor de i4 puede obtenerse con PC.

4.4- Rendimiento de los ciclos (resultados con tres decimales)

- Ciclo RankineEl rendimiento de un ciclo se expresa como el cociente entre el trabajo til y el calor aportado, por lo tanto ser:

- Ciclo con sobrecalentamiento

- Ciclo con recalentamiento intermedio 1

- Ciclo con recalentamiento intermedio 2

4.5- Mejora de los rendimientos de los ciclos con respecto al ciclo Rankine

5- Conclusiones:El alumno deber dar su conclusin sobre el desarrollo seguido y los resultados obtenidos del problema.

SEGUNDA PARTE Ciclo real con sobrecalentamiento

1- Objeto: Determinar el rendimiento trmico y el factor de calidad para un ciclo con sobrecalentamiento en condiciones reales y compararlo con el ciclo ideal correspondiente.

2- Datos del problema: Se utilizarn los datos dados en la primera parte de este trabajo prctico.

3- Enfoque grfico del problema:

4- Desarrollo del clculo:

4.1- Ciclo ideal:

Se utilizarn los valores obtenidos en la primera parte de este trabajo prctico para los ciclos con sobrecalentamiento.

4.2- Factor de calidad del ciclo ideal:

El factor de calidad se expresa como el cociente entre el trabajo til del ciclo y la exerga entregada en forma de calor por el combustible, expresndose:

siendo:

Qe= e3-e2=i3-i2-T0(S3-S2) =

kcal/kg

=

kJ/kg

4.3- Trabajo de la bomba en un ciclo realSe expresa:

ALbr = 0,001/427 . (Pd PC) /(b =

kcal/kg

=

kJ/kg

Valindonos de la definicin de rendimiento en la bomba de alimentacin, podemos obtener la entalpa del punto 2, as:

donde:

i2 =i1 + (i2-i1) / (b =

kcal/kg

=

kJ/kg

4.4- Trabajo realizado por la turbina en un ciclo real

Se expresa como:ALtr= i3 i4 =

kcal/kg

=

kJ/kg

donde el valor de i3 lo obtendremos de las tablas de vapor a partir de los datos del problema e i4 a partir de la ecuacin de rendimiento de la turbina, as:

i4 = i3 - (t . (i3 i4)=

kcal/kg

=

kJ/kg

i4= i1 + TC (S3 S1 )=

kcal/kg

=

kJ/kg

4.5- Calor entregado al ciclo real:Se expresa:Q1r = i3 i2 =

kcal/kg

=

kJ/kg

4.6- Rendimiento trmico del ciclo real

Se expresa:

4.7- Exerga entregada al ciclo real

Se expresar, considerando las prdidas por conduccin:Qer = e3-e2 + T0 (S3 S3)

=i3-i2 T0 (S3 S2) + T0 (S3-S3)

=

kcal/kg

=

kJ/kg

donde el valor de S2 se obtendr de las tablas de vapor con valor de i2.

4.8- Factor de calidad para el ciclo real:(r=ALu / Qer=

5. Conclusiones:

Curva de presiones absolutas en los condensadores de turbina

(Curva punteada obtenida de construcciones ya realizadas)

Grfico obtenido Standard of the Heat Exchange Institute

Condiciones bsicas:

Coeficiente de ensuciamiento 0,85

Nmero de pasos 2

Velocidad del agua en los tubos ( 1,9 m/s|

20/09/00

UNLZ Facultad de Ingenieria

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