Practica 4 LMT




Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Ingeniería


Laboratorio de Máquinas Térmicas


Práctica 4

“Balance Térmico de una Planta de Vapor”

Fecha de Entrega

01 de Marzo de 2014
Objetivo:

a. Conocimiento del motor de vapor como una máquina térmica susceptible de un estudio termodinámico, tanto en su comportamiento teórico como en lascondiciones 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 la planta de vapor, considerándolo como un sistema termo dinámico.

Introducción

FUNCIONAMIENTO y COMPORTAMIENTO TEORICO (CICLOS P-V y T-s)

Un motor de vaporestá 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.

Por lo general, la manivela no es un vástago 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.

Aun cuando el análisis del mecanismo no es el objetivo de este estudio, conviene conocer el proceso mecánico que se lleva a cabo a fin de entender los cambios termodinámicos del vapor. El pistóndel motor constituye una pared contra la cual el bombardeo de las moléculas de vapor en un estado potencial muy elevado cederán toda la energía cinética y de presión posibles, ocasionando una fuerza que origina el desplazamiento del émbolo en sentido positivo, es decir, del punto más alejado del centro de giro del cigüeñal (punto muerto superior (PMS) ) al más cercano a éste (puntomuerto inferior Esta absorción de energía provoca que el vapor sufra efectos de enfriamiento (reducción de velocidad molecular) y expansión a volúmenes mayores y presiones menores .

Debe existir un mecanismo adicional que permita tanto la entrada de vapor al cilindro en el momento preciso en que se inicie la carrera en sentido positivo, como la salida el fluido al iniciarse la carrera de retorno.Este problema se puede solucionar con un juego de válvulas, llamadas de admisión y escape según su finalidad, cuya abertura y cierre se sincronizan con el movimiento del pistón, por lo general acoplándose al cigüeñal por medio de otra manivela o a través .de engranes, de tal manera que al inicio de la carrera positiva del émbolo la válvula de admisión esté abierta, y la de escapecerrada. Antes de la mitad de la carrera esta válvula se cierra siguiendo, a continuación, el proceso de expansión del vapor. La misma inercia del mecanismo la cual puede aumentarse por medio de volantes de inercia obliga al émbolo a comenzar la carrera en sentido negativo y es aquí donde se acciona, la válvula de escape para permitir el barrido del vapor que ya ha cedido su energía. Poco después dela mitad de la carrera de retorno se cierra la válvula de escape, se comprime el poco vapor que queda dentro del cilindro y al llegar al extremo punto muerto superior la válvula de admisión se abre nuevamente, completándose, de esta manera, el ciclo de la máquina. Lo anterior puede representarse en un diagrama P-V
Los procesos del diagrama son:

1 – 2 Proceso isobárico, en él ocurrela admisión del vapor; el paso del fluido es directo desde la fuente de suministro.

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...