MAQUÍNAS ELÉCTRICAS Tobera

Transcripción

1 MAQUÍNAS ELÉCTRICAS Tobera Una tobera es una restricción o disminución de sección (garganta) precedida de una sección convergente y seguida de otra divergente o difusor. Se supone que el proceso de pasaje del fluido por la tobera es adiabático ya que no alcanza a producirse intercambio de calor con el medio. Se usa para acelerar el fluido, aumentando su velocidad a expensas de las energías de presión e interna. Como la presión disminuye se tiene una expansión. Cabe aclarar que la expansión no ocurre como una estrangulación. Los efectos del rozamiento se suelen despreciar, porque en toberas son mínimos.

2 Cálculo de la velocidad de descarga de una tobera. En una tobera que transporta vapor de agua de 500 psia (34 atm) y 1000 F (538 C) a una velocidad V = 10 pies/s (3.05 m/s) se coloca una tobera que lo acelera, midiendo a la salida una temperatura de 300 F (149 C) y una presión de 1 atm. Cuál será la velocidad de descarga de la tobera?.

3 Para vapor de agua en el diagrama h-s, se determinan los valores de entalpía Con T1 y P1 determinamos el valor de entalpía a la entrada del sistema. Con T2 y P2 determinamos el valor de entalpía a la salida del sistema.

4 Entonces la velocidad de descarga de la tobera se calcula :

5 Turbina Las turbinas son equipos que producen trabajo mecánico consumiendo la energía de un fluido en movimiento. Puesto que están aisladas térmicamente, el intercambio de calor con el medio ambiente se puede despreciar. En consecuencia, la operación de las turbinas se puede considerar prácticamente adiabática.

6 Por ser el fluido de trabajo un vapor (por lo general de agua) la contribución de la energía potencial se puede despreciar. También podemos despreciar la contribución de la energía cinética ya que las diferencias de velocidad no son significativas en este caso comparadas con la energía térmica y mecánica usada por la turbina. Con estas simplificaciones y asumiendo régimen estable, entonces la ecuación anterior queda puede expresarse como:

7 Cálculo de los parámetros operativos de una turbina de vapor. Se ha construido una turbina casera según el croquis. Se eligen los límites del sistema arbitrariamente en 1 y 2, según se marcan con líneas de puntos. La turbina esta aislada adiabáticamente y el fluido sale de ella en 2 a la misma velocidad a la que entra en 1. Por lo tanto toda la energía que pierde el fluido entre 1 y 2 se debe convertir en trabajo W, suponiendo una eficiencia del 100%. Parte de la energía se disipa como turbulencia, otra parte se disipa en forma de calor a través de la aislación, etc. Todo esto conduce a que la eficiencia puede ser del 20, 50 o 60 %.

8 Suponer que se usa vapor de agua, que entra a 2 atm y 230 C en 1 y sale a 1 atm y 150 C en 2. por lo tanto se cuenta con las siguientes propiedades: h1 = 700 Kcal/Kg, h2 = 663 Kcal/Kg. Cuál deberá ser la cantidad de vapor necesaria para que la turbina idealmente suministre 10 KW de potencia?. Suponiendo que el sistema es adiabático, que las velocidades de entrada y salida son casi iguales y despreciando la variación de energía potencial tenemos:

9 Compresor Un compresor es un equipo usado para aumentar significativamente la presión de un gas. Los equipos que producen aumentos insignificantes de presión no son compresores propiamente dichos. Para que tenga aplicación práctica un compresor debe funcionar en forma continua entregando un caudal lo mas parejo posible. Esto requiere que funcione como un sistema de flujo, aunque ciertos equipos puedan comportarse como sistemas cerrados durante un corto periodo de tiempo. El compresor puede tener cualquier diseño mecánico apropiado para la compresión. La Termodinámica se interesa solamente en el efecto que produce en el gas, así como en las relaciones energéticas entre el sistema y el medio. Mecanismo de funcionamiento: Entra una masa conocida del gas en condiciones P1 y T1 que definen una entalpía H1 y sale la misma masa en condiciones dadas por las variables P2 y T2 que definen una entalpía H2. El compresor consume energía en forma de trabajo W. Como el sistema está en régimen permanente, la masa que circula por unidad de tiempo (caudal de masa) es constante. El balance de energía proporciona la siguiente relación, despreciando las contribuciones de la energía cinética y potencial y asumiendo comportamiento adiabático.

10 El signo negativo del trabajo denota que esa energía se debe entregar al sistema y por lo tanto, de acuerdo a la convención adoptada, es negativo. Si hacemos si calculamos el valor absoluto del trabajo consumido por el compresor, obtenemos para un compresor adiabático: