PRACTICA #7. “TURBINAS DE VAPOR Y CONDENSADORES.” CONDENSADORES.”
OBJETIVOS:
a) INTRODUCIR AL ALUMNO EN EL CAMPO DEL ESTUDIO DE LA TURBINA DE VAPOR, ESTUDIANDO SUS PARTES FUNDAMENTALES Y LOS PRINCIPIOS TERMODINAMICOS QUE LOS RIGEN. b) ANALIZAR EL COMPORTAMIENTO DE UNA TURBINA DE VAPOR BAJO DIFERENTES CONDICIONES DE CARGA GRAFICANDO SUS CURVA CARACTERISTICAS (LINEAS WILLIAN´S WILLIAN´S Y CALCULANDO SUS EFICIENCIAS. c) REALIZAR EL BALANCE DE ENERGIA EN EN EL CONDENSADOR. CONDENSADOR. INTRODUCCION: TURBINA DE VAPOR:
Una turbina de vapor es una turbomáquina motora, que transforma la energía de un flujo de vapor en energía mecánica a través de un intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido de trabajo(entiéndase el vapor) y el rodete, órgano principal de la turbina, que cuenta con palas o álabes los cuales tienen una forma particular para poder realizar el intercambio energético. Las turbinas de vapor están presentes en diversos ciclos de potencia que utilizan un fluido que pueda cambiar de fase, entre éstos el más importante es el Ciclo Rankine, el cual genera el vapor en una caldera, de la cual sale en unas condiciones de elevada temperatura y presión. En la turbina se transforma la energía interna del vapor en energía mecánica que, típicamente, es aprovechada por un generador para producir electricidad. En una turbina se pueden distinguir dos partes, el rotor y el estator. El E l rotor está formado por ruedas de álabes unidas al eje y que constituyen la parte móvil de la turbina. El estator también está formado por álabes, no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina. El término turbina de vapor es muy utilizado para referirse a una máquina motora la cual cuenta con un conjuntos de turbinas para transformar la energía del vapor, también al conjunto del rodete y los álabes directores. Clasificacion: Existen las turbinas de vapor en una gran variedad de tamaños, desde unidades de 1 HP (0.75 kW) usadas para accionar bombas, compresores y otro equipo accionado por flecha, hasta turbinas de 2,000,000 HP (1,500, (1 ,500,000 000 kW) utilizadas para generar electricidad. Hay diversas clasificaciones para las turbinas de vapor modernas, y por ser turbomáquinas son
susceptibles a los mismos criterios de clasificación de éstas. Por otro lado, es común clasificarlas de acuerdo a su grado de reacción:
Turbinas de acción: El cambio o salto entálpico o expansión es realizada en los álabes directores o las toberas de inyección si se trata de la primera etapa de un conjunto de turbinas, estos elementos están sujetos al estátor. En el paso del vapor por el rotor la presión se mantendrá constante y habrá una reducción de la velocidad. Turbinas de reacción: La expansión, es decir, el salto entálpico del vapor puede realizarse tanto en el rotor como en el estátor, cuando este salto ocurre únicamente en el rotor la turbina se conoce como de reacción pura.
CONDENSADOR:
El condensador termodinámico es utilizado muchas veces en la industria de la refrigeración, el aire acondicionado o en la industria naval y en la producción de energía eléctrica, en centrales térmicas o nucleares. Adopta diferentes formas según el fluido y el medio. En el caso de un sistema fluido/aire, está compuesto por un tubo de diámetro constante que curva 180° cada cierta longitud y unas láminas, generalmente de aluminio, entre las que circula el aire. Un condensador es un cambiador de calor latente que convierte el vapor de su estado gaseoso a su estado líquido, también conocido como fase de transición. El propósito es condensar la salida (o extractor) de vapor de la turbina de vapor para así obtener máxima eficiencia e igualmente obtener el vapor condensado en forma de agua pura de regreso a la caldera. Condensando el vapor del extractor de la turbina de vapor, la presión del extractor es reducida arriba de la presión atmosférica hasta debajo de la presión atmosférica, incrementando la caída de presión del vapor entre la entrada y la salida de la turbina de vapor. Esta reducción de la presión en el extractor de la turbina de vapor, genera más calor por unidad de masa de vapor entregado a la turbina de vapor, por conversión de poder mecánico. La función principal del condensador en una central térmica es ser el foco frío o sumidero de calor dentro del ciclo termodinámico del grupo térmico. Por tanto, su misión principal es condensar el vapor que proviene del escape de la turbina de vapor en condiciones próximas a la saturación y evacuar el calor de condensación (calor latente) al exterior mediante un fluido de intercambio (aire o agua). En el caso de una máquina frigorífica, el condensador tiene por objetivo la disipación del calor absorbido en el evaporador y de la energía del compresor.
Adicionalmente, el condensador recibe los siguientes flujos:
Las purgas de los calentadores y otros elementos, que una vez enfriadas son incorporadas al circuito de condensado. El aire que procede de entradas furtivas en los diversos elementos del ciclo aguavapor, a través de los cierres de la turbina de vapor o con el agua de reposición al ciclo. Éste debe ser extraído y enviado al exterior mediante eyectores o bombas de vacío. El vapor procedente del escape de la turbo-bomba de agua de alimentación si la hay en la instalación. El vapor de los by-passes de turbina de vapor, que en determinados modos de operación transitorios (arranques, paradas, disparos, cambios bruscos de carga) conducen directamente al condensador todo el vapor generador en la caldera una vez atemperado. El agua de aportación al ciclo para reponer las purgas, fundamentalmente la purga continúa. Esta agua es desmineralizada y proviene del tanque de reserva de condensado.
Las condiciones en el interior del condensador son de saturación, es decir, está a la presión de saturación correspondiente a la temperatura de condensación del vapor. Esta presión es siempre inferior a la atmosférica, es decir, se puede hablar de vacío. TIPOS DE CONDENSADORES PARA CENTRALES TERMICAS.
Según su disposición relativa con respecto de la turbina de vapor, los condensadores pueden clasificarse en:
Axiales. Están situados al mismo nivel que la turbina de vapor. Son típicos de turbina de vapor hasta 150 MW, potencias hasta las cuales el cuerpo de baja presión es de un solo flujo y escape axial. Laterales. Están situados al mismo nivel que la turbina de vapor. El cuerpo de baja presión de la turbina de vapor es de dos flujos. Inferiores. Están situados debajo de la turbina de vapor de baja presión, lo que les obliga a estar metidos en un foso y que el pedestal del grupo turbogenerador esté en una cota más elevada, encareciéndose la obra civil. Dadas las potencias de las centrales convencionales actuales, éste es el tipo de condensador más usualmente empleado. La turbina de vapor de baja tiene doble flujo, pudiendo haber además varios cuerpos.
Según el número de pasos pueden ser:
Un paso. Hay una única entrada y una única salida de agua en cada cuerpo del condensador. Típica en circuitos abiertos de refrigeración. Dos pasos. El agua entra y sale dos veces en el cuerpo del condensador.
Según el número de cuerpos:
Un cuerpo. El condensador tiene una sola carcasa. Dos cuerpos. El condensador tiene dos carcasas independientes. Esta disposición es muy útil, ya que permite funcionar sólo con medio condensador.
TIPOS DE CONDENSADORES PARA MAQUINAS FRIGORIFICAS.
Los tipos de condensadores más utilizados en una máquina frigorífica son los siguientes:
Tubos y aletas. Se utilizan cuando se disipa el calor a una corriente de aire. De placas. Se utilizan cuando se disipa el calor a una corriente de agua.es: Condensador (termodinámica).
INSTRUMENTACION Y EQUIPO:
1 TERMOMETRO DE 250[°C]. 2 TERMOMETROS DE 150 [°C]. 2 TERMOMETROS DE 100[°C]. 1 CRONOMETRO. 2 CUBETAS. 1 BALANZA. 1 TURBINA BELLIS & MORCOM.
SECUENCIA EXPERIMENTAL:
Para comenzar, se acudió al almacén para pedir la instrumentación adecuada para realizar la práctica. En seguida nos instalamos en nuestra área de trabajo y el profesor explico cómo estaba formado el equipo, que se estaba por analizar y dio una pequeña capacitación a cada uno de los compañeros para que se operara el equipo de la manera más adecuada, ya que al ser de gran tamaño y con características especiales, es necesario un trato especial, en seguida se coloco la instrumentación en los termoposo:
Después del sobrecalentado y antes de la válvula para regular el flujo de vapor, se coloco un termómetro de 250[°C], dos termómetros de 150[°C] se colocaron cada uno antes y después de la turbina. En el condensador se coloco un termómetro de 100[°C] y en el agua de enfriamiento se coloco otro de igual escala. Después de observar que el sistema se mantiene estable, se procedió a ponerle carga al eje de la turbina, la carga era que se media en un aparato que iva oscilando, cuando el sistema se estabilizaba se tomaba las lecturas, también se regulaba el paso de vapor a la turbina para mantener las revoluciones por minuto constantes, tratando de cada vez aumentar la carga. En la quinta lectura se procedió a tomar la temperatura en cada uno de los termómetros instalados en los termoposo antes mencionados. Por último se entrego la instrumentación al almacén. DATOS Y LECTURAS: TABLA DE DATOS Y LECTURAS. EVENTO 1
F[LbF] 2.8
N[RPM] 6000
mcond[kg] 3.54
t cond[s] 60
2 3 4
4.4 7.4 8.5
6000 6000 6000
4.5 5.415 6.065
60 60 60
5
9.1
6000
6.455
60
P1[kg/cm2]
PARA EL QUINTO EVENTO: 8 Ta1[°C]
37
P2[kg/cm2]
7
Ta2[°C]
45
P3[kg/cm2]
0.18
L[m]
1.28
P4[inHg] T2[°C] T3[°C] T4[°C]
17 173 148 84
D[mm] n Patm[kpa] Cp H2O[kJ/kg*K]
18 134 77.8 4.186
T5[°C] T6[°C]
41 27
LINEA WILLAN’S.
m
P
1 0.059 3132.837 0.075 4923.030 2 3 0.09025 8279.642 4 0.10108333 9510.400 5 0.10758333 10181.722
Linea Willan´s P= 205.18m- 8.1022
12000.000
R² = 0.9836
10000.000 8000.000 P
6000.000
Series1
4000.000
Linear (Series1)
2000.000 0.000 0
0.05
0.1 mv
P=205.18m-8.1022
Si mv=0 por lo tanto:
P= 8.1022 [W]
P= Wp= 8.1022 [W]
donde: WI=P+Wp WI= 16.204 [W]
0.15
RESULTADOS: TABLA DE RESULTADOS. ESTADO PRESION[KPA] 1 862.3291
TEMPERATURA [°c] 170
ENTALPIA[KJ/KG] 2689.038196
ENTROPIA[KJ/KG*K] CALIDAD 6.451 0.96
2 3
764.2630 95.4519
173 148
2778 2778
6.686 7.626
0 0
4
20.2380
84
2517
7.626
0.9606
4R 5 6
20.2380 77.8 862.3291
84 41 27
2656 171.626 113.022
8.036 0.5857 0.3952
0 0 0
RESULTADOS ADICIONALES: ηi=
46.743
[%]
ηm=
77.574
[%]
ηc= ηT=
9.794 36.261
[%] [%]
Q= U=
267.277 0.096
[Kw] [kw/m2*k]
ANALISIS DE RESULTADOS:
Al analizar las entalpias observamos los cambios de estado, y podemos ver que van con respecto con el estado que estamos esperando, la eficiencia interna de la turbina es la más alta pero la eficiencia mecánica es muy pequeña por lo que supongo que se debe a las pérdidas que hay de tipo mecánico.
CONCLUSIONES:
Puedo decir que los objetivos de la práctica se cumplieron, se observo y analizo el funcionamiento de la turbina, y los principios termodinámicos. Se analizo el comportamiento de la turbina bajo diferentes condiciones de carga, se grafico la línea Willan’s y se cálculos las eficiencias correspondientes. Se realizo el estudio del balance de energía del condensador.
BIBLIOGRAFIA:
INGENIERIA TERMODINAMICA, FRANCIS F.HUANG, PRIMERA REIMPRESION, MEXICO, 1997, PAG.864. TERMOFLUIDOS, TURBOMAQUINAS Y MAQUINAS TERMICAS, DR.FREDERICK M. GOLDEN, COMPAÑÍA EDITORIAL CONTINENTAL S.A DE C.V, MEXICO 1ªEDICION 1989, PAGS.640. TERMODINAMICA, DR, YUNUS CENGEL 2ªEDICION MC GRAW-HILL, PAGS 986
MESOGRAFIA:
CONDENSADOR TRERMICO,22 de marzo del 2012, 00:33 am,
http://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_(termodin%C3%A1mica)
TURBINA DE VAPOR,22 de marzo del 2012,1:01 am,
http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_de_vapor
