Joule-Brayton

1- Objetivos
* Aplicar los principios y conocimientos teóricos de termodinámica a una planta de vapor real obteniéndose resultados numéricos.
* Comparar las mediciones con los resultados teóricos y ver las semejanzas y diferencias que guardan y tratar de explicar porque existen estas diferencias.

2- Equipos a emplear
La planta térmica consta de
a) Caldera marca BRYAN pirotubular automática con capacidad de producir 1237 lb/h de vapor a 212 °F y presión 150 psi.
b) Sobre calentador automático con quemador a petróleo marca MElesco con capacidad de 1000 lb/h de vapor a 150 psi y temperatura máx. de 400 °C
c) Turbina marca Greenwood&Batley de 10 kW de potencia y velocidad de 3000 rpm
d) Generador de corriente continua, voltaje de 220 V y amperaje máximo de50 A.
e) Condensador marca Greenwood&Batley, de superficie, tipo carcasa y tubos de 3 pasos.
f) Banco de resistencias.
g) Instrumentos de medición.
* Termómetros y termocuplas
* Manómetros tipo Bourdon
* Dos contometros de combustible para salida e ingreso de este
* Un dinamómetro con brazo de palanca de 300mm
* Tacómetro en el eje del generador eléctrico
*Un amperímetro y voltímetro en el banco de resistencias
* Rotámetro para el ingreso de agua de refrigeración
* Tanque piezometrico

3- Procedimiento
Prender la caldera hasta que esta alcance los 145 psi de presión y se toman las medidas ya que en 150 psi la caldera disminuye la presión y cuando esto pasa todos los valores caen. Se debe procurar tomar las medidas. Se repitió elproceso para la planta al 12.5%, 25% y 50% de su capacidad. Luego se realizaran los cálculos teóricos y se comparan con lo medidos.

4- Fundamentos teóricos
Ciclo Rankine
Es el ciclo característico de la Planta Térmica a Vapor y está constituido por los siguientes procesos:
1 – 2: Bombeo de líquido, isoentropico.
2 – 3: Calentamiento y vaporización, isobárico.
3 – 4: Expansión adiabáticareversible, isoentrópico.
4 – 5: Enfriamiento y condensación, isobárico.

El laboratorio cuenta con su propia planta térmica:

Bomba
En el proceso 1-1’, se eleva la presión del agua de ingreso a la caldera mediante una bomba, cuyo trabajo técnico es despreciable respecto al generado por la turbina.
Suponiendo proceso adiabático, líquido incompresible y saturado, y despreciando EC, EP, setiene:

W=mv*vf(p1'-p1)

Caldera
En el proceso 1-2, la temperatura del agua se eleva isobáricamente para generar vapor saturado, mediante el calor proporcionado por una combustión.
La combustión se realiza en un quemador (combustible es Diesel No.2, ρ = 0,85 kg/litro).
Suponiendo proceso isobárico y despreciando EC, EP, el calor suministrado al aguaen la caldera es:
Q=mv*(h2-h1')
Debido a las pérdidas de energía fundamentalmente por la descarga de gases calientes por la chimenea y por combustión incompleta, se define el rendimiento de la caldera como:

Sobrecalentador
En el proceso 2-3, se eleva la temperatura del vapor para producir vapor sobrecalentado. De este modo se eleva la entalpía del vapor, mejorando la eficiencia del ciclo, yse evita que circulen gotas de agua que, por su alta velocidad, erosionarían los álabes de la turbina.
Suponiendo el proceso isobárico y despreciando EC, EP, el calor suministrado en el sobrecalentador es:

Q=mv*(h3-h2)

La pequeña caída de presión producida puede despreciarse.

Línea de distribución 3-4
En 3-4, el sistema no es adiabático, lo que produce disipación de calor que semanifiesta con caída de presión y temperatura, esta caída depende de la longitud y diámetro de la tubería.

Válvula reguladora
En el proceso 4-5, la presión del vapor disminuye.
La válvula regula el flujo de vapor que ingresa a la turbina el cual aumenta o disminuye según la demanda de potencia en el banco de resistencias controlando y manteniendo constante la velocidad de giro de la turbina.
Es...