Turbinas

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PRÁCTICA CICLO DE VAPOR

Este documento presenta un informe de laboratorio de la práctica del ciclo turbina de vapor realizado en el Laboratorio de Plantas Térmicas de la Universidad Nacional (sede Bogotá) con el fin de analizar el funcionamiento de la máquina generadora a distintos requerimientos de carga, haciendo un análisis de la eficiencia de la turbina y observando las propiedades en cadafase del ciclo Rankine.

1. RESUMEN DE LA PRÁCTICA

Se pusieron en funcionamiento una caldera horizontal marca Distal de 40 BHP la cual está integrada a un sistema de generación de energía eléctrica de un 1KW marca Westinghouse en el laboratorio de plantas Térmicas de la Universidad Nacional de Colombia sede Bogotá con el fin de determinar el comportamiento de la eficiencia de la turbinade acuerdo a la potencia generada. Se realizaron mediciones de presión, temperatura y flujo en diferentes puntos del sistema y se determinaron las propiedades termodinámicas necesarios para realizar los cálculos de flujos de calor y trabajo involucrados en el ciclo. Se determinó que la eficiencia de la turbina es del orden de… y que existe una relación… entre la eficiencia de la turbina y lapotencia generada por la misma.

1. OBJETIVOS:
2.1. OBJETIVO GENERAL

* Establecer el comportamiento de la eficiencia en función de la potencia para una turbina dentro de un ciclo Rankine de vapor.

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

* Tener un acercamiento a los equipos en los que se realizan los ciclos de vapor que generan energía.
* Realizar mediciones de temperatura,presión y caudal en diferentes puntos del ciclo objeto de estudio.
* Determinar las propiedades termodinámicas de los fluidos de acuerdo a las mediciones realizadas.
* Hacer el cálculo de los flujos energéticos en el ciclo termodinámico.
* Determinar la eficiencia de la turbina del ciclo Rankine del laboratorio de Plantas Térmicas y Energías
Renovables de la Universidad Nacional deColombia, sede Bogotá.

2. MARCO TEÓRICO.
El ciclo Rankine es un ciclo termodinámico que describe con más fidelidad el funcionamiento de la turbina ideal de vapor, y se define por cuatro procesos reversibles:

I. Compresión adiabática del líquido (agua).
II. Adición de calor isobárica para convertir liquido a vapor.
III. Expansión adiabática del vapor hasta una presión baja.IV. rechazo isobárico del calor para condensar el vapor.

Estos cuatro procesos son la misma combinación que describe la turbina de gas, o ciclo Brayton, pero aquí intervienen cambios de fase del medio de trabajo, que dan características únicas al ciclo Rankine, ausentes en el ciclo Brayton. La figura 1 muestra los diagramas típicos de propiedades del ciclo Rankine [1].

Figura 1. Diagramas depropiedades del ciclo Rankine.
El rendimiento del ciclo de la turbina de vapor se expresa en función de los saltos de entalpia de las máquinas que la componen y de la energía aportada en la caldera como se muestra de forma simplificada en la formula siguiente [2].

Donde WT es la potencia generada en el proceso de expansión de la turbina, WB la potencia necesaria para el bombeo del fluido, Mvla masa de vapor por unidad de tiempo Q+c calor que pasa al ciclo por unidad de tiempo y h1, h2 , h3, h4 son las entalpias de los puntos de evolución del fluido en el ciclo [2].

3. PROCEDIMIENTO
La práctica se llevó a cabo en dos secciones, la primera corresponde a la puesta en marcha y estabilización de la caldera que produce el vapor que ingresa al ciclo y la segunda corresponde a lapuesta en marcha del ciclo como tal. En el siguiente diagrama (figura 2) se muestra la secuencia de pasos para el desarrollo de la práctica:

Figura 2. Diagrama de operación del Ciclo de Rankine

4. DIAGRAMA DE EQUIPO

Figura 3. Diagrama del Equipo
A: Caldera
B: Turbina de vapor
C: Condensador
D: Bomba
G: Generador

5. DATOS
A continuación se muestra la tabla 1 de los datos...
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