E973 Turbina De Vapor - Ingeniería de Ejecución Mecánica

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
INGENIERIA DE EJECUCIÓN EN MECANICA
PLAN 2002
GUIA DE LABORATORIO
ASIGNATURA
15069 SISTEMAS TÉRMICOS E HIDRÁULICOS
NIVEL 07
EXPERIENCIA E-973
“TURBINA DE VAPOR”
HORARIO: LUNES 3-4-5-6
EXPERIENCIA:
1.
E973 TURBINA VAPOR
OBJETIVO GENERAL:
Familiarizar al alumno con el análisis, operación y funcionamiento de una turbina
de vapor empleada en la generación de energía eléctrica, visualizando las
operaciones de cada uno de los elementos que conforman una central térmica de
vapor del tipo de laboratorio.
2.
3.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
a)
Determinar el rendimiento de una turbina de vapor del tipo de acción, así
como el de la unidad turbogeneradora, graficando las curvas
características. Conocer de la aplicación e importancia de los rendimientos.
b)
Dar una idea general del funcionamiento de una central térmica de vapor
real, así como de los aspectos termodinámicos involucrados.
INTRODUCCIÓN TEÓRICA:
Turbina de Vapor:
Es un dispositivo por el cual se hace pasar un fluido, vapor a presión, y mediante
una conversión apropiada de energía se logra obtener un trabajo con la expansión
de éste. El fluido es acelerado a través de toberas fijas y el momentum resultante
es transferido a los álabes del rotor obteniéndose así el movimiento del eje motriz.
Este puede estar conectado a un generador eléctrico, un compresor u otra carga
en general.
Esquema de Turbina de Vapor
La clasificación de las turbinas depende de diferentes factores, entre los relevantes
se tiene:
a)
Considerando la expansión del vapor en la turbina, se tendrá turbinas de
acción o impulso, de reacción y mixtos (acción-reacción).
b)
Considerando la descarga del vapor, encontramos turbinas de descarga
libre, de condensación y de contrapresión.
c)
Si se considera la dirección del flujo de vapor, relativo al plano de rotación,
se habla de turbinas de flujo axial, radial y tangencial.
Ciclo Rankine:
Ciclo termodinámico de máquina térmica comúnmente utilizado en plantas de
fuerza, la sustancia de trabajo en general es agua, quien participara en fases
líquida y gaseosa.
El ciclo básico, totalmente idealizado, considera los siguientes dispositivos
operando en forma estacionaria como flujo estable estado estable:
1-2
Bomba, adiabática reversible
2-3
Caldera, isobárica
3-4
Turbina de vapor, adiabática reversible
4-1
Condensador, isobárico
La formulación energética, con las simplificaciones del caso conduce a:
Calor aportado
:
2q3
=
h3 – h2
Calor rechazado
:
4q1
=
h1 – h4
Trabajo ciclo
:
Wn
=
(h2 – h1) + (h4 – h3)
Rendimiento térmico del ciclo:
 térmico 
h2  h1  h4  h3 
h3  h 2
Ciclo Rankine Básico
La presencia efectiva de irreversibilidades justifica establecer el concepto de
rendimiento termodinámico de proceso en turbina y bomba, en el caso de la
primera.
 turbina 
h  h3
Trabajo efectivo turbina
 4
Trabajo teórico idealizado h 4  h3
En las instalaciones como en la que se ensayará la turbina, se encuentra acoplada
a un generador eléctrico dando lugar a un rendimiento de grupo generador.
 generador 
Energía eléctrica
Trabajo efectivoturbina
Curva Característica Generador
Luego el rendimiento del conjunto turbo-generador será.
 turbo generador 
Energía eléctrica
Trabajo teórico idealizado
Sin perjuicio de lo anterior, el Ciclo Rankine Básico podrá ser modificado
incorporando dispositivos adicionales como: sobrecalentadores, intercambiadores
de calor y otros, con la intención de aumentar la producción de trabajo y/o la
eficiencia térmica.
Algunas Modificaciones al Ciclo Básico
4.
5.
METODO A SEGUIR:
a)
Reconocimiento de la instalación de laboratorio.
b)
Ensayo del equipamiento para diferentes cargas eléctricas en condición de
velocidad rotacional estacionaria.
VARIABLES A CUANTIFICAR:
Condición de ingreso del vapor a la turbina, presión de descarga del mismo,
velocidad rotacional de la turbina, mediciones eléctricas del generador, consumo
de vapor acorde al condensado.
6.
7.
8.
TEMAS DE INTERROGACIÓN:
1.
Principios de funcionamiento de los componentes de un ciclo Rankine.
2.
Determinación e interpretación de propiedades termodinámicas.
3.
El Ciclo Rankine como Ciclo Termodinámico de Máquina Térmica.
BIBLIOGRAFÍA:
1.
Kenneth Wark , “Termodinámica”, Edit. Mc Graw Hill
2.
Sonntag Van Wyle , “Fundamentos de Termodinámica”, Edit. Wiley-Limusa.
3.
Apuntes de Clases, Curso Termodinámica, Prof. Manuel D. Salinas Salas.
LO QUE SE PIDE EN EL INFORME:
Determinación y grabación de:
i.
Rendimiento termodinámico de proceso correspondiente a la turbina para
diferentes cargas.
ii.
Rendimiento del grupo turbo generador para diferentes cargas.
iii.
Consumo de vapor en relación a energía eléctrica producida.