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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD AZCAPOTZALCO

ACADEMIA DE TERMICAS

L A N O I C A

N

PRACTICA DE LABORATORIO ESIMEA-LT-TT-P1

O C I N C E T I L O

TRAZO DEL CICLO JOULE BRAYTON IDEAL

P O T U T I T S N

I

MEXICO DF 2007

Elaborado por: Ing. Lima Morales Enrique Ing. Martínez García Lilian Lilian Viridiana

Superviso: Ing .Juan Pablo Escandón Colín M en C. José Carlos Arcos Hernández

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PRACTICA ESIMEA-LT-TT-P1

PROLOGO Las prácticas dentro del laboratorio son fundamentales para la formación de un alumno de Ingeniería, ya que es por medio de este que se logra no solo afirmar lo aprendido en la teoría sino también logra desarrollar su creatividad, elemento fundamental para el desempeño profesional. Es en el laboratorio donde experimentará, investigará; donde alimentará su curiosidad por medio del estudio profundo de fenómenos físicos que lo lleven al desarrollo de nuevas tecnologías que fortalezcan en un futuro el crecimiento del país. Cabe mencionar que la formación y desarrollo de este tu “Laboratorio de Térmicas” ha sido un esfuerzo continuo de muchos de tus profesores y compañeros que al igual que tu, los ha impulsado el ideal de tener una educación de calidad que no solo convierta alumnos en buenos profesionistas, sino que puedan sentirse orgullosos de haber egresado de una Institución como lo es el Instituto Politécnico Nacional. Este es solo el comienzo, depende de ti, al cuidar el equipo y las instalaciones el que este ideal continúe.

Tu aportación será de gran importancia, no solo velando lo que es tuyo, sino aprovechándolo sabiamente. Recordemos que el Instituto Politécnico Nacional, mantiene un constante esfuerzo de progreso y actualización en la enseñanza, mas sin embargo es nuestra obligación y responsabilidad que este esfuerzo cobre valor. La Academia de Térmicas te da la más cordial bienvenida y esperamos que disfrutes de este laboratorio tanto como nosotros disfrutando prepararlo para ti.

ATENTAMENTE ACADEMIA DE TERMICAS

Elaborado por: Ing. Lima Morales Enrique Ing. Martínez García Lilian Viridiana


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INTRODUCCIÓN Las turbinas de gas generalmente operan en un ciclo abierto donde aire fresco en condiciones ambiente se introduce dentro del compresor donde su temperatura y presión se eleva. El aire de alta presión sigue hacia la cámara de combustión donde el combustible se quema a presión constante. Luego los gases de alta temperatura que resultan entran a la turbina, donde se expanden hasta la presión atmosférica, de tal forma que producen potencia. Los gases de escape que salen de la turbina se expulsan hacia fuera (no se recirculan), lo que provoca que el ciclo se clasifique como un ciclo abierto. El ciclo de turbina de gas abierto puede modelarse como un ciclo cerrado. En este caso los procesos de compresión y expansión permanecen iguales, pero el proceso de combustión se sustituye por un proceso por un proceso de adición de calor a presión constante de una fuente externa, y el proceso de escape se reemplaza por uno de rechazo de calor a presión constante hacia el aire ambiente. El ciclo ideal que el fluido de trabajo experimenta en este ciclo cerrado es el ciclo Brayton, que esta integrado por cuatro procesos internamente reversibles:

1-2 2-3 3-4 4-1

Compresión isentrópica (en un compresor) Adición de calor a presión constante Expansión isentrópica (en una turbina) Rechazo de calor a presión constante



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Los diagramas T-s y P-v de un ciclo Brayton ideal se muestran en la siguiente figura.

Los ciclos reales de turbina de gas difieren del ciclo Brayton ideal por varias razones. Por un lado, alguna disminución de presión durante los procesos de adición y rechazo de calor es inevitable. Más importante aún es que la entrada de trabajo real al compresor será mayor y la salida de trabajo real de la turbina será menor debido a las irreversibilidades.

El funcionamiento y el comportamiento de una turbina de gas pueden ser estudiados y demostrados en un modelo a escala, como lo es el equipo ESIMEA-LT-PT-02 turbina de gas de dos flechas. La planta de turbina de gas se usa para la generación de energía mecánica y eléctrica, en aplicaciones como las siguientes: Para impulsión de generadores en estaciones de potencia. Para impulsión de compresores y bombas en extracción de petróleo y gas. Para propulsión de barcos, locomotoras y vehículos pesados. Para la propulsión de aviones con propulsores y motores de jet.



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A continuación se muestran algunas fotografías de turbinas de gas de diferentes tamaños y aplicaciones que se encuentran funcionando en la industria en la actualidad.



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OBJETIVO El alumno observara e l funcionamiento del equipo “Turbina de gas de doble fecha modelo ET 749” tomando los datos necesarios para realizar el diagrama del ciclo termodinámico al que corresponden estos equipos en el laboratorio de térmicas, para relacionarlo físicamente con los conceptos básicos necesarios para el estudio de la asignatura de generadores de vapor correspondientes al área térmica en la licenciatura de ingeniería mecánica.

RELACION DE EQUIPOS EMPLEADOS En esta ocasión será utilizado el equipo Turbina de gas de doble fecha modelo ET 749”88

RELACION DE MATERIALES EMPLEADOS No necesario en esta practica

RELACION DE HERRAMIENTAS EMPLEADAS No necesario en esta practica

DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA PASO 1 Organizarse en grupos de trabajo de 8 personas (como máximo) para poder realizar la practica ESIMEA-LT-TT-P1. PASO 2 Situarse al frente del tablero principal de manera ordenada y por grupo de trabajo para que el profesor y/o el técnico asignen en forma individual la adquisición de los valores de las diferentes variables. PASO 3 Tomar de manera individual las lecturas de los instrumentos y pantallas correspondientes para las variables asignadas en el PASO 2.



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PASO 4 Una vez tomada tu lectura regresaras a tu lugar, con la colaboración de todos los miembros de tu grupo de trabajo llenar la siguiente tabla (hacer los cálculos que sean necesarios).

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Experimento turbina de gas

Fecha: Temperatura ambiente en ° C: Presión atmosférica en bar:

Variable

Nomenclatura

Dimensión

Temperatura de entrada al compresor Presión de entrada al compresor Temperatura de salida del compresor Caída de presión en la cámara de combustión Temperatura de entrada a la turbina Presión a la entrada de la turbina Temperatura a la salida de la turbina de potencia

T1

°C

P1

Pa

T2

°C

P2 - P3

kPa

T3

°C

p3

bar

T5

°C

Lectura 1

Lectura 2

Se considera que solo existe una turbina de gas T4=T5

CUESTIONARIO. 1. Mencione ¿qué diferencias existen entre un motor de turbina de gas de ciclo abierto y de ciclo cerrado? 2. Realice el diagrama representativo para un motor de turbina de gas de ciclo abierto y ciclo cerrado. 3. ¿Cuáles son los procesos que conforman el ciclo ideal Brayton y que consideraciones se deben hacer? 4. Represente el proceso termodinámico que conforman el ciclo ideal Brayton en un diagrama T-s y P-v.



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5. ¿Bajo qué modificaciones el ciclo de turbina de gas simple ideal se aproxima al ciclo Ericsson?

BIBLIOGRAFIA 

Cengel y Boles, Termodinámica , Mc Graw Hill, Quinta Edición 2006. 507-538 pp.



Faires M. V. Termodinámica. Limusa. Quinta Reimpresión. México 1999. 422- 437 pp.



Mataix C. Turbo maquinas térmicas , Limusa, Tercera Edición. 137-157 pp.



Gas turbine World. Vol. 32 No. May-June 2002.



Tapia D. A., Máquinas térmicas, IPN, México 2005. Cap. 10

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NOTA: Revisar Internet

OBSERVACIONES GENERALES 

Recuerda que para un buen desarrollo de l a práctica debemos seguir el reglamento interno de nuestro laboratorio, no olvides que est e reglamento no está hecho para imponerte sino para protegerte.

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Si deseas un mayor aprovechamiento del objetivo de esta práctica se sugiere visitar el laboratorio en horas propuestas por tu equipo para llevar a cabo una investigación más profunda de la práctica en cuestión.



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