UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería de Ejecución en Mecánica
INGENIERIA DE EJECUCIÓN EN MECANICA PROGRAMA PROSECUCION DE ESTUDIOS VESPERTINO GUIA DE LABORATORIO
ASIGNATURA 9562 EQUIPOS E INSTALACIONES TÉRMICAS E HIDRAULICAS – TOPICO II NIVEL 05 EXPERIENCIA E-952 “TURBINA DE VAPOR” HORARIO: VIERNES 19:00 A 21:30 HRS.
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EXPERIENCIA:
1.
E952 TURBINA VAPOR
OBJETIVO GENERAL: Familiarizar al alumno con el análisis, operación y funcionamiento de una turbina de vapor empleada en la generación de energía eléctrica, visualizando las operaciones de cada uno de los elementos que conforman una central térmica de vapor del tipo de laboratorio.
2.
3.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS: a)
Determinar el rendimiento de una turbina de vapor del tipo de acción, así como el de la unidad turbogeneradora, graficando las curvas características. Conocer de la aplicación e importancia de los rendimientos.
b)
Dar una idea general del funcionamiento de una central térmica de vapor real, así como de los aspectos termodinámicos involucrados.
INTRODUCCIÓN TEÓRICA: Turbina de Vapor: Es un dispositivo por el cual se hace pasar un fluido, vapor a presión, y mediante una conversión apropiada de energía se logra obtener un trabajo con la expansión de éste. El fluido es acelerado a través de toberas fijas y el momentum resultante es transferido a los álabes del rotor obteniéndose así el movimiento del eje motriz. Este puede estar conectado a un generador eléctrico, un compresor u otra carga en general.
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Esquema de Turbina de Vapor
La clasificación de las turbinas depende de diferentes factores, entre los relevantes se tiene: a)
Considerando la expansión del vapor en la turbina, se tendrá turbinas de acción o impulso, de reacción y mixtos (acción-reacción).
b)
Considerando la descarga del vapor, encontramos turbinas de descarga libre, de condensación y de contrapresión.
c)
Si se considera la dirección del flujo de vapor, relativo al plano de rotación, se habla de turbinas de flujo axial, radial y tangencial.
Ciclo Rankine: Ciclo termodinámico de máquina térmica comúnmente utilizado en plantas de fuerza, la sustancia de trabajo en general es agua, quien participara en fases líquida y gaseosa. El ciclo básico, totalmente idealizado, considera los siguientes dispositivos operando en forma estacionaria como flujo estable estado estable: 1-2
Bomba, adiabática reversible
2-3
Caldera, isobárica
3-4
Turbina de vapor, adiabática reversible
4-1
Condensador, isobárico
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La formulación energética, con las simplificaciones del caso conduce a: Calor aportado
:
2q3
=
h3 – h2
Calor rechazado
:
4q1
=
h1 – h4
Trabajo ciclo
:
Wn
=
(h2 – h1) + (h4 – h3)
Rendimiento térmico del ciclo:
térmico
h2 h1 h 4 h3 h3 h 2
Ciclo Rankine Básico
La presencia efectiva de irreversibilidades justifica establecer el concepto de rendimiento termodinámico de proceso en turbina y bomba, en el caso de la primera.
turbina
h h3 Trabajo efectivo turbina 4 Trabajo teórico idealizado h 4 h3
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En las instalaciones como en la que se ensayará la turbina, se encuentra acoplada a un generador eléctrico dando lugar a un rendimiento de grupo generador.
generador
Energía eléctrica Trabajo efectivo turbina
Curva Característica Generador
Luego el rendimiento del conjunto turbo-generador será.
turbo generador
Energía eléctrica Trabajo teórico idealizado
Sin perjuicio de lo anterior, el Ciclo Rankine Básico podrá ser modificado incorporando dispositivos adicionales como: sobrecalentadores, intercambiadores de calor y otros, con la intención de aumentar la producción de trabajo y/o la eficiencia térmica.
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Algunas Modificaciones al Ciclo Básico
4.
5.
METODO A SEGUIR: a)
Reconocimiento de la instalación de laboratorio.
b)
Ensayo del equipamiento para diferentes cargas eléctricas en condición de velocidad rotacional estacionaria.
VARIABLES A CUANTIFICAR: Condición de ingreso del vapor a la turbina, presión de descarga del mismo, velocidad rotacional de la turbina, mediciones eléctricas del generador, consumo de vapor acorde al condensado.
6.
TEMAS DE INTERROGACIÓN: 1.
Principios de funcionamiento de los componentes de un ciclo Rankine.
2.
Determinación e interpretación de propiedades termodinámicas.
3.
El Ciclo Rankine como Ciclo Termodinámico de Máquina Térmica.
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8.
BIBLIOGRAFÍA: 1.
Kenneth Wark , “Termodinámica”, Edit. Mc Graw Hill
2.
Sonntag Van Wyle , “Fundamentos de Termodinámica”, Edit. Wiley-Limusa.
3.
Apuntes de Clases, Curso Termodinámica, Prof. Manuel D. Salinas Salas.
LO QUE SE PIDE EN EL INFORME: Determinación y grabación de: i.
Rendimiento termodinámico de proceso correspondiente a la turbina para diferentes cargas.
ii.
Rendimiento del grupo turbo generador para diferentes cargas.
iii.
Consumo de vapor en relación a energía eléctrica producida.
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