UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA AREA DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENERGETICA UNIDAD CURRICULAR: LAB. CONVERSION DE ENERGIA

Transcripción

1 UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA AREA DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENERGETICA UNIDAD CURRICULAR: LAB. CONVERSION DE ENERGIA PRACTICA N 1 CICLO RANKINE SIMPLE AUTOR ING. CARACCIOLO GÓMEZ

2 BREVE DESCRIPCION La práctica consiste en el análisis del ciclo Rankine como modelo para las plantas térmicas de generación de potencia a vapor. Los elemos principales de una planta térmica son: Caldera, Turbina, condensador y bomba. Se pueden utilizar como fluido de trabajo varias sustancias, mas la que se utiliza con mayor frecuencia por sus condiciones es el agua, ya que reúne ciertas características como optima trasferencia de calor, y el manejo de relativame bajas presiones, bajo costo, disponibilidad y alta alpia de vaporización. El fluido de trabajo se vaporiza y condensa alternadame. El objetivo de las crales térmicas de vapor es producir una cantidad considerable de potencial eléctrico. Para obtener este potencial, se utilizan turbinas de vapor cuyo fin es transformar la energía de flujo de vapor en energía mecánica, a través de un intercambio de cantidad de movimio re el fluido de trabajo (iéndase el vapor) y el rodete, órgano principal de la turbina, que cua con álabes los cuales tienen una forma particular para poder realizar el intercambio energético. Esta energía es aprovecada por un generador eléctrico que esta acoplado a la turbina. El vapor es obtenido producto de agregarle calor al fluido de trabajo que ra en la fase liquida a una caldera y sale en la fase de vapor a un temperatura y presión elevadas. Para obtener el calor se utilizan diferes tipo de combustibles los cuales pueden encontrarse en las fases solidas, liquidas o gaseosas. 1. Procesos del Ciclo Rankine Ideal Simple:

3 Proceso 1-2: Compresión Isoropica en una bomba. Proceso 2-3: Adición de Calor a Presión constante en la caldera. Proceso 3-4: Expansión Isoropica en la Turbina. Proceso 4-1: Recazo de calor a Presión constante en el condensador. 2. Ciclo Rankine Real: Los ciclos de Rankine idealizados tienen eficiencias próximas a la de Carnot. Esto no es verdad para las máquinas reales que operan según un ciclo Rankine. En las máquinas reales existen mucas irreversibilidades, principalme en la turbina y en la bomba. También debe notarse que se estudia la eficiencia del ciclo; con frecuencia, la eficiencia de las plantas de potencia se define en términos del trabajo (o energía eléctrica) regada por la planta en comparación con la energía obtenida del combustible que ra a la caldera y no de la energía agregada al fluido de trabajo. Esta eficiencia global de las plantas recibe el nombre de gasto específico de calor de la planta y se expresa frecueme en unidades mezcladas de Btu de energía demandada por kiloatt-ora de electricidad regada. Como la eficiencia de la caldera puede ser tan baja como un 60%, la eficiencia global de la planta resulta considerableme más baja que la eficiencia del ciclo. Entre las principales causas de irreversibilidades están la fricción del fluido y las pérdidas de calor acia los alrededores, que ocasionan: a) Perdidas por Fricción: La fricción del fluido ocasiona caídas de presión en la caldera, el condensador y las tuberías re los diversos compones. Para compensar las caídas en las presiones se requiere presiones más altas en el bombeo de agua. b) Perdidas de calor: Perdida de calor del vapor por los alrededores cuando éste circula por varios compones. c) Irreversibilidades en bombas y turbinas: Existen variaciones de ropía re la rada y salida. Ocasionando un aumo o disminución ropía.

4 Tratamio para las Ineficiencias en turbinas y bombas. El efecto de las irreversibilidades de la turbina y la bomba sobre el ciclo se analiza mediante el uso de las eficiencias adiabáticas de la bomba y de la turbina. Estas se definen como: Turbinas: La eficiencia de una turbina es la comparación re la rega de trabajo real y el trabajo producido por un proceso isrópico. La rada a la turbina corresponde a un estado específico y la salida debe ser a una presión dada. Turbina a, real s, iodeal sal ssal Bombas: En una bomba también se ace la comparación re el trabajo real y el isrópico. El funcionamio deseado en una bomba consiste en producir una cierta presión a la salida con una rada mínima de trabajo. Suponiendo que el trabajo real es adiabático, se observa que las irreversibilidades requieren más trabajo. La eficiencia de una bomba es. Bomba s, ideal a, real ssal sal NOTA: El subíndice S represa el proceso Isoropico. 3. Definiciones Básicas: Sistema Turbogenerador: Su función es transformar la energía en forma de vapor en energía mecánica de movimio, ya sea para generar electricidad, mover bombas, compresores re otros. Turbina con descarga atmosférica en vacio: Las turbinas de vapor transforman la energía potencial del vapor de tipo térmico, en energía mecánica de movimio. La energía potencial térmica disponible es la diferencia de alpías re el estado inicial del vapor, a la rada de la turbina, y su estado final, a la salida de la misma; esta diferencia de alpías se conoce como salto álpico o salto térmico. La transformación de energía cinética en energía mecánica se produce aciendo seguir al fluido una determinada trayectoria, (re álabes), de forma que su velocidad absoluta disminuya; cualquier cambio de magnitud o de dirección en dica velocidad, tiene que ser debido al efecto de una fuerza, que es la acción de los álabes de la corona sobre el fluido. A su vez, se puede decir también que todo cambio en la dirección o en la magnitud de la velocidad del fluido, originará un empuje sobre los álabes, de forma que, para cuando éstos vayan montados sobre una corona móvil, la potencia producida será

5 igual al producto de la velocidad tangencial de los álabes por la compone periférica de la fuerza. La acción y el movimio de los alabes de la turbina al cambiar la velocidad de flujo alteran la velocidad y energía molecular del vapor así como su presión y temperatura. Regulador automático crifugo: Consta de un elemo sensible a las variaciones de velocidad o sobre velocidad, actúa por medio de válvulas de cierre rápido cortando el suministro de vapor a la turbina. Sistema de Condensado: Su función es trasformar el vapor agotado que sale de la turbina para convertirla en agua condensada de recuperación para la caldera. Condensador: Es un intercambiador de calor, que utiliza agua fría (de una corrie natural o enfriada por una torre de enfriamio) para enfriar y condensar el vapor de escape de la turbina. Torre de Enfriamio: Tiene como finalidad enfriar una corrie de agua por vaporización parcial de esta con el siguie intercambio de calor sensible y late de una corrie de aire seco y frió que circula por el mismo aparato. Sistema de Generación de vapor: Tiene por objetivo suministrar tanta energía, al fluido de trabajo (agua), para la obtención de vapor. Generador de vapor: Son unidades que se utilizan para colocar a disponibilidad de un fluido, el calor de un combustible (fuel-oil, carbón, gas) y todos los elemos necesarios para transferir tanto calor como sea comercialme factible. Caldera: Área donde se trasfiera calor al fluido de trabajo para transformarlo en vapor. 4. Consideraciones de la Práctica: Objetivo de la Práctica: Determinar el rendimio térmico de la planta de generación de potencia a vapor de la UNEFM. Objetivos Específicos. Analizar el funcionamio de la planta térmica de la universidad. Realizar una comparación re el ciclo Rankine Real e Ideal. Determinar el calor la cantidad de calor transferido en la caldera. Obtener el trabajo real de la turbina. Determinar La eficiencia adiabática tanto de la turbina como la bomba. Obtener el porcaje de vapor a la salida de la turbina. Procedimios: Se colocara en servicio la planta térmica de vapor. Inicialme se debe medir la temperatura del agua que va a rar a la caldera. Con la ayuda del técnico, se

6 deberá suministrar agua a la caldera, al abrir la llave a la salida del tanque de alimación y encender la bomba de alimación acia la caldera, asta que llegue a su nivel máximo. Luego se procederá a encender el quemador una vez alcanzado una temperatura de estabilización en la caldera se procede anotar la presión la cual se tomara como la presión de rada. Después se abre la válvula de alimación de vapor acia el domo superior o tambor de vapor. Una vez que esté lleno el depósito de vapor se mide la presión de salida del mismo. Posteriorme se abre la válvula que alima vapor del depósito de vapor acia la turbina, momo en el cual se tomara la temperatura y presión de rada y salida en la turbina, bomba y condensador, ay que aclarar que la temperatura de salida de la caldera será tomada a la rada de la turbina. Las temperaturas para la turbina, condensador y bomba serán tomadas en el panel de control, miras que las presiones manométricas se anotaran de los manómetros acoplados a cada equipo. FORMATO DE TOMA DE DATOS. EQUIPO PRESION TEMPERATURA ENTRADA SALIDA ENTRADA SALIDA CALDERA TURBINA CONDENSADOR BOMBA FORMATO DE RESULTADOS: VARIABLES Qsum Qced Wreal Turbina UNIDADES RESULTADO Wideal Turbina ηturbina calidad Wreal bomba Wideal Bomba ηbomba ηtermica Planta real ηtermica Planta ideal Ecuaciones básicas: Qcaldera = sal Qcondensador = - sal Wturb = - sal Wbomba = sal Rendimio total de la planta: