Ciclos de Potencia de Vapor

SESIÓN N° 6

CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR

Máquinas Térmicas Ing. Ing . CARLOS PABL PABL O AGUILAR NARVAEZ NARVAEZ

 A. TITULO: TITUL O: Los cic los termodin ámicos de vapor y su relación con la eficienci a en las plantas de generación C. PROPÓSITO:

E. TEORÍA:

Reconocer los ciclos termodi námicos de la generación de vapor; vapor; Calculando las variables de estado, para diagnosti car el el impacto en el rendimiento to tal.

D. PREGUNTAS:

I. PROCEDIMIENTO:

B. ENFOQUE: F. CONCEPTOS:

La eficiencia térmica en centrales de generación ge neración de vapor y los parámetros de diseño del ciclo termodinámico J. RESULTADOS:

G. HIPÓTESIS:

H. MATERIALES:

K. TRANSFORMACIÓN:

L. AFIRMACIÓN: M. CONCLUSIÓN:

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 Dólares/año = 3 200 gal /año x 1,24 dólares /galón= 3968 Dólares /año

CICLO DE CARNOT PARA UN VAPOR CICLO RANKINE. COMPONENTES DEL CICLO RANKINE.

CONTENIDOS

LA TURBINA EL CONDENSADOR LA BOMBA EL GENERADOR DE VAPOR

CICLO CON REGENERACIÓN. CICLO CON RECALENTAMIENTO.

INFORMACIÓN

SUSTANCIA EN ESTADO DE VAPOR SISTEMA TERMOMECÁNICO

CICLO

MÁQUINAS MOTRICES

PRODUCTOR DE POTENCIA EL MÁS EFICIENTE QUE PUEDE FUNCIONAR ENTRE DOS LÍMITES DE TEMPERATURA

1

4

2

3

4 PROCESOS 2

1 1-2 AGUA SATURADA SE EVAPORA, HASTA VAPOR SATURADO 2-3 VAPOR SATURADO ENTRA A LA MÁQUINA MOTRIZ: EXÁNSIÓN ISENTRÓPICA EXÁNSIÓN ISENTRÓPICA

4

EFECTÚA TRABAJO

3-4 MEZCLA VAPOR –LÍQUIDO CONDENSA TOTALMENTE A T cte. Y p cte. 4-1 BOMBA COMPRIME ISENTRÓPICAMENTE LA MEZCLA:VAPOR -LÍQUIDO

3

CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR CICLO RANKINE

T

P2 P1

T2 Diagrama T- s de un ciclo de potencia de vapor T1

s

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

EXPANSIÓN ISOENTRÓPICA EN LA TURBINA

VAPOR HÚMEDO SALIDO DE LA TURBINA SE CONDENSA PARCIALMENTE A PRESIÓN CONSTANTE Y TEMPERATURA CONSTANTE. Con desprendimiento de calor.

CONCLUSIONES

CICLO RANKINE.

CICLO BÁSICO

1-2

COMPRESIÓN ISOENTRÓPICA EN UNA BOMBA

2-3

SUMINISTRO DE CALOR A P=Cte. EN UNA CALDERA CON SOBRECALENTADOR

3-4

EXPANSIÓN ISOENTRÓPICA EN UNA TURBINA

4-1

CESIÓN DE CALOR A P=Cte. EN UN CONDENSADOR

EJEMPLO burghart

EJEMPLO 1:

CICLO RANKINE SIMPLE

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.

wt= 1 197,1 kJ /kg ENERGÍA TOTAL DISPONIBLE: 1286,9 H = 96,5% EC= 3,49% EP= 0,001% BURGHART Pg. 208

EJEMPLO 3

CICLO RANKINE IDEAL SIN SOBRECALENTAMIENTO

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.

RESPUESTAS: X = 0.747586 n = 0.311977

EJEMPLO 4

CICLO RANKINE IDEAL CON SOBRECALENTAMIENTO

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.

RESPUESTAS: X = 0.7998 n = 0.3191

EJEMPLO 5:

CICLO RANKINE CON SOBRECALENTAMIENTO

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 EL AUMENTO DE LA CALIDAD A LA SALIDA DE LA TURBINA.

EJEMPLO 6

CICLO RANKINE IDEAL CON RECALENTAMIENTO

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.

RESPUESTAS: X = 0.9642 X = 0.9019 n = 0.3267

BIBLIOGRAFÍA