DEPARTAMENTO DEPARTAMENTO ING ENIERIA MECANICA FACULTAD FACULTAD DE INGENIERIA UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN
TERMODINÁMICA Laboratorio 2. Experiencia de Hirn y determinación de rendimiento de a !anta de "apor. #. De$cripc De$cripción ión Experie Experiencia ncia en en Labora Laboratori torioo Se trata de plantear y aplicar la equivalencia de magnitudes de energía de diferente naturaleza, para predecir un ensayo de la experiencia de Hirn, tomando como volumen de control el conjunto turbina-condensador. Adems, para el volumen global de la !lanta de "apor, se identificarn las transformaciones del fluido de trabajo en diagramas termodinmicos, se determinar el rendimiento de #sta y se identificarn las irreversibilidades del ciclo.
#.# $xperiencia de Hirn $n la turbina a vapor del laboratorio se realiza la experiencia de la siguiente forma. Se establece la turbina a vapor en funcionamiento en r#gimen permanente. Se mide el flujo de vapor a trav#s de la turbina, igual al flujo de condensado en la salida del condensador. Se mide la energía específica del vapor a la entrada a la turbina en un calorímetro de flujo continuo. Se mide la potencia al eje de la turbina. Se mide el flujo de calor rec%azado al refrigerante en el condensador a la salida de la turbina. Se verifica, en los límites del error experimental, el flujo de energía a la entrada a la turbina menos el flujo de calor rec%azado al refrigerante es igual a la potencia al eje de la turbina.
#.2 &endimiento de la !lanta de "apor !ara determinar el rendimiento de la planta, se considera como energía 'til la potencia el#ctrica disipada en las resistencias conectadas al generador el#ctrico. !or otra parte, la energía de entrada al sistema est dada por la energía suministrada a la caldera y al sobrecalentador a trav#s del combustible (gas natural y di#sel, respectivamente).
2. Recono Reconocim cimien iento to de a in$ta in$taaci ación ón y toma toma de dato$ en Laboratorio *ada grupo deber organizarse en las estaciones de trabajo de modo de identificar los diferentes componentes de la !lanta de "apor (caldera, sobrecalentador, precalentador de agua, calorímetro de estrangulaci+n, turbina a vapor, reductor de velocidad, generador el#ctrico y resistencias, condensador y bombas de extracci+n de condensado y de gases incondensables, torre de enfriamiento) y recopilar la informaci+n necesaria para la medici+n de las variables e instrumentaci+n asociada. os ayudantes entregarn a cada grupo los registros de mediciones obtenidas en la !lanta y adems elaborarn un video explicativo de los procesos.
%. !anteamie !anteamiento nto de de a$ a$ reacione reacione$$ de c&c'o. c&c'o. !ara la aplicaci+n de la experiencia de Hirn, se requiere plantear lo siguiente lujo de vapor a trav#s de la turbina. $nergía específica del vapor a la entrada a la turbina (balance en el calorímetro). lujo de energía a la entrada a la turbina !otencia al eje de la turbina. lujo de calor rec%azado al refrigerante.
!ara determinar el rendimiento de la planta, se requiere determinar lo siguiente !otencia el#ctrica suministrada por el generador a las resistencias. !otencia t#rmica suministrada a la caldera, considerando un poder calorífico del gas natural de /000 1cal2m3S.
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!otencia t#rmica suministrada al sobrecalentador, considerando un poder calorífico del di#sel de 40000 1cal21g y una densidad de 0,56 1g2l.
(. E)ercicio de apicación de a experiencia de Hirn. *e $oicita de$arroar 'n pro+rama en EE* ,'e permita cac'ar o$ -')o$ de caor en a T'rbina a "apor y eri-icar e principio de e,'iaencia dentro de o$ /mite$ de error. !ara eo con$idere o$ $i+'iente$ dato$0
$l flujo de agua refrigerante en el condensador 400 740 l en 89,09 : 0,04 s, se calienta desde 30 : 0,; <* a 36 : 0,; <*. =*ul es la magnitud del flujo de calor que recibe el agua refrigerante> a potencia generada por la turbina al eje del dinamo es 6,;3 : 0,4; 1?. a velocidad de rotaci+n del tambor del dinamo es 8@;0 : ;0 r2min. $l brazo del par resistente en la carcasa es 0,30; : 0,00; m =*ul es la fuerza del par resistente en carcasa del dinamo> $l flujo de vapor que atraviesa la turbina medido por el condensado del vapor en la descarga del condensador es 9,8 : 0,4 g2s. a temperatura de este condensado es 35 : 0,; <*. =*ul es el nivel de energía al cual refiere el flujo de energía que entra a la turbina> =*ul es la magnitud de este flujo de energía> =*ul es la magnitud de la energía específica del vapor que entra a la turbina>
1. In-orme Se solicita desarrollar en clases un i nforme que contenga la siguiente informaci+n 4. ntroducci+n 8. $squema de la instalaci+n, individualizando los diferentes componentes y las variables termodinmicas relevantes para el ciclo. 3. Biagramas de transformaciones del agua en el ciclo (p-v, C-s, %-s), utilizando diagramas clsicos o softDare como CermoEraf o $$S. 9. Anlisis y discusi+n de &esultados $xperimentales y sus errores asociados. a) "erificaci+n del principio de equivalencia (experiencia de Hirn) b) &endimiento t#rmico global de la planta. c) dentificar irreversibilidades de la !lanta de "apor ;. *onclusiones y recomendaciones.
. Anexo0 !ania con ariabe$ experimentae$
Eas Biesel
*ondensado
lujos de combustible F" Gm3 Ft Gmin 43,/ 6@ 4,8I40J-; 66 lujo de vapor condensado Fm G1g Ft Gmin 403,3 6; Ktros flujos
Agua de enfriamiento
F" Gm3 Ft Gmin 48,39 ;9 !resiones y temperaturas en la caldera y el sobrecalentador
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LM de medici+n Cemp. $ntrada vapor al sobrecalentador GM* Cemp. Salida vapor al sobrecalentador GM* Cemp. Bel ogon GM* Cemp. $ntrada agua a la caldera GM*
4 469 865 ;63 /4
8
3
9
;
6
@
46; 30@ ;69 55
469 890 ;08 @;
463 893 963 /9
4;@ 885 ;39 /4
46; 80@ ;96 @9
466 894 363 54
Cemp. Salida gases caldera GM* Cemp. Salida gases sobrecalentador GM* ! de trabajo de la caldera G1g2cm8
88/ 90; 6,;
4/6 393 ;,4
83; 355 6,;
466 3;@ ;,3
839 ;0; ;,;
4@8 904 6
83; 84/ 6,9
! de entrada al sobrecalentador G1g2cm8
6,9
;,8
6,9
;,8
;,9
;,5
6,8
!resiones y temperaturas en la turbina, condensador y torre de enfriamiento LM de medici+n ! entrada turbina G1g2cm8 ! salida turbina G1g2cm8 C entrada turbina GM* C salida turbina GM*
4
8
3
9
;
6
@
6,8 -0,/ 835 /8
;,; -0,/ 868 /6
6,3 -0,/ 89@ /6
;,; -0,/ 83; /8
;,6 -0,/ 88@ 5/
6 -0,/ 4/3 6/
6,; -0,/ 84; @0
C condensador GM* C descarga condensador GM*
3/ 8;
90 89
90 89
94 8;
90 8;
3/ 86
3/ 86
C entrada refrigerante GM* C salida refrigerante GM*
46 84
46 4/
46 4/
46 4/
46 4/
46 80
46 80
C entrada C$ GM* C salida C$ GM*
80 45
4/ 45
4/ 4@
4/ 4@
80 45
80 45
80 45
LM de medici+n "oltaje G" ntensidad de corriente GA "elocidad angular G&!N uerza en el reductor Glb
Nediciones en el reductor y caja de resistencias 4 8 3 9 4@0 450 460 46; 83 8; 88 88 8500 85;0 8@00 8@;0 48,8 49 44,5 48
ongitud del brazo del reductor 34 Gcm
;
6
@
4@0 83 8@;0 43
450 89 8500 43,;
4@0 83 8@;0 43
