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LABORATORIO DE TERMODINÁMICA
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REVISIÓN N˚ 01
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PRÁCTICA No. 4
000.INFORMACIÓN GENERAL
Período 2012-B
Materia Termodinámica III
100.INFORMACIÓN DE GRUPO
No. Día Horario
3 Martes 14-16H
200.INFORMACIÓN DEL(os) ALUMNO(s)
1. Sandoval Asimbaya José Antonio CC 1 7 1 9 9 9 2 4 8 7
(APELLIDOS Y NOMBRES COMPLETOS) CÉDULA DE CIUDADANÍA
2. Guanuchi Chávez Esteban Alejandro CC 1 7 1 9 1 8 5 4 8 8
(APELLIDOS Y NOMBRES COMPLETOS) CÉDULA DE CIUDADANÍA
3. CC
(APELLIDOS Y NOMBRES COMPLETOS) CÉDULA DE CIUDADANÍA
300.INFORMACIÓN DE FECHAS
DÍA(dd)
MES(mm)
ANO(aaaa)
DÍAS DE RETRASO (dd)
OBSERVACIONES
Fecha de Realización 1 10 2012
Fecha de Entrega 8 10 2012
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1. Objetivos:
Reconocer cada una de las partes que forman y el ciclo rankine y su
funcionamiento.
Determinar las presiones manométricas en las zonas de: alta, media y baja
presión.
Medir las temperaturas en el panel de control de temperaturas del ciclo
por medio de termocuplas instaladas en el ciclo.
Calcular el trabajo realizado por la turbina dentro del ciclo.
2. Marco Teórico
PROCESO DE LA PRÁCTICA DEL LABORATORIO
1. Encendido de la caldera
2. Esperar que la caldera alcance las condiciones optimas de funcionamiento
3. Arrancar el turbo-generador
4. Con carga cero tomar los datos correspondientes de presión, temperatura, RPM,
flujo másico.
5. Aplicar cargas mediante el banco de resistencias eléctricas, cuando la caldera
vuelve a encender
6. Girar el reóstato de campo en sentido horario hasta que el voltímetro marque
120V este voltaje servirá para excitar la carga
7. Girar hasta la posición ON el dispositivo selector de la primera carga del valor
nominal 0.55 KW
8. Esperar que la caldera se apague y tomar datos, dos veces con la misma carga,
hacer lo mismo para las siguientes cargas
9. Aplicar la segunda carga, girar el dispositivo selector de la primera carga hasta la
posición OFF en sentido horario, girar la posición ON el dispositivo selector de la
segunda carga de valor nominal 2.75 KW
10. Aplicar la tercera carga, girar el dispositivo selector de la carga uno a la posición
ON manteniendo la segunda carga encendida, la tercera carga resulta de la suma
de las dos cargas, valor nominal 3.85 KW
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11. Cerrar el grupo turbogenerador
12. apagar la caldera
Indicar dos maneras de mejorar el rendimiento térmico del ciclo Rankine
CICLO RANKINE CON RECALENTAMIENTO
En el ciclo con recalentamiento, el vapor no se expande por completo en una sola etapa hasta la
presión del condensador. Luego de expandirse parcialmente, el vapor se extrae de la turbina y
se recalienta a presión constante. A continuación, se lo devuelve a la turbina para su expansión
posterior hasta la presión de salida. Se puede considerar que la turbina está constituida por dos
etapas, una de alta y otra de baja presión como lo muestra la siguiente figura
Ciclo rankine con recalentamiento
Consideraciones generales:
Para responder a las crecientes demanda de potencia, las presiones de operación de las
calderas, han ido incrementándose de manera de elevarlas ganancias térmicas al
incrementar la temperatura de entrada a la caldera por efecto de la presión,
disminuyendo el calor transferido al fluido de trabajo. Sin embargo el aumento de la
presión el la caldera origina la disminución de la calidad del vapor de agua que sale de la
turbina como se observa en el diagrama Ts, es decir, A la salida de la turbina de alta
presión, el vapor esta generalmente próximo a la línea de saturación. Para evitar el
problema de erosión de los álabes de la turbina, y seguir aprovechando las ventajas de la
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alta presión en las calderas es necesario el desarrollo de los ciclos con recalentamiento.
La temperatura tras el recalentamiento, es generalmente igual o algo inferior a la
temperatura de entrada en la primera etapa de la turbina.
El máximo rendimiento térmico de un ciclo ideal con recalentamiento se obtiene cuando
el cociente PsalPent
en la turbina de alta presión, se encuentra dentro del intervalo de 0,15 a
0,35.
La temperatura promedio durante el proceso de recalentamiento puede incrementarse si se
aumenta el número de etapas de expansión y recalentamiento. Sin embargo, el uso de más de
dos etapa de recalentamiento no es práctico, la ganancia en la eficiencia es tan pequeña que no
justifica el costo y la complejidad adicional. El doble recalentamiento se emplea sólo en plantas
de energía de presión supercrítica.
Para calcular el rendimiento térmico de un ciclo de recalentamiento, hay que tomar en cuenta el
trabajo que sale de ambas etapas de la turbina, así como el calor transferido en la zona de la
caldera-sobrecalentador (qcal ) y en la zona de recalentamiento (qrecal) rendimiento térmico esta
dado por
ηt=W turbalta+W turbbaja−W bomba
qcal+qrecal=
(h3−h4 )+ (h5−h6 )−wb(h3−h2 )+(h5−h4 )
CICLO RANKINE CON REGENERACIÓN
El ciclo regenerativo consiste, en extraer parte del vapor expandido en la turbina y utilizarlo para
suministrar calor al fluido de trabajo, aumentado su temperatura antes de pasar por la fuente
principal de calor (Caldera) a una presión determinada. Existen dos tipos de calentadores uno
denominado calentador abierto o de contacto directo y el calentador cerrado o cambiador de
calor de carcasa y tubos.
Ciclo Rankine con calentadores abiertos
En el caso ideal, se ajustan los flujos másicos de las corrientes que entran al calentador, de
manera que el resultado de la mezcla a la salida del calentador sea líquido saturado a una
presión determinada. Las presiones de entrada deben ser iguales, para que no se produzcan
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retornos indeseables en las líneas de tuberías.
El análisis teórico de un calentador abierto en un ciclo ideal regenerativo se emplean los
principios de conservación de la masa y la energía aplicados al volumen de control mostrado en
la anterior
De la misma manera, el balance de energía con es:
Eliminando al combinar las ecuaciones anteriores tenemos:
Dividiendo toda la ecuación anterior entre la masa total m1 tenemos:
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Si la fracción de vapor de agua extraída de la turbina m4m1
, en el estado 4 se representa por y4, en
la ecuación anterior entonces:
El trabajo total que sale de la turbina, referido a la unidad de masa que atraviesa la zona de la
caldera y el sobrecalentador, es:
El trabajo de la bomba de condensado en condiciones isentrópicas, referido a la masa que
atraviesa al condensador, es:
El trabajo de la bomba de alimentación en condiciones isentrópicas, referido a la masa total del
ciclo, es:
Realizar un grafico de temperatura tiempo para el funcionamiento de las calderas
desde las condiciones ambientales hasta las condiciones de operación
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APROBADO POR:0 20 40 60 80 100 120
0
50
100
150
200
Temperatura vs tiempo
TEMPERAT...
Tiempo (S)
Tem
pera
tura
(°C)
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Realizar un grafico de Presión tiempo para el funcionamiento de las calderas desde
las condiciones ambientales hasta las condiciones de operación
Explique que es una caldera pirotubular y acuatubular, y las diferencias
entre ellas.
Pirotubular: Está interiormente por un paquete multitubular de transmisión de calor y
una cámara superior de formación y acumulación de vapor, los tubos están
completamente rodeados de agua, los gases pasan por el interior de los tubos,
presentan una elevada perdida de carga en los humos.
Acuatubular: en esta caldera el agua esta dentro de los tubos ubicados
longitudinalmente en el interior, el vapor producido por la combustión rodea los tubos y
calienta el agua, soporta mayores presiones.
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0 20 40 60 80 100 120 140 1600
102030405060708090
Presion Vs Tiempo
TEMPERATURA
Tiempo (S)
Pres
ion
(psi)
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3. Explique el funcionamiento de la válvula de control que regula el paso de
vapor a la turbina y su efecto en el ciclo.
En estos elementos se produce un cambio de la presión del fluido mediante una transformación
isoentálpica, desde la alta presión y temperaturas existentes en el condensador, a la baja
presión y temperaturas requeridas en el evaporador, al disminuir la presión y la temperatura del
fluido, cuando éste atraviesa por esta válvula, se reduce la entalpía específica del líquido, lo que
requiere que parte de él vaporice, absorbiendo en esta evaporación parcial el calor sobrante,
(diferencia entre las entalpías específicas del líquido antes y después de la válvula).
4. Explique qué es un rotámetro, su utilidad y describa el principio de
funcionamiento.
Los rotámetros o flujómetros son instrumentos utilizados para medir caudales, tanto de líquidos
como de gases que trabajan con un salto de presión constante. Se basan en la medición del
desplazamiento vertical de un “elemento sensible”, El principio de funcionamiento de los
rotámetros se basa en el equilibrio de fuerzas que actúan sobre el flotador. En efecto, la
corriente fluida que se dirige de abajo hacia arriba a través del tubo cónico del rotámetro,
provoca la elevación del flotador hasta una altura en que el área anular comprendido entre las
paredes del tubo y el cuerpo del flotador, Las fuerzas que actúan sobre el flotador son tres y de
naturaleza distinta
5. CUADRO DE DATOS1.- CONDICONES AMBIENTALES
Temperatura de bulbo seco Tbs [ºF]
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Temperatura de bulbo húmedo Tbh [ºF]Humedad relativa ∅ [%]
Presión atmosférica P atm [mmHg]
2.- TEMPERATURA
CARGA[kw]
CALDERA
[ºC]
T1[ºC]
T2[ºC]
T3[ºC]
T4[ºC]
T5[ºC]
T6[ºC]
T7[ºC]
T8[ºC]
T9[ºC]
0 160 160 160 144 45 64 32 18 300 160 160 160 145 30 64 32 18 29
0.55 161 160 160 146 31 64 33 18 320.55 160 159 159 146 30 64 33 18 302.75 160 159 159 148 32 61 36 18 332.75 160 160 160 148 31 63 36 18 333.85 160 160 160 149 33 64 37 18 343.85 160 160 160 149 33 64 37 18 34
3.- PRESIONES
CARGA[kw]
CALDERA[psig]
P1 P2 P3 P4 P5 P6
[psig] [psig] [psig] [psig] [psig] [psig]0 83 85 76 20 14 150 84 82 78 20 14 14.7
0.55 84 82 78 20 14 14.80.55 81 75 78 20 14 162.75 82 81 80.5 30 15 15.82.75 82 82 84 30 14 153.85 82 81 85 40 14 14.83.85 82 81 84 40 14 15
4.- GENERADOR Y BANCO DE RESISTENCIAS
CARGA[KW]
FUERZA[lbf]
R[in]
RPM V[V]
I[A]
0 0.6 9.252 3028 20 00 0.6 9.252 3023 20 0
0.55 1.25 9.252 3015 120 10.55 1.25 9.252 3008 120 12.75 4 9.252 2974 130 72.75 3.8 9.252 2997 130 7
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3.85 5 9.252 2974 120 93.85 5 9.252 2970 120 9
5- FLUJO DE AGUA Y CONSUMO DE COMBUSTIBLE
CARGA[KW
CONDENSADOR ENFRIAMIENTOCONDENSADOR
Q[IGPM]
Vc[cm3]
tc[s]
0 1000 63 100 1000 71 10
0.55 1000 62 9.50.55 1000 67 9.52.75 1000 48 102.75 1000 54 103.85 1000 46 103.85 1000 47 10
Bibliorafia
http://libros.redsauce.net/Refrigeraci%C3%B3n/PDFs/03Refrig.pdf http://www.efn.unc.edu.ar/departamentos/aero/Asignaturas/MecFluid/material/
Teoria%20Rotametro.pdf
http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/325/1/CD-0307.pdf http://termoaplicadaunefm.files.wordpress.com/2009/02/tema-1-ciclo-de-vapor.pdf
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-El informe de la práctica se lo debe realizar de manera individual o en parejas.-El plazo de entrega es de una semana a partir de la práctica.-Los informes serán digitales, y enviados al correo indicado.-No se tolerará ningún tipo de copia o plagio (citar y referenciar cualquier fuente de consulta)
FORMATO Letra: Arial 11 Interlineado: 1,15
CONTENIDO
5. CARÁTULA (dada por el laboratorio)
6. OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA (Máximo 4)
7. MARCO TEÓRICO
Proceso de realización de la Práctica
Indicar dos maneras de mejorar el rendimiento térmico en un ciclo Rankine
Realizar un gráfico temperatura-tiempo para el funcionamiento de una caldera
desde las condiciones ambientales hasta la finalización de la práctica (aprox.)
Realizar un gráfico presión-tiempo para el funcionamiento de una caldera
desde las condiciones ambientales hasta la finalización de la práctica (aprox.)
Explique que es una caldera pirotubular y acuatubular, y las diferencias entre
ellas. (Máximo 6 líneas)
8. EXPLIQUE EL FUNCIONAMIENTO DE LA VÁLVULA DE CONTROL QUE
REGULA EL PASO DE VAPOR A LA TURBINA Y SU EFECTO EN EL
CICLO. (Máximo 6 líneas)
9. EXPLIQUE QUÉ ES UN ROTAMETRO, SU UTILIDAD Y DESCRIBA EL
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO. (Máximo 6 líneas)
10. CUADRO DE DATOS.
11. EJEMPLO DE CÁLCULOS (Solo para una condición de funcionamiento)
- Entalpías
- Flujo másico de vapor
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- Calor añadido
- Calor rechazado
- Potencia isoentrópica de la turbina
- Potencia de la turbina (eficiencia isoentrópica de la turbina: asumir 90%)
- Potencia al eje del generador
- Potencia eléctrica
- Rendimiento térmico
- Eficiencia isoentrópica de la turbina
- Eficiencia de la transmisión
- Eficiencia del generador
- Rendimiento total
12. CUADRO DE RESULTADOS (1 solo valor para cada condición de carga,
kW)
13. DIAGRAMA T-s DEL CICLO (del ciclo ideal y real del laboratorio,
superpuestos)
14. DIAGRAMA SANKEY (1 para cada condición de carga)
15. EXPLIQUE SI EL CALOR AÑADIDO CALCULADO (y empleado para
calcular el rendimiento térmico) ES IGUAL AL CALOR AÑADIDO
SUMISTRADO POR LA COMBUSTIÓN DE DIESEL EN EL QUEMADOR
(Máximo 8 líneas)
16. ANÁLISIS DE RESULTADOS
17. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
18. BIBLIOGRAFÍA
ENVIAR A:
-Correo: [email protected]
-Asunto: LT_Rankine_GrupoNo#
-Archivo: LT_ Rankine_Apellido1_Apellido2
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