turbinas de vapor

Equipos Rotativos

Capítulo III
Turbinas a Vapor

RAFAEL MONZON HERRERA

III-1

Equipos Rotativos

Tema 1
Termodinámica del Proceso de
Expansión

RAFAEL MONZON HERRERA

III-2

Capítulo III: Turbinas a Vapor

Tema 1. Termodinámica del Proceso de Expansión

Termodinámica del proceso de expansión
Dv 2 Dz * g
H2 - H1 +
+
=Q - W
2gc
gc
Donde
H2 - H1 = diferencia deentalpía entre los estados 1 y 2

Dv 2
2gc
Dz * g
gc

= cabezal de velocidad o energía cinética del vapor

= energía debida a la posición con respecto a un plano de
referencia o energía potencial

Q

= calor intercambiado por el sistema

W

= trabajo realizado por el sistema

RAFAEL MONZON HERRERA

III-3

Equipos Rotativos

Tema 2
Métodos de Cálculo

RAFAEL MONZONHERRERA

III-4

Tema 2. Métodos de Cálculo

Capítulo III: Turbinas a Vapor

Diagrama de Mollier

P

S3
S1

P1

1
3

P2

T1

2
T2
T3

H3 H2 H1
RAFAEL MONZON HERRERA

H
III-5

Capítulo III: Turbinas a Vapor

Tema 2. Métodos de Cálculo

Eficiencia adiabática

El valor de la eficiencia adiabática de una turbina se
determina con la medición del trabajo real que seobtiene
entre las condiciones de entrada (punto 1 en el diagrama
de Mollier), de salida (punto 3 en el diagrama de Mollier); y
el cálculo del trabajo isoentrópico de expansión ( trabajo
ideal ) entre las condiciones de entrada y la presión de
salida, siguiendo la trayectoria a entropía constante.

RAFAEL MONZON HERRERA

III-6

Tema 2. Métodos de Cálculo

Capítulo III: Turbinas a VaporMétodo isoentrópico de expansión

En términos matemáticos, la definición de eficiencia
adiabática es expresada por:

Wreal H3 - H1
hadia =
=
Wideal H2 - H1
DH real =

RAFAEL MONZON HERRERA

DHadia * hadia

III-7

Tema 2. Métodos de Cálculo

Capítulo III: Turbinas a Vapor

Método isoentrópico de expansión, cont.

La entalpía real del punto de salida ( punto 3 en eldiagrama de Mollier ) se calcula por:

DH real = H3 - H1
H real = H1 + DH real

RAFAEL MONZON HERRERA

III-8

Tema 2. Métodos de Cálculo

Capítulo III: Turbinas a Vapor

Método isoentrópico de expansión, cont.

La potencia generada en la expansión del vapor se calcula por:

w * Wadia * hadia
550
Donde:
w = masa del vapor en lb/s
Wadia = trabajo máximo (adiabático y reversible)que se obtiene de la
expansión del vapor en lbf-pie
hadia = eficiencia adiabática de expansión
1HP = 550 lbf-pie/s (factor de conversión)
RAFAEL MONZON HERRERA

III-9

Capítulo III: Turbinas a Vapor

Tema 2. Métodos de Cálculo

Ejercicio N° 1

Con la finalidad de mostrar los conceptos anteriores se resolverá el
siguiente ejercicio, el cual considera la turbina a vapor representadaen la figura adjunta.

T1 = 700 °F
P1 = 300 psia
v1 = 164 pie/s
z1 = 32.8 pie

RAFAEL MONZON HERRERA

P2 = 2.2 psia
X2 = 90 %
v2 = 590 pie/s
z2 = 19.68 pie
III-10

Capítulo III: Turbinas a Vapor

Tema 2. Métodos de Cálculo

Ejercicio N° 2

A continuación se realizará el siguiente ejercicio, el cual considera la
turbina a vapor representada en la figura adjunta.

T1 = 700 °FP1 = 400 psia

RAFAEL MONZON HERRERA

P2 = 7.5 psia
T2 = 212 °F

III-11

Capítulo III: Turbinas a Vapor

Tema 2. Métodos de Cálculo

Método GPSA: Proceso adiabático e irreversible. Utilización
de la eficiencia adiabática y del coeficiente adiabático

Este método es de uso común en la industria, se utiliza para turbinas
a vapor y a gas, donde no se tiene disponible el diagramade Mollier.
Los valores de temperatura y presión deben estar en términos
absolutos.

El cabezal isoentrópico de expansión del vapor se calcula mediante:

éæ P ö (K-1)/ K ù
ZRT1 K
Hadia =
êç 2 ÷
- 1ú
M(K - 1) êè P1 ø
ú
ë
û
RAFAEL MONZON HERRERA

III-12

Tema 2. Métodos de Cálculo

Capítulo III: Turbinas a Vapor

Método GPSA: Proceso adiabático e irreversible. Utilización...