CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
Máquinas Térmicas Máquinas Térmicas Ing
Ing. CARLOS P. CARLOS PABLABLO AGUILAR O AGUILAR NARVNARVAEZAEZ
SESIÓN N° 6 SESIÓN N° 6
A. TITUL A. TITULO:O: C. PROPÓSITO: C. PROPÓSITO: G. HIPÓTESIS: G. HIPÓTESIS: F. CONCEPTOS: F. CONCEPTOS: D. PREGUNTAS: D. PREGUNTAS: B. ENFOQUE: B. ENFOQUE: K. TRANSFORMACIÓN: K. TRANSFORMACIÓN: J. RESULTADOS: J. RESULTADOS: I. PROCEDIMIENTO: I. PROCEDIMIENTO: E. TEORÍA: E. TEORÍA: M. CONCLUSIÓN: M. CONCLUSIÓN: L. AFIRMACIÓN: L. AFIRMACIÓN: H. MATERIALES: H. MATERIALES:
La eficiencia térmica en centrales de ge
La eficiencia térmica en centrales de generaciónneración
de vapor y los parámetros de diseño del ciclo termodinámico de vapor y los parámetros de diseño del ciclo termodinámico Reconocer los ciclos termodi
Reconocer los ciclos termodinámicos de la námicos de la generación de vageneración de vapor; por; Calculando las variables Calculando las variables de estado,de estado,
para diagnosti
para diagnosticar ecar el impacto en el rendimiento tol impacto en el rendimiento total.tal.
Los cic
CAPACIDADES A DESARROLLAR
Analiza los parámetros de operación en una planta de Generación de vapor.
Aplica el Ciclo Rankine Ideal en el análisis de una planta de potencia de vapor
Resuelve casos de evaluación de la eficiencia en plantas de potencia de vapor
FUGAS DE VAPOR EN TUBERÍAS, EQUIPOS Y ACCESORIOS:
CONSIDEREMOS UNA FUGA DE VAPOR DE 20Kg/h EN UNA PLANTA QUE TRABAJA 8 000 h/año , EL
VAPOR PERDIDO SERÁ:
Kg-vapor/ hora = 20 kg-vapor / h x 8 000 h /año = 160 000 kg / año Vapor perdido= 160 Ton /año Asumiendo que el rendimiento de la caldera es : 50kg-vapor / galón:
Combust./año= 160 000 kg -vapor/año x 1 galón / 50 kg-vapor = 3 200 galones/ año Suponiendo: 1galón combust. = 1,24 Dolares
CONTENIDOS
CICLO DE CARNOT PARA UN VAPOR CICLO RANKINE.
COMPONENTES DEL CICLO RANKINE.
CICLO CON REGENERACIÓN. CICLO CON RECALENTAMIENTO.
LA TURBINA
EL CONDENSADOR LA BOMBA
SISTEMA TERMOMECÁNICO SUSTANCIA EN ESTADO DE VAPOR CICLO MÁQUINAS MOTRICES
PRODUCTOR DE POTENCIA
EL MÁS EFICIENTE QUE PUEDE FUNCIONAR ENTRE DOS LÍMITES
DE TEMPERATURA
1 2
3 4
4 PROCESOS
1 2
4 3
1-2 AGUA SATURADA SE EVAPORA, HASTA VAPOR SATURADO
2-3 VAPOR SATURADO ENTRA A LA MÁQUINA MOTRIZ: EXÁNSIÓN ISENTRÓPICA
EXÁNSIÓN ISENTRÓPICA EFECTÚA TRABAJO
3-4 MEZCLA VAPOR –LÍQUIDO CONDENSA TOTALMENTE A T cte. Y p cte. 4-1 BOMBA COMPRIME ISENTRÓPICAMENTE LA MEZCLA:VAPOR -LÍQUIDO
CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
CICLO RANKINE T
s P2
P1 Diagrama T- s de un ciclo de potencia
de vapor
T2
COMPRESIÓN ISOENTRÓPICA DE VAPOR DE AGUA HÚMEDO; Hasta líquido saturado
A UNA PRESIÓN MAYOR,SE LE SUMINISTRA CALOR A PRESIÓN CONSTANTE.
Hasta convertirlo en vapor saturado
VAPOR HÚMEDO SALIDO DE LA TURBINA SE CONDENSA PARCIALMENTE A PRESIÓN CONSTANTE Y TEMPERATURA
CONSTANTE.
Con desprendimiento de calor.
CICLO BÁSICO
COMPRESIÓN ISOENTRÓPICA EN UNA BOMBA
SUMINISTRO DE CALOR A P=Cte. EN UNA CALDERA CON SOBRECALENTADOR
EXPANSIÓN ISOENTRÓPICA EN UNA TURBINA
CESIÓN DE CALOR A P=Cte. EN UN CONDENSADOR 1 - 2
2 - 3
3 - 4
EJEMPLO 1:
Una turbina adiabática en una planta generadora de vapor, recibe el fluido a una Presión de 7 Mpa y a 550°C, para salir a 20 kPa. La entrada de la turbina está 3m más alta que la salida, la velocidad del vapor en la entrada es de 15 m/s, y la Salida es 300 m/s. Calcular el trabajo realizado por la unidad de masa de vapor, Y determinar, en porcentaje, el efecto que cada término ejerce sobre el trabajo efectuado por la turbina.
BURGHART Pg. 208 wt= 1 197,1 kJ /kg
ENERGÍA TOTAL DISPONIBLE: 1286,9 H = 96,5%
EC= 3,49% EP= 0,001%
UNA PLANTA DE VAPOR OPERA EN UN CICLO RANKINE CON UNA PRESIÓN EN EL GENERADOR DE VAPOR DE 2,5 Mpa y de 10 Kpa EN EL CONDENSADOR EVALÚE LA CALIDAD DE VAPOR A LA SALIDA DE LA TURBINA Y LA EFICIENCIA DEL CICLO SI A LA ENTRADA DE LA TURBINA SE TIENE VAPOR SATURADO. EJEMPLO 3 CICLO RANKINE IDEAL SIN SOBRECALENTAMIENTO
RESPUESTAS:
X = 0.747586 n = 0.311977
UNA PLANTA DE VAPOR OPERA EN UN CICLO RANKINE CON UNA PRESIÓN EN EL GENERADOR DE VAPOR DE 2,5 Mpa y 300°C y de 10 Kpa EN EL
CONDENSADOR EVALÚE LA CALIDAD DE VAPOR A LA SALIDA DE LA TURBINA Y LA EFICIENCIA
DEL CICLO.
EJEMPLO 4 CICLO RANKINE IDEAL CON SOBRECALENTAMIENTO
RESPUESTAS:
X = 0.7998 n = 0.3191
EJEMPLO 5:
Una planta de Potencia de vapor funciona con base en un ciclo Rankine.El Vapor de agua entra a la turbina a 7 Mpa y a 550°C, con una velocidad de 30 m/s. Se descarga luego a un condensador, a 20 kPa y con una velocidad De 90 m/s. Determinar la eficiencia térmica y la potencia neta producida que Corresponde a una circulación o flujo de vapor de 37,8 kg/s.
wt= 1238,4 Kj/kg wbba= 7,1kJ/kg wneto= 1231,3 kJ/kg q entrada= 3272,4kj/kg
n t = 37,6%
Potencia neta producida= 46 543kW
CULMINADO EL ANÁLISIS DEL CICLO RANKINE SE PUEDEN PROPONER DIFERENTES ESTRATEGIAS QUE PERMITAN INCREMENTAR LA EFICIENCIA
DEL MISMO .
UNA DE ELLAS PUEDE SER LA REDUCCIÓNDE LA PRESIÓN A LA SALIDA DE LA TURBINA.
ESTO INCREMENTA LA EFICIENCIA, PERO REDUCE LA CAL IDAD A LA SALIDA DE LA TURBINA PROVOCANDO UN DESGASTE MAYOR
DE LOS ÁLAB ES.
OTRA FORMASERÍA OPERAR EL GENERADOR DE VAPOR A UNA PRESIÓN MAYOR.
PERO TENDRÍAMOS PROBLEMAS SIMILARES CON LOS ÁLABES
PODRÍA SOBRECALENTAR EL VAPOR PROVOCANDO
VAPOR SOBRECALENTADO ENTRA A 2,5 Mpa y 300 °C A LA PRIMERA ETAPA DE UNA TURBINA DE VAPOR. EL VAPOR ABANDONA LA PRIMERA ETAPA A UNA PRESIÓN DE 500 Kpa Y REGRESA AL GENERADOR DE VAPOR, EL CUAL
ABANDONA A 10 Kpa. EVALÚE LA EFICIENCIA DEL CICLO Y LA CALIDAD DEL VAPOR A LA SALIDA DE LAS DOS ETAPAS DE LA TURBINA.
EJEMPLO 6 CICLO RANKINE IDEAL CON RECALENTAMIENTO
RESPUESTAS: X = 0.9642 n = 0.3267 X = 0.9019
