Practica Ciclo Rankine

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DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA Y PETRÓLEOS LABORATORIO DE TERMODINÁMICA REVISIÓN N˚ 01

Ciclo Rankine

ÚLTIMA REVISIÓN 27/09/2012

LT-DIM-FIM-EPN

PRÁCTICA No. 4

000.INFORMACIÓN GENERAL Período

2012-B

Materia

Termodinámica III

100.INFORMACIÓN DE GRUPO No.

Día

Horario

3

Martes

14-16H

200.INFORMACIÓN DEL(os) ALUMNO(s) 1. 2.

Sandoval Asimbaya José Antonio

CC 1 7 1 9 9 9 2 4 8 7

(APELLIDOS Y NOMBRES COMPLETOS)

CÉDULA DE CIUDADANÍA

Guanuchi Chávez Esteban Alejandro

CC 1 7 1 9 1 8 5 4 8 8

(APELLIDOS Y NOMBRES COMPLETOS)


3.

CC (APELLIDOS Y NOMBRES COMPLETOS)


300.INFORMACIÓN DE FECHAS DÍ A (dd)

ME S (mm)

ANO AN O (aaaa)

Fecha de Realización

1

10

2012

Fecha de Entrega

8

10

2012

ELABORADO POR:

REVISADO POR:

Ricardo Poveda Esteban Fierro

Ing. Miguel Ortega

DÍAS DE RETRASO (dd)

OBSERVACIONES

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1. Objetivos: 

Reconocer cada una de las partes que forman y el ciclo rankine y su funcionamiento.



Determinar las presiones manométricas en las zonas de: alta, media y baja presión.



Medir las temperaturas en el panel de control de temperaturas del ciclo por medio de termocuplas instaladas en el ciclo.



Calcular el trabajo realizado por la turbina dentro del ciclo.

2. Marco Teórico PROCESO DE LA PRÁCTICA DEL LABORATORIO 1. Encendido de la caldera 2. Esperar que la caldera alcance las condiciones optimas optimas de funcionamiento funcionamie nto 3. Arrancar el turbo-generador turbo-generador 4. Con carga cero tomar los datos correspondientes de presión, temperatura, RPM, flujo másico. 5. Aplicar cargas mediante el banco de resistencias resistenc ias eléctricas, eléctricas , cuando la caldera vuelve a encender 6. Girar el reóstato de campo en sentido horario hasta que el voltímetro marque 120V este voltaje servirá para excitar la carga 7. Girar hasta la posición ON el dispositivo selector de la primera carga del valor nominal 0.55 KW 8. Esperar que la caldera se apague y tomar datos, dos veces con la misma carga, hacer lo mismo para las siguientes cargas 9. Aplicar la segunda carga, girar el dispositivo selector de la primera carga hasta la posición OFF en sentido horario, girar la posición ON el dispositivo selector de la segunda carga de valor nominal 2.75 KW 10. Aplicar la tercera carga, girar el dispositivo selector de la carga uno a la posición ON manteniendo la segunda carga encendida, la tercera carga resulta de la suma de las dos cargas, valor nominal 3.85 KW

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11. Cerrar el grupo turbogenerador turbogenerador 12. apagar la caldera



Indicar dos maneras de mejorar el rendimiento térmico del ciclo Rankine

CICLO RANKINE CON RECALENTAMIENTO En el ciclo con recalentamiento, el vapor no se expande por completo en una sola etapa hasta la presión del condensador. Luego de expandirse parcialmente, el vapor se extrae de la turbina y se recalienta a presión constante. A continuación, se lo devuelve a la turbina para su expansión posterior hasta la presión de salida. Se puede considerar que la turbina está constituida por dos etapas, una de alta y otra de baja presión como lo muestra la siguiente figura

Ciclo rankine con recalentamiento Consideraciones Consideraciones generales: 

Para responder a las crecientes demanda de potencia, las presiones de operación de las calderas, han ido incrementándose de manera de elevarlas ganancias térmicas al incrementar la temperatura de entrada a la caldera por efecto de la presión, disminuyendo el calor transferido al fluido de trabajo. Sin embargo el aumento de la presión el la caldera origina la disminución de la calidad del vapor de agua que sale de la turbina como se observa en el diagrama Ts, es decir, A la salida de la turbina de alta presión, el vapor esta generalmente próximo a la línea de saturación. Para evitar el problema de erosión de los álabes de la turbina, y seguir aprovechando las ventajas de la alta presión en las calderas

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es necesario el desarrollo de los ciclos con recalentamiento. 

La temperatura tras el recalentamiento, es generalmente igual o algo inferior a la temperatura de entrada en la primera etapa de la turbina.



El máximo rendimiento térmico de un ciclo ideal con recalentamiento se obtiene cuando el 

cociente  en la turbina de alta presión, se encuentra dentro del intervalo de 0,15 a 0,35. 

La temperatura promedio durante el proceso de recalentamiento puede incrementarse si se aumenta el número de etapas de expansión y recalentamiento. Sin embargo, el uso de más de dos etapa de recalentamiento no es práctico, la ganancia en la eficiencia es tan pequeña que no justifica el costo y la complejidad adicional. adicional. El doble recalentamiento recalentamiento se emplea sólo en plantas de energía de presión supercrítica. supercrítica. Para calcular el rendimiento térmico de un ciclo de recalentamiento, hay que tomar en cuenta el trabajo que sale de ambas etapas de la turbina, así como el calor transferido en la zona de la caldera-sobrecalentador caldera-sobrecalentador (  ) y en la zona de recalentamiento (  ) rendimiento térmico esta dado por  

          



(   )  (   )   (   )  (   )

CICLO RANKINE CON REGENERACIÓN El ciclo regenerativo consiste, en extraer parte del vapor expandido en la turbina y utilizarlo para suministrar calor al fluido de trabajo, aumentado su temperatura antes de pasar por la fuente principal de calor (Caldera) a una presión determinada. Existen dos tipos de calentadores uno denominado calentador abierto o de contacto directo y el calentador cerrado o cambiador de calor de carcasa y tubos. Ciclo Rankine con calentadores abiertos En el caso ideal, se ajustan los flujos másicos de las corrientes que entran al calentador, de manera que el resultado de la mezcla a la salida del calentador sea líquido saturado a una presión determinada. Las presiones de entrada deben ser iguales, para que no se produzcan retornos indeseables en las líneas de tuberías.

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El análisis teórico de un calentador abierto en un ciclo ideal regenerativo se emplean los principios de conservación de la masa y la energía aplicados al volumen de control mostrado en la anterior

De la misma manera, el balance de energía con

es:

Eliminando al combinar las ecuaciones anteriores tenemos:

Dividiendo toda la ecuación anterior entre la masa total ̇ tenemos:

Si la fracción de vapor de agua extraída de la turbina

 ̇  ̇  

, en el estado 4 se representa por  , en la

ecuación anterior entonces:

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El trabajo total que sale de la turbina, referido a la unidad de masa que atraviesa la zona de la caldera y el sobrecalentador, es:

El trabajo de la bomba de condensado en condiciones isentrópicas, referido a la masa que atraviesa al condensador, es :

El trabajo de la bomba de alimentación en condiciones isentrópicas, isentrópicas, referido a la masa total del ciclo, es:



Realizar un grafico de temperatura tiempo para el funcionamiento de las calderas desde las condiciones ambientales hasta las condiciones de operación

Temperatura vs tiempo 200

) C ° ( 150 a r u t 100 a r e p m 50 e T

TEMPERAT…

0 0

50

100

150

Tiempo (S)

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Realizar un grafico de Presión tiempo para el funcionamiento de las calderas desde las condiciones ambientales hasta las condiciones de operación

Presion Vs Tiempo 100 90 80

) i s p ( n o i s e r P

70 60 50 40

TEMPERATURA

30 20 10 0 0

50

100

150

20 0

Tiempo (S)

Explique que es una caldera pirotubular y acuatubular, y las diferencias entre ellas. Pirotubular: Está interiormente por un paquete multitubular de transmisión de calor y una cámara superior de formación y acumulación de vapor, los tubos están completamente rodeados de agua, los gases pasan por el interior de los tubos, presentan una elevada perdida de carga en los humos. Acuatubular: en esta caldera el agua esta dentro de los tubos ubicados longitudinalmente en el interior, el vapor producido por la combustión rodea los tubos y calienta el agua, soporta mayores presiones. 

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3. Explique el funcionamiento de la válvula de control que regula el paso de vapor a la turbina y su efecto en el ciclo. En estos elementos se produce un cambio de la presión del fluido mediante una transformación isoentálpica, desde la alta presión y temperaturas existentes en el condensador, a la baja presión y temperaturas requeridas en el evaporador, al disminuir la presión y la temperatura del fluido, cuando éste atraviesa por esta válvula, se reduce la entalpía específica del líquido, lo que requiere que parte de él vaporice, absorbiendo en esta evaporación parcial el calor sobrante, (diferencia entre las entalpías específicas del líquido antes y después de la válvula).

4. Explique qué es un rotámetro, su utilidad y describa el principio de funcionamiento. Los rotámetros o flujómetros son instrumentos utilizados para medir caudales, tanto de líquidos como de gases que trabajan con un salto de presión constante. Se basan en la medición del desplazamiento vertical de un “elemento sensible”, El principio de funcionamiento de los rotámetros

se basa en el equilibrio equilibrio de fuerzas que actúan sobre el flotador. En efecto, la corriente fluida que se dirige de abajo hacia arriba a través del tubo cónico del rotámetro, provoca la elevación del flotador hasta una altura en que el área anular comprendido entre las paredes del tubo y el cuerpo del flotador, Las fuerzas que actúan sobre el flotador son tres y de naturaleza distinta

5. CUADRO DE DATOS 1.- CONDICONES AMBIENTALES Temperatura de bulbo seco Temperatura de bulbo húmedo Humedad relativa Presión atmosférica

Tbs Tbh 

P atm

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[ºF] [ºF] [%] [mmHg]

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2.- TEMPERATUR T EMPERATURA A CARGA CALDERA [kw] [ºC] 0 0 0.55 0.55 2.75 2.75 3.85 3.85

T1 [ºC] 160 160 161 160 160 160 160 160

T2 [ºC] 160 160 160 159 159 160 160 160

T3 [ºC] 160 160 160 159 159 160 160 160

T4 [ºC] 144 145 146 146 148 148 149 149

T5 [ºC] 45 30 31 30 32 31 33 33

T6 [ºC] 64 64 64 64 61 63 64 64

T7 [ºC] 32 32 33 33 36 36 37 37

T8 [ºC] 18 18 18 18 18 18 18 18

T9 [ºC] 30 29 32 30 33 33 34 34

3.- PRESIONES

CARGA [kw]

CALDERA [psig]

0 0 0.55 0.55 2.75 2.75 3.85 3.85

P1

P2

P3

P4

P5

P6

[psig] 83 84 84 81 82 82 82 82

[psig] 85 82 82 75 81 82 81 81

[psig] 76 78 78 78 80.5 84 85 84

[psig] 20 20 20 20 30 30 40 40

[psig] 14 14 14 14 15 14 14 14

[psig] 15 14.7 14.8 16 15.8 15 14.8 15

4.- GENERADOR Y BANCO DE RESISTENCIAS

CARGA [KW] 0 0 0.55 0.55 2.75 2.75 3.85 3.85

FUERZA [lbf] 0.6 0.6 1.25 1.25 4 3.8 5 5

R [in] 9.252 9.252 9.252 9.252 9.252 9.252 9.252 9.252

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RPM 3028 3023 3015 3008 2974 2997 2974 2970

V [V] 20 20 120 120 130 130 120 120

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I [A] 0 0 1 1 7 7 9 9

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5- FLUJO DE AGUA Y CONSUMO DE COMBUSTIBLE

CARGA [KW

CONDENSADOR Vc [ ] 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 

0 0 0.55 0.55 2.75 2.75 3.85 3.85

tc [s] 63 71 62 67 48 54 46 47

ENFRIAMIENTO CONDENSADOR Q [IGPM] 10 10 9.5 9.5 10 10 10 10

Bibliorafia  

http://libros.redsauce.net/Refrigeraci%C3%B3n/PDFs/03Refrig.pdf http://www.efn.unc.edu.ar/departamentos/aero/Asignaturas/MecFluid/material/

Teoria%20Rotametro.pdf  

http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/325/1/CD-0307.pdf http://termoaplicadaunefm.files.wordpress.com/2009/02/tema-1-ciclo-de-vapor.pdf

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Quito- Ecuador DISPOSICIONES GENERALES -El informe de la práctica se lo debe realizar de manera individual o en parejas. -El plazo de entrega es de una semana a partir de la práctica. -Los informes serán digitales, y enviados al correo indicado. -No se tolerará ningún tipo de copia o plagio (citar y referenciar cualquier fuente de consulta) FORMATO Letra: Arial 11 ELABORADO POR:

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Interlineado: 1,15 CONTENIDO 5. CARÁTULA (dada por el laboratorio) 6. OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA (Máximo 4) 7. MARCO TEÓRICO 

Proceso de realización de la Práctica



Indicar dos maneras de mejorar el rendimiento térmico en un ciclo Rankine



Realizar un gráfico temperatura-tiempo para el funcionamiento de una caldera desde las condiciones ambientales hasta la finalización de la práctica (aprox.)



Realizar un gráfico presión-tiempo para el funcionamiento de una caldera desde las condiciones ambientales hasta la finalización de la práctica (aprox.)



Explique que es una caldera pirotubular y acuatubular, y las diferencias entre ellas. (Máximo 6 líneas) 8. EXPLIQUE EL FUNCIONAMIENTO DE LA VÁLVULA DE CONTROL QUE REGULA EL PASO DE VAPOR A LA TURBINA Y SU EFECTO EN EL CICLO. (Máximo 6 líneas) 9. EXPLIQUE QUÉ ES UN ROTAMETRO, SU UTILIDAD Y DESCRIBA EL PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO. (Máximo 6 líneas) 10. CUADRO DE DATOS. 11. EJEMPLO DE CÁLCULOS (Solo para una condición de funcionamiento)

-

Entalpías

-

Flujo másico de vapor

-

Calor añadido

-

Calor rechazado

-

Potencia isoentrópica de la turbina

-

Potencia de la turbina (eficiencia (eficiencia isoentrópica de la turbina: asumir 90%)

-

Potencia al eje del generador

-

Potencia eléctrica

-

Rendimiento térmico

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-

Eficiencia isoentrópica de la turbina

-

Eficiencia de la transmisión

-

Eficiencia del generador

-

Rendimiento total 12. CUADRO DE RESULTADOS (1 solo valor par a cada condición de c arga, kW) 13. DIAGRAMA T-s DEL CICLO (del c iclo ideal y real de l laborat orio, superpuestos) 14. DIAGRAMA SANKEY (1 para cada condición de carga) 15. EXPLIQUE SI EL CALOR AÑADIDO CALCULADO ( y empleado para cal cular el rendimiento térmico) ES IGUAL AL CALOR AÑADIDO SUMISTRADO POR LA COMBUSTIÓN DE DIESEL EN EL QUEMADOR (Máximo 8 líneas) 16. ANÁLISIS DE RESULTADOS 17. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 18. BIBLIOGRAFÍA

ENVIAR A: -Correo: [email protected] -Asunto: LT_Rankine_GrupoNo# -Archivo: LT_ Rankine_Apellido1_Apellido2

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