Practica 4 Balance Térmico De Una Planta De Vapor

Objetivos:
a) Conocimiento del motor de vapor como una máquina térmica susceptible de un estudio termodinámico, tanto en su comportamiento teórico como en las condiciones reales de operación.
b) Análisis de un sistema termodinámico donde opera un motor de vapor como elemento de transformación de energía y desarrollo de trabajo.
c) Balance térmico y estudio del ciclo Rankine de laplanta de vapor, considerándolo como un sistema termo dinámico.
d) Construcción de las curvas características del motor de la planta de vapor. Estas curvas serán las de gasto de vapor, presión a la entrada del motor y el consumo específico de vapor como funciones de la potencia desarrollada al freno.
Marco Teórico.-
FUNCIONAMIENTO y COMPORTAMIENTO TEORICO (CICLOS P-V y T-s)
Un motor devapor está constituido, esencialmente, por un mecanismo corredera-biela-manivela en donde el radio de acción es infinito o el centro instantáneo de movimiento de la corredera se encuentra en el infinito debido a que corresponde al movimiento reciprocante de un pistón dentro de un cilindro o camisa. Este mecanismo podría representarse de la siguiente manera:

Por lo general, la manivela no es unvástago sencillo que gira y que tiene su centro en "O", sino que existe una masa completa a la que se fija la biela (se le conoce como cigüeñal) y en cuyo centro de giro se extiende una flecha que recibe el movimiento angular equivalente de la manivela.
Los procesos del diagrama son:
1 – 2 Proceso isobárico, en él ocurre la admisión del vapor; el paso del fluido es directo desde la fuente desuministro.
2 – 3 Proceso isentrópico de expansión del vapor, en él se desarrolla el trabajo del ciclo. Se lleva a cabo desde la presión de admisión hasta la del escape (atmosférica, del condensador, etc.).
3 – 4 Proceso isobárico de expulsión del vapor hacia el exterior del cilindro, en éste se absorbe cierta cantidad de trabajo.
4 – 1 Proceso isentrópico que corresponde al cierre de la válvula deescape y a cierta compresión del vapor residual.

En un diagrama T-s, estos procesos se representarían de la siguiente manera:

La energía que absorbe el émbolo se transmite por la biela hasta la manivela o cigüeñal en donde la flecha, ahí acoplada, entregará el trabajo del motor de vapor en forma de un par a cierta velocidad angular. La potencia teórica que el motor desarrolla será el cambiode entalpía sobre una línea de entropía constante desde las condiciones de entrada al motor de vapor hasta la intersección con la línea de presión de escape. Dicha potencia teórica estará dada por:

(

Siendo h2 y h3s las entalpías específicas en los puntos correspondientes expresadas en kJ/kg, y Gv el gasto de vapor en kg/s.


Si se considera el proceso como realmente sucede, lascondiciones de salida se representarán en el punto 3 y la potencia entregada al motor por el vapor estará dada por:

La eficiencia interna de la máquina será:

Si se tiene algún elemento que absorba la potencia entregada en la flecha del motor como puede ser un freno, un dinamómetro, un generador, etc. , y se mide esta potencia al freno, la eficiencia mecánica del motor de vapor estará definidapor:


El rendimiento total de la máquina será la multiplicación de las eficiencias antes definidas, es decir:

Los factores que determinan que estas eficiencias adquieran valores relativamente bajos son, por orden de importancia:
a) El motor absorbe energía calorífica en forma de vapor a una presión elevada, lo expande hasta la presión de salida y vierte luego el calor del escape.Este calor desperdiciado es la pérdida principal.
b) La condensación inicial del vapor es otro factor que disminuye considerablemente la eficiencia.
c) La expansión incompleta originada por la rapidez del proceso. Este problema se salva un poco trabajando a bajas velocidades.
d) La estrangulación del flujo por su conducción dentro de la máquina.
e) El rozamiento entre los metales...