TERMODINÁMICA. V10CFD0 - Equipo de Generación y Utilización Vapor

Transcripción

1 TERMODINÁMICA V10CFD0 - Equipo de Generación y Utilización Vapor 1. Generalidades Los equipos de generación y utilización del vapor de agua revisten una particular importancia didáctica porque, por su complejidad, interesan diversas direcciones escolares como la termodinámica, la electrotécnica, la mecánica, el estudio de instalaciones y otras más. Didacta Italia propone un equipo de dimensiones limitadas, elevados estándares de seguridad y sencilla utilización, que permite un amplio número de experiencias sobre la tecnología y la utilización de los equipos de vapor. También la instalación es muy sencilla: no requiere obras de mampostería sino exclusivamente la alimentación eléctrica e hídrica suministrada por las normales redes de distribución. El equipo base (véase sinóptico de la fig. 3) permite la generación del vapor mediante caldera, su utilización mediante turbina de acción y la condensación y recuperación del vapor mismo. El equipo comprende los grupos para la alimentación de agua y combustible, el cuadro eléctrico de mando y control y la instrumentación necesaria para la ejecución de las experiencias de base. Algunos kits opcionales permiten ampliar las posibilidades de utilización del equipo y realizar ulteriores pruebas. Se encuentra disponible un sistema de adquisición y análisis de datos para ordenador PC, denominado SAD/V10CF que permite el monitoreo de los parámetros principales del equipo en tiempo real, la ejecución de mediciones mediante el ordenador PC, la producción en vídeo o en impresión de las curvas características de diversos componentes, el archivo sobre disquete o la impresión de los datos experimentales. Los kits opcionales y el sistema SAD/V10CF están descriptos en fichas separadas. Con el sistema se suministran unos manuales completos que describen el equipo en cada una de sus partes, las modalidades de instalación y utilización y proponen numerosas experiencias didácticas con resultados experimentales. 2. Composición Equipo base (cód ) Grupo tratamiento agua de alimentación (A); Grupo alimentación agua (M); Grupo alimentación combustible (C); Grupo generación vapor (D); Grupo medición caudal vapor (E); Grupo utilización vapor (H); Grupo condensación y recuperación vapor (B); Cuadro eléctrico de mando y control (L). DIDACTA Italia S.r.l. - Strada del Cascinotto, 139/ Torino - Italy Tel Fax info@didacta.it

2 Fig. 1 - Grupo generación vapor (D) Fig. 2 - Grupo utilización vapor sin aislamiento (H) Grupos opcionales Sobrecalentador eléctrico (cód ) Desrecalentador de superficie (cód ); Torre de enfriamiento (cód ); Titulómetro de estrangulamiento para vapor (cód ); Aparato para el estudio de inyectores de vapor (cód ); Aparato para el estudio de la eficiencia de aislamientos térmicos (cód ); Aparato para el estudio de los condensadores de vapor (cód ); T126D - Banco de prueba boquillas vapor (cód ); Medidor temperatura gases de escape (cód ); Kit para el análisis químico de los gases de escape (cód ); Kit para el análisis agua (cód ); Banco evaporador de doble efecto (cód ); Banco de proceso para equipos de vapor (cód ). SAD/V10CF - Sistema automático de adquisición de datos para equipos de vapor Kit de transductores electrónicos, unidad de acondicionamiento señales y conversión A/D (cód ); Software de adquisición y análisis de datos para MS-Windows (cód ). 3. Descripción Grupo tratamiento agua de alimentación (A) Dulcificador en material plástico (A1) con caudal máximo de 1000 l/h y funcionamiento automático con regeneración de la resina a tiempo, excluible mediante válvulas de by-pass. Dosificador de polifosfatos para neutralización agua (A2); Medidor volumétrico del caudal de agua de alimentación (QA); Filtro agua de alimentación (FA); Manómetro de control presión agua de alimentación (PA). Grupo alimentación agua (M) Tanque agua de alimentación (M1), construido en acero protegido con pintura epoxídica, capacidad: 300 litros; Termómetro agua de alimentación (TM); Sistema de regulación del nivel del agua y demasiado lleno con indicador de nivel (LM); Filtros agua de alimentación (FM1, FM2). Page 2

3 Grupo alimentación combustible (C) Tanque gasóleo (C1), capacidad 100 litros; Indicador nivel combustible (LC); Termómetro combustible (TC); Válvula de seguridad (VC); Serie de válvulas para prueba consumo en condiciones de máxima extracción y de reflujo desde el quemador. Grupo generación vapor (D) El grupo (véase fig. 1) está compuesto por: Caldera con tubos de agua (D1) de circulación forzada de alto rendimiento, absolutamente segura desde el punto de vista de la prevención de riesgos laborales (no se requiere carné de conducción); Características técnicas - producción vapor: 200 kg/h - potencialidad máxima: kcal/h - superficie calentada: 8 m 2 - presión máx: 12 bar - presión de ejercicio: 10 bar Quemador de gasóleo de tipo industrial (D2); Bomba de émbolo de alimentación agua (D3); Características técnicas: - caudal: 200l/h - presión: 12 bar Filtro combustible (FD); Válvula de descarga automática condensación (VD1); Válvula de seguridad caldera (VD2); Presostato de máxima vapor (PD1); Presostato de seguridad vapor (PD2); Manómetro presión vapor (PD3); Manómetro presión quemador (PD4); Termóstato digital vapor (TD); Flujómetro control alimentación agua (QD); Chimenea para descarga humos (D4), en acero cincado, construida según la necesidad (longitud estándar: 12 m.). Grupo medición caudal vapor (E) Diafragma calibrado (E1) situado directamente en la tubería vapor; Manómetro diferencial (PE) para la medición caudal vapor; Recipientes de recogida condensación (E2, E3). Grupo utilización vapor (H) El grupo (véase fig. 2) está compuesto por: Turbina de vapor de acción (H1) funcionante a plena carga atmosférica o bajo vacío. Características técnicas: - potencia suministrada: 1 kw - velocidad: 2900 rpm - dispositivo de bloqueo automático en caso de velocidad de fuga - dispositivo de parada manual en caso de emergencia Válvula de regulación manual caudal entrada vapor (VH1). Válvulas de descarga automática condensación (VH2, VH3, VH4). Filtros vapor (FH1, FH2, FH3, FH4, FH5). Manómetro medición presión vapor entrada turbina (PH1). Manóvacuómetro medición presión / vacío después de la turbina (PH2). Termorresistencias Pt100 medición temperatura vapor antes y después de la turbina (TH1, TH2). Unidad dinamométrica de carcasa oscilante (H2) dotada de celda de carga para la medición del par (T) y sensor de proximidad para la adquisición de la velocidad de rotación (n). La unidad dinamométrica transforma la energía mecánica producida por la turbina en energía eléctrica. Carga eléctrica constituida por 3 resistencias eléctricas de 0.5Ω con voltímetro y amperímetro para la medición de la potencia eléctrica. La energía eléctrica producida por la unidad dinamométrica se disipa en la carga eléctrica.

4 Grupo condensación y recuperación vapor (B) Condensador de vapor de haz de tubos (B1) con sistema de control de presión y temperatura; Electrobomba para vacío con anillo de líquido de una fase (B3) para la recuperación del vapor condensado en el tanque del agua de alimentación M1; Características técnicas: - vacío: mmhg - caudal aspirado: 7 50 m³/h - caudal anillo líquido: 8 12 l/min Cambiador de calor (B2); Flujómetro medición caudal agua de refrigeración al condensador (QB); Termorresistencias Pt100 para la medición de la temperatura de agua y vapor (TB1, TB2, TB3, TB4). Cuadro eléctrico de mando y control (L) El cuadro suministra la alimentación a todos los componentes eléctricos del equipo y comprende los siguientes mandos y controles: Interruptor general magnetotérmico con diferencial Interruptor magnetotérmico para dulcificador A1 Botón de alimentación cuadro eléctrico Botón de conexión electrobomba B3 Interruptor caldera D1 Interruptor unidad dinamométrica H2 Variador carga unidad dinamométrica H2 Voltímetro y amperímetros unidad dinamométrica H2 Instrumento indicador número de revoluciones unidad dinamométrica H2 Instrumento indicador medida del par unidad dinamométrica H2 Carga resistiva para disipación unidad dinamométrica H2 Indicador digital temperaturas con selector, conectado a las termorresistencias Pt100 situadas en los puntos característicos del equipo Indicador digital temperaturas con selector, conectado a las termorresistencias Pt100 situadas en los puntos característicos de los opcionales (torre de enfriamiento cód , sobrecalentador cód ) 4. Experiencias realizables Modalidad de conducción de un equipo térmico Normas de seguridad Puesta en función del equipo Prueba de presurización Ensayo de un equipo de vapor Conducción de un equipo térmico Procedimientos de mantenimiento Principios de funcionamiento de un equipo térmico Técnicas de medición y control de la presión en un equipo térmico Técnicas de medición y control de la temperatura en un equipo térmico Estudio de la transferencia de calor en un condensador agua/vapor, operante en modalidad equicorriente o contracorriente (con grupo opcional cód ) Mediciones sobre el vapor Mediciones del caudal de vapor Determinación del título del vapor (con grupo opcional cód ) Determinación de los valores de entalpía y entropía del vapor (con grupo opcional cód ) Análisis del ciclo Rankine Determinación del rendimiento térmico de los principales componentes del equipo Determinación del rendimiento térmico global del equipo Comparación entre el rendimiento térmico global real y el ideal del equipo Influencia de la presión de condensación y de la temperatura de trabajo sobre el ciclo Rankine Influencia de la laminación de vapor sobre el ciclo Rankine Efectos de la caída de presión entre salida generador y entrada turbina sobre el ciclo real Mediciones sobre el generador de vapor Determinación de la cantidad de calor producida por la combustión Determinación de la cantidad de calor recibida por el vapor de agua en la caldera Determinación del rendimiento del generador de vapor Page 4

5 Determinación de las pérdidas en la chimenea Análisis de los humos de combustión y optimación de las condiciones de funcionamiento del generador (con grupo opcional cód ) Mediciones sobre la turbina de vapor Determinación de la potencia ideal desarrollada por el vapor Determinación de la potencia real desarrollada por el vapor Determinación de la eficiencia termodinámica de la turbina Determinación de la potencia mecánica al eje de la turbina Determinación de la eficiencia mecánica de la turbina Mediciones sobre el condensador de vapor Determinación de la cantidad de calor cedida por el vapor al condensador Determinación del balance térmico del condensador Determinación de la eficiencia de una torre de refrigeración por evaporación (con grupo opcional cód ) 5. Servicios necesarios Alimentación eléctrica: trifásica 50/60 Hz, 4 kw Alimentación agua: desde la red hídrica 6. Pesos y dimensiones Dimensiones: 3500 x 4000 x h3500 mm Peso en vacío: 1400 kg Fig.3 - Leyenda equipo de base A. Grupo tratamiento agua de alimentación B. Grupo condensación y recuperación vapor C. Grupo alimentación combustible D. Grupo generación vapor E. Grupo medición caudal vapor H. Grupo utilización vapor L. Cuadro eléctrico de mando y control M. Grupo alimentación agua

6 OPCIONAL SAD/V10CF - Sistema Automático de Adquisición de Datos para Equipos de Vapor 1. Generalidades El sistema permite efectuar automáticamente los experimentos sobre las Plantas de Vapor Didacta V10CF a través de un ordenador PC mínimo Pentium y obtener las máximas ventajas didácticas. Con el sistema se entrega un completo manual didáctico de guía que describe las características del sistema hardware y software, explica la puesta a punto del sistema de adquisición de datos, propone numerosas ejercitaciones didácticas, proporciona datos y diagramas experimentales como ejemplo. 2. Composición El sistema automático de adquisición de datos SAD/V10CF comprende: Kit transductores electrónicos, integrado con unidad de alimentación y acondicionamiento señales y tarjeta conversión A/D kit de transductores electrónicos que se montan en el equipo a vapor (Cód ) Software de adquisición y análisis de datos para Windows (Cód ) 3. Descripción Kit transductores electrónicos, integrado con unidad de alimentación y acondicionamiento señales y tarjeta conversión A/D (Cód ) El kit suministra los siguientes transductores electrónicos: N. 2 transductores de presión para medir la presión entrada y salida turbina. Transductor de presión diferencial para medir el caudal vapor. Medidor de caudal agua con indicador digital. N. 7 indicadores digitales de temperatura (en vez de un indicador digital con selector). Convertidor de señal para medir el par turbina. Convertidor de señal para medir la rotación de la turbina. Unidad de acondicionamiento señales, 16 entradas, 16 bit de resolución; máxima velocidad de muestreo 250 Ks/s, adquisición de señal alta velocidad sobre portal USB. Software de Adquisición y Análisis de Datos (Cód ) El software de adquisición y análisis de datos actúa en ambiente MS-Windows y es utilizado para adquirir los datos en tiempo real, elaborarlos y archivarlos. El mismo permite obtener en vídeo o en imprenta los parámetros y diagramas previstos en las diversas pruebas. Además, en lugar de adquirir automáticamente los datos desde los transductores, es posible introducir los mismos por el teclado leyéndolos por los instrumentos tradicionales colocados a bordo del equipo, aprovechando la posibilidad de elaboración y archivo del software. Esta solución permite el uso independiente del software en ausencia del kit de transductores. 4. Configuración necesaria para ordenador PC PC mínimo Pentium con Hard Disk (>10Gb) y CD drive, tarjeta gráfica SVGA mínimo, ratón, RAM 32 MB, portal USB Windows XP o sucesivos Impresora gráfica. Cod. R00518/S 0511 Ed. 01 Rev. 05 La Didacta Italia en cualquier momento y sin preaviso puede efectuar variaciones que considere convenientes por exigencias de construccion o de didacticasiempre manteniendo las caracteristicas esenciales. Page 6