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UNIVERSIDAD FERMIN TORO
VICE-RECTORADO ACADEMICO
FACULTAD DE INGENIERIA
ING MANTENIMIENTO MECANICO
EJERCICIO CICLO RANKINE
Abel FongC.I: 23.553.666
En un ciclo Rankine con sobrecalentamiento y recalentamiento se utiliza “vapor de agua”como
fluido de trabajo. El vapor entra en la primera etapa de la turbina a 10.0 Mpa, 500 ◦C y se
expande hasta 0,7 Mpa. Este se recalienta entonces hasta 470 ◦C antes de entrar en la segun-
da etapa de la turbina, donde se expande hasta la presion del condensador de 0,01 Mpa. La
potencia neta obtenida es 180 MW. Determınese:
a) El rendimiento termico del ciclo.
b) El flujo masico, enKg
h.
c) El flujo de calor Qs cedido por el vapor en el condensador, en MW.
Turbina de Alta Presion:
Para P3 = 10Mpa se tiene que Tsat3 = 311◦C, entonces T3 > Tsat3; por lo tanto el vapor
entra sobrecalentado a la turbina.
En la tabla de vapor sobrecalentado se ingresa con los valores P3 = 10Mpa y T3 = 500◦C
y se consigue: h3 = 3375, 1kJ
kg; s3 = 6, 5995
kJ
kgK.
Como el proceso en la turbina es isentropico, se tiene entonces que s4 = s3. Para conocer
el estado termodinamico del vapor a la salida de la turbina, vamos a obtener con el valor de P4
el valor de la entalpıa h.
Para P4 = 0, 7Mpa se tiene que s4f = 1, 9918kJ
kgK; s4g = 6, 7071
kJ
kgK⇒
s4f < s4 < s4g; lo que indica que por la salida de la turbina de alta presion discurre una
mezcla de liq + vap. La calidad de la mezcla se calcula de acuerdo a
x4 =s4 − s4fs4g − s4f
=6, 5995− 1, 9918
6, 7071− 1, 9918⇒ x4 = 0, 98.
entonces la entalpıa de la mezcla a la salida de la turbina se consigue mediante
h4 = h4f + x4h4fg
y: h4f = 697Kj
kg; h4fg = 2065, 8
kJ
kg; luego:
h4 = 697 + 0, 98 ∗ 2065, 8 ⇒ h4 = 2721, 48kJ
kg.
Turbina de Baja Presion:
La presion a la entrada de la turbina de baja presion, es la misma que en el punto 4, ya
que el proceso termodinamico de ganancia de calor por parte del vapor en la caldera ocurre a
presion constante. Es decir: P5 = P4.
3
Para P5 = 0, 7Mpa se tiene que Tsat5 = 164, 95◦C; entonces T5 > Tsat5; por lo tanto el va-
por entra sobrecalentado a la turbina de baja presion.
Como; tanto el valor de la presion y la temperatura en el punto 5 no aparecen en las ta-
blas de vapor recalentado, recurrimos a interpolar para conseguir los valores de s5 y h5.
Para P=0,6 Mpa y T=470 ◦C, se tiene
s′5 − 7, 7097
470− 400=
8, 0041− 7, 7097
500− 400⇒ s
′
5 = 7, 9158kj
kgK
h′5 − 3270, 8
470− 400=
3483, 4− 3270, 8
500− 400⇒ h
′
5 = 3419, 62kj
kg
Para P=0,8 Mpa y T=470 ◦C, se tiene
s′′5 − 7, 5735
470− 400=
7, 8692− 7, 5735
500− 400⇒ s
′′
5 = 7, 7805kj
kgK
h′′5 − 3267, 7
470− 400=
3481, 3− 3267, 7
500− 400⇒ h
′′
5 = 3417, 22kj
kg
Para P=0,7 Mpa y T=470 ◦C, se consigue
s5 − 7, 9158
0, 7− 0, 6=
7, 7805− 7, 9158
0, 8− 0, 6⇒ s5 = 7, 8482
kj
kgK
h5 − 3419, 62
0, 7− 0, 6=
3417, 22− 3419, 62
0, 8− 0, 6⇒ h5 = 3418, 42
kj
kg
Como el proceso termodinamico en la turbina de baja presion es isentropico, entonces se tiene
que s6 = s5.
Ahora con P6 = 0, 01Mpa, se consiguen los valores de entropıa s6f y s6g
s6f = 0, 6492kj
kgK; s6g = 8, 1488
kj
kgK⇒ s6f < s6 < s6g
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entonces de la turbina de baja presion sale una mezcla de lıquido + vapor de agua que debe
ingresar al condensador. La calidad de esta mezcla se calcula de acuerdo a
x6 =s6 − s6fs6fg
=7, 8482− 0, 6492
8, 1488− 0, 6492⇒ x6 = 0, 96
luego:
h6 = h6f + x6h6fg, y: h6f = 191, 81kj
kg; h6fg = 2392, 1
kj
kg
h6 = 191, 81 + 0, 96x2392, 1 ⇒ h6 = 2488, 23kj
kg
El proceso en el condensador se realiza a presion constante, por lo tanto P1 = P6. A la entrada
de la bomba, la sustancia entra como lıquido saturado (x1 = 0); entonces:
h1 = h1f = 191, 81kj
kg; v1 = v1f = 0, 00101
m3
kg; s1 = s1f = 0, 6292
kj
kgK
Por otro lado; P2 = P3 y s2 = s1
Wbomba = WB = h2 − h1 ⇒ h2 = h1 +WB; y WB = v1(P2 − P1)
WB = 0, 00101m3
kg(10000− 10)kpax
1kj
1kpaxm3= 10, 09
kj
kg
⇒ h2 = 191, 81 + 10, 09 = 201, 9kj
kg
A continuacion se muestra el diagrama Temperatura-Entrop
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ıa
a) El rendimiento termico del ciclo se calcula de acuerdo a
η =Wneto
QH
=WT1 +WT2 −WB
QH
en donde
WT1 = h3 − h4 = 3375, 1− 2721, 48 = 653, 62kj
kg
WT2 = h5 − h6 = 3418, 42− 2488, 23 = 930, 19kj
kg
QH = (h3 − h2) + (h5 − h4) = (3375, 1− 201, 9) + (3418, 42− 2721, 48) = 3870, 14kj
kg
η =653, 62 + 930, 19− 10, 09
3870, 14∗ 100 ⇒ η = 40, 66%
b) El flujo masico se obtiene a partir de
m =Wneta
Wneto
=180MW
(653, 62 + 930, 19− 10, 09)=
180
1573, 72
kgMW
kjx1000kW
1MWx1kj/s
1kWx3600s
1h
6
m = 411763, 21kg
h
c) El flujo de calor Qs cedido por el vapor en el condensador viene dado por
Qs = Qsm; y ademas : Qs = h6 − h1 ⇒ Qs = m(h6 − h1)
Qs = 411763, 21kg
h∗ (2488, 23− 191, 81)
kj
kg∗ 1h
3600s∗ 1MW
1000kW= 262, 66MW.
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UNIVERSIDAD FERMIN TORO
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA
CABUDARE, EDO. LARA
Abel Muñoz Fong C.I: 23.553.666
CALDERAS
son
instalaciones industriales
que
vaporizan el agua
para
Aplicaciones en la industria
Inventada por
Desarrollada por
Dionisio Papin en 1769
James Watt en 1776
partes
Cámara de agua
Es el espacio que ocupa el agua en el interior de la caldera
Con gran volumen de agua
de mediano volumen de agua de pequeño
volumen
mantener más o menos estable la presión del vapor y el nivel del agua
Cámara de vapor
espacio ocupado por el vapor en el interior de la caldera
aumenta la superficie de
calefacción, sin aumentar
el volumen total del agua se aumenta la superficie de
calefacción.
tienen el defecto de ser muy lentas en el encendido, producen poco vapor. Son muy peligrosas en caso de explosión y poco económicas
son muy rápidas en la producción de vapor, tienen muy buen rendimiento y producen grandes cantidades de vapor
y
Se distinguen
Son la parte principal de la caldera, y los colectores, en donde se ubican las válvulas de seguridad, termómetros, tomas de vapor, entrada de agua, etc
Los tubos
Se construyen en una amplia variedad de tamaños, disposiciones, capacidades, presiones, y para aplicaciones muy variadas
Es un recipiente de acero donde se quema un combustible y el calor generado en la reacción de combustión se transmite al agua liquida y se produce vapor de agua
De Gran Volumen de Agua
Calderas Sencillas
Calderas con Hervidores
Calderas de Hogar Interior
En la parte central superior se encuentra el vapor más seco de la caldera, que se conduce por cañerías a las máquinas
Se componen de un cilindro de planchas de acero con fondos combados montados sobre mampostería de anillos refractario
Los hervidores son unos tubos que se montan bajo el cuerpo cilíndrico principal
Presenta mayor superficie de calefacción o de caldeo, sin aumento de volumen de agua Mayor es la
producción de vapor
Debido a la diferencia de dilatación entre la caldera y los hervidores hay escape de vapor que pueden provocar ruptura
Contienen en su interior uno o dos grandes tubos sumergidos en agua, en cuya parte anterior se instala el hogar
Los tubos hogares se construyen generalmente de plantas onduladas, para aumentar la superficie de calefacción y resistencia al aplastamiento
Caldera Semitubular Caldera Locomotora
Calderas de Galloway
Locomóviles
Calderas Marinas
Semifijas Calderas Combinadas
Mediano Volumen de Agua
Los tubos se colocan expandidos en los fondos de la caldera, se sitúan diagonalmente para facilitar su limpieza interior.
Tienen mayor superficie de calefacción
Se compone de su hogar rectangular, llamada caja de fuego seguido de un haz tubular que termina en la caja de humo. El nivel del agua queda sobre el ciclo del hogar, de tal manera que éste y los tubos quedan siempre bañados de agua
Tienen uno o dos tubos hogares cónicos y inclinados en distintos sentidos reciben el calor de los gases por su superficie exterior, aumentando la superficie total
de calefacción de la caldera.
Se emplea en faenas agrícolas se monta sobre ruedas y mazos para el traslado a tiro y tiraje forzado al igual forma que las locomotoras
Estas calderas son de tubos de humo y de agua usadas en los buques En la parte inferior van dos o tres y hasta cuatro tubos hogares, que terminan en la caja de fuego, rodeado totalmente de agua
Se usan en plantas eléctricas, aserraderos, molinos, etc. se compone de un cilindro mayor, donde se introduce el conjunto de hogar cilíndrico y haz de tubos, apernado y empaquetados en los fondos planos del cilindro exterior.
Son las calderas de hogar interior y semitubular, unidas sus cámaras de agua y de vapor, por tubos verticales. El agua de alimentación se entrega a la caldera superior y una vez conseguido el nivel normal de ésta, rebalsa por el tubo vertical interior a la cámara de agua de la cámara inferior
Calderas de Pequeño Volumen de Agua
Acuotubulares
El agua está dentro de los tubos, se logra una presión de trabajo mayor, usadas a principios de siglo. La salida del vapor es a mayor temperatura
Utiliza quemadores ecológicos . Son equipos tipo paquete
Corto tiempo de arranque para producción de vapor
Alta eficiencia térmica. Trabajar a altas presiones. Su vapor es seco, por lo que en los sistemas de transmisión de calor existe un mayor aprovechamiento.
Son INEXPLOSIBLE
Sistemas de modulación automática para control de admisión aire-combustible a presión.
Ventajas
Calderas mixtas o intermedias, se obtiene puede ser húmedo o seco, haciéndolo pasar por un sobrecalentador
STEINMÜLLER
OLMAR
Marcas
Tienen un tubo de gran diámetro en su interior y se acoplan una serie de colectores por los que circula el agua.
Stirling
Con tubos de Humo y de Agua
Están compuestas de un cilindro mayor con un hogar cilíndrico y tubos de humo, de agua o de ambos a la vez
Tienen tres colectores superiores dispuestos paralelamente entre sí, con sus cámaras de vapor interconectadas por tubos de acero. Consumen hulla u otro combustible sólido, como también líquidos o gaseosos
Borsig
Compuesta de un colector superior de agua y vapor, unido al inferior de agua e impurezas por un haz de tubos verticales curvados en sus extremos, para facilitar su expandidura
Babcock- Wilcox
Fácil accesibilidad a su interior y están diseñadas para pequeñas industrias tales como tintorerías, lavanderías, lácteos, panaderías
Compuesta de uno hasta tres colectores superiores de agua y vapor, unidos al haz de tubos rectos inclinados por ambos extremos y el colector inferior de impurezas
Yarrow y Thornycroft
La Yarrow tiene los colectores inferiores achatados para así facilitar la expandidura de los tubos. La Thornycroft tiene tubos curvos, que entran radialmente a los colectores, aumentando también su longitud y superficie y superficie de calefacción de la caldera.
Usadas en buques de vapor
Pueden quemar hulla o petróleo.
De encuentran las calderas verticales
Pirotubulares
Calderas Pirotubulares
Usadas para aprovechamiento
de gases de recuperación
Horizontales OLMAR
La cámara tornafuego refrigerada por
agua en su interior y la ondulación del
tubo hogar
Estrictos controles durante el
proceso de fabricación
Dispone en la parte de atrás de una puerta
abisagrada y de apertura total que deja
al descubierto todo el interior.
La facilidad de manipulación y la total
accesibilidad, para la limpieza y mantenimiento
desde el exterior, incluso inmediatamente
después de haber detenido el quemador
El cuerpo está formado
por un cuerpo cilíndrico
horizontal
La circulación de gases se realiza desde una
cámara frontal hasta la zona posterior donde
termina su recorrido en otra cámara de salida
de humos
UNIVERSIDAD FERMIN TORO
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA
TERMODINAMICA Y MAQUINAS TERMICAS
Abel Muñoz Fong
C.I: 23.553.666
Formación de depósitos
Incrustación
Corrosión por Oxidación del metal
Fragilización cáustica
Formación de Espumas
CALIDAD DEL AGUA
ACCIONES CORRECTIVAS Remoción del oxigeno
Desincrustante Ecológico
Proceso de ablandamiento tradicional
formulación para
incrementar el pH reactivo que reacciona
químicamente con el
oxigeno residual
membrana que remueve
el oxigeno y bióxido de
carbono
filtro de micro filtración
filtro de multimedia
caldera
agua de rechazo
fuente de suministro de agua
agua producto
sin sales
ESQUEMA DE TRATAMIENTO Riego
Limpieza