Caldera Vapor Sobrecalentado

CALDERA – PLANTA GENERADORA OPERANDO CON VAPOR SATURADO Y CON VAPOR SOBRECALENTADO

Objetivos1. Determinar la eficiencia de la caldera por el método directo e indirecto.2. Obtener un perfil de temperaturas de los gases de combustión.3. Plantear y balancear la ecuación de combustión de la caldera y con esto

determinar la relación aire/combustible, el aire teórico necesario y el exceso de aire presente en la mezcla. Análisis de la calidad de la combustión.

4. Calcular todas las eficiencias relacionadas con la planta generadora, eficiencia del condensador, del generador y eficiencia total de la turbina.

5. Determinar los parámetros de desempeño de la turbina así como la línea de Williams de la misma.

6. Conocer la operación y el funcionamiento de vapor "Westinghouse" del laboratorio.

7. Identificar las curvas características de operación de las turbinas de y de los parámetros que definen su desempeño.

8. Hallar la eficiencia mecánica y térmica de la turbina.9. Evaluar la eficiencia del ciclo Rankine con recalentamiento.

Calderas y combustión

Una caldera es un recipiente a presión diseñado para generar vapor o agua caliente absorbiendo el calor liberado en la combustión de un combustible o también de gases calientes provenientes de un proceso externo o de elementos eléctricos.

Una caldera está compuesta por las siguientes partes: Partes de presión, incluyendo superficies de calentamiento Conexiones para entradas y salidas tanto de agua como vapor Hogar Conexiones para el manejo de aire y gases Aislamientos y refractarios Soportes estructurales Estructura frontal de soporte para el equipo de combustión Tapas para inspección y acceso Válvulas y accesorios Sistemas de control

Tipos de calderas

1. Pirotubulares: Como su nombre lo indica, el gas circula dentro de los tubos y el agua por fuera. Se utiliza hasta generaciones de 30000 lb/hr, aproximadamente, operan hasta 300 Psig y son para vapor saturado. Son de bajo costo ya que su fabricación es sencilla y se utilizan para quemar combustibles gaseosos, líquidos y sólidos. Se clasifican en:

Cámara trasera seca: La parte posterior es de refractario, son para combustibles gaseosos y líquidos. Son de dos o tres pasos de gases y tienen una liberación térmica volumétrica del orden de 150000 Btu/pie3 –hr.

Cámara trasera húmeda: La cámara trasera es enfriada por agua evitando recalentamiento en su parte superior.

Parrilla viajante interna: Posee dentro de la cámara de combustión una parrilla viajante para efectuar combustión sobre lecho, quemando carbón únicamente. Requiere liberaciones térmicas de parrilla entre 400000 y 500000 Btu/pie2 –hr, dependiendo del carbón.

Parrilla viajante externa: La caldera posee en su parte frontal un hogar formado por paredes aleteadas y cabezales y en su parte inferior se ubica la parrilla. Tiene como ventajas un mayor volumen de hogar para producir una mejor combustión y la posibilidad de quemar otros combustibles como maderas, aceite No.6 y gas natural.

Parrilla estática inclinada: Igual que la anterior pero con parrilla estática inclinada para quemar en pila combustibles celulósicos. Su precio es más económico.

2. Acuatubulares: Cuando se requieren presiones superiores a 300 Psig se hace

indispensable la utilización de calderas acuatubulares, aunque desde luego pueden operar a 120 Psig en adelante. Las capacidades de estas calderas se acercan a los 10 millones de lb/hr de vapor y aún más, y presiones de 2500 a 4000 Psig a la salida del sobrecalentador, temperaturas de vapor sobrecalentado y recalentado de 1025 ºF. Se clasifican en:

Circulación natural: Es debida al mayor peso aportado por el agua de entrada contra la mezcla agua-vapor saturado. La presión máxima aceptable es de 2800 Psig. A su vez, se clasifican en: • Compactas: Dentro de esta clasificación están las tipo A, que constan de

tres tambores, unos de vapor y dos inferiores de lado. El flujo de gases circula por dos bancos de tubos simétricos. Su eficiencia es de 85% con aceite y del 80% con gas natural cuando se usan equipos recuperadores de calor tales como calentadores de aires o economizadores. También están las tipo D que difieren de las otras, porque el hogar se encuentra a un lado y solo tiene un banco de tubos por donde circulan todos los gases; se pueden fabricar hasta 800.000 lb/h de vapor, presiones de 1500 Psi. Y temperaturas de 950 ºF. Estas calderas no son recomendables cuando se usan cargas inestables.

• Industriales: Son de mayor tamaño que las compactas y para un trabajo más pesado. Las liberaciones térmicas son de 15000 a 40000 Btu/pie3 –hr y superficiales de 60000 Btu/pie2 –hr. Dentro de éste grupo se encuentran las convencionales, de dos tambores, uno de vapor y otro de lodos; quemadores frontales y flujo de gases perpendicular al eje del tambor. Combustibles como aceite y gas natural o de refinería. Normalmente, utilizan sobrecalentador economizador o calentador de aire. Requieren de un solo ventilador que suministre el aire de combustión y sea capaz de transportar los gases a través de todo el sistema. También se encuentran las industriales, para combustibles sólidos que pueden quemar cualquier combustible, incluyendo bagazo, basuras, carbones, cascarilla de algodón, madera, etc. Se usan para generar energía. Dependiendo del tipo de combustible usado requieren calentador de aire para los húmedos o economizador para los no húmedos.

• Térmicas: El vapor que se genera se usa para generación de energía del orden de 1 MW o menos hasta 1000 MW. Las calderas con recalentador permiten mejor aprovechamiento del calor. Éste normalmente se encuentra en una zona de alta temperatura de gases elevando la del vapor a cifras iguales a la del vapor principal de la caldera mejorando el ciclo térmico del sistema. El combustible más apropiado para las calderas tipo térmico, es desde luego el carbón por su precio reducido, el cual se tritura, transporta, almacena, pulveriza y finalmente se lleva al hogar por medio de tubos en transporte neumático con el aire primario previamente calentado para extraer la humedad del carbón.

Circulación controlada: Para presiones hasta 2850 Psig se consideran estas unidades que disponen en el circuito tambor de vapor-hogar bombas de baja diferencial de presión para obtener la circulación apropiada de la caldera.

Circulación forzada: Como su nombre lo indica, el agua es forzada por un circuito (no hay circulación) que la va calentando hasta obtener el vapor a las condiciones de sobrecalentamiento requeridas. Tiene como

inconveniente que el tratamiento del agua tiene que ser muy estricto por cuanto no hay purgas que extraigan lodos e impurezas.

Capacidad de producción de vapor de las calderas

La producción de un generador de vapor se da frecuentemente en libras de vapor por hora, pero como quiera que el vapor a distintas presiones y temperaturas posee diferentes cantidades de energía, aquel sistema no mide exactamente la energía producida. La capacidad de una caldera de vapor se expresa más concretamente en forma de calor total transmitido a través de sus superficies en Btu/hr, en el cual el calor transmitido es igual a la variación de la entalpía del fluido. Por consiguiente, la producción de la caldera medida por el calor absorbido por el agua y vapor será:

Q=ms(h−hf ) Btu /hdonde,Q = Producción de la caldera, en MBtu/hrms = Peso del vapor producido por la caldera en lb/hrh = Entalpía del vapor en Btu/lbhf = Entalpía del agua de alimentación a la caldera

Parámetros de diseño de una caldera

Los datos mínimos que debe tener en cuenta el diseñador son:1. Presión de operación de vapor2. Temperatura de vapor3. Temperatura de agua de alimentación4. Generación de vapor por hora5. Análisis del combustible y su poder calorífico6. Eficiencia requerida7. Condiciones de estabilidad de carga8. Elevación sobre el nivel del mar

9. Liberación térmica volumétrica: LVC=Calor desprendido del hogar por el combustible

Volumen del Hogar

10. Liberación térmica por unidad de superficie del hogar: LSC=Calor total en el hogar

Superficie del Hogar11. Liberación térmica por unidad de superficie de parrilla para combustibles

sólidos: LCP=Calor desprendido del hogar por el combustible

Superficie de parrilla

Vapor saturado y vapor sobrecalentado

El "vapor saturado" es vapor a la temperatura de ebullición del líquido. Es el vapor que se desprende cuando el líquido hierve y se obtiene en calderas de vapor. El vapor saturado se utiliza en gran cantidad de procesos industriales y también es el método más efectivo y de menor costo para esterilizar la mayoría de los objetos de uso hospitalario, mediante autoclaves. Se utiliza el vapor saturado a presión atmosférica en la hidrodestilación, que son procesos donde por ejemplo se obtiene el aceite esencial de una planta aromática. En labores de limpieza con vapor. En la pasteurización de alimentos y bebidas, etc. En sistemas de calefacción central urbana, entre otros.

El "vapor sobrecalentado" es vapor de agua a una temperatura mayor que la del punto de ebullición. Parte del vapor saturado se somete a un recalentamiento con el que alcanza mayor temperatura. También se obtiene en las calderas de vapor pero que tienen secciones de recalentamiento para el vapor haciéndolo pasar por tubos expuestos a los gases calientes del proceso de combustión. Se utiliza para mover máquinas (de pistones y turbinas), accionamiento de barcos, generación eléctrica en centrales termoeléctricas, centrales geotérmicas. También se utiliza en variados procesos industriales como por ejemplo el de secado de la madera, destilación, obtención del coque, etc.

Ventajas de utilizar vapor sobrecalentadoEs posible elevar la temperatura promedio a la que se añade calor al vapor sin aumentar la presión de la caldera, y es con el sobrecalentamiento del vapor a altas temperaturas. Tanto el trabajo neto, como la entrada de calor aumentan como resultado del sobrecalentamiento del vapor. Sin embargo, el efecto total es un incremento en la eficiencia térmica, puesto que aumenta la temperatura promedio a la cual se añade el calor. El sobrecalentamiento del vapor a temperaturas más altas tiene otro efecto muy conveniente: disminuye el contenido de humedad del vapor a la salida de la turbina.

La temperatura a la que el vapor se sobrecalienta está limitada por consideraciones metalúrgicas. En la actualidad, la temperatura de vapor más alta permisible en la entrada de la turbina es de aproximadamente 620ºC. Cualquier aumento de este valor depende del mejoramiento de los materiales o del descubrimiento de otros nuevos que puedan soportar temperaturas más altas.

Combustibles para calderas

Un combustible puede definirse como una sustancia cuyo fin es principalmente producir energía calorífica al combinarse químicamente con el oxígeno.Una caldera puede quemar una gran variedad de combustibles, desde el gas natural hasta materiales de desecho. Los combustibles comúnmente empleados en calderas son:

Combustibles sólidos: Carbón, desechos de madera, bagazo, basuras. Combustibles líquidos: F.O. Nº 2 (ACPM), F.O. Nº 6 (crudo castilla). Combustibles gaseosos: Gas natural, propano, butano.

A continuación se presenta la tabla de caracterización del combustible empleado en la práctica:

Datos del combustible: A.C.P.M.– Fuel Oil grado Nº 2D

Producto: Diesel  Corriente (1)

Grado Combustible automotor e industrial

ReferenciaASTM D 975 / NTC 1438 (Norma Técnica Colombiana) / Resolución 1565 de Diciembre 27 de 2004, Resolución. 182087 de Diciembre 17 de 2007.

Actualización Enero 16, 2008

Características Unidades Métodos Mínimo Máximo

Agua y Sedimento mL/100 mLASTM D 1796

(2)0,05

Azufre g / 100 gASTM D 4294

(3)0,4

Aromáticos mL/100 mLASTM D 5186

(4)35

Cenizas g / 100 g ASTM D 482 0,01

Color ASTM ASTM D 1500 3,0

Corrosión al Cobre, 3 h a 50 °C

Clasificación ASTM D 130 2 (5)

Destilación : °C ASTM D 86

        Punto Inicial de Ebullición

Reportar

        Temp. 50% vol. Recobrado

Reportar

        Temp. 95% vol. Recobrado

360

Punto final de Ebullición

390

Gravedad API  ° APIASTM D 4052

(6)Reportar

Indice de Cetano (7)ASTM D 4737

(8)45

Numero de Cetano (9) ASTM D 613

(10)43

Punto de Fluidez °CASTM D 97

(11)3

Punto de Inflamación °C ASTM D 93 52

Residuos Carbón Micro, (10 % fondos)

g / 100 g ASTM D 4530 0,20

Viscosidad a 40 °C mm2 /s ASTM D 445 1,9 5,0

Descripción del equipo

Caldera Pirotubular marca Distral, de dos pasos y 5 pies²/BHP modelo D−240. Potencia: 40 BHP. Presión de diseño: 150 Psi. Producción de vapor saturado a 212 °F, 1 atm y agua de alimentación a 212 °F: 1380 lb/h. Máxima presión de trabajo recomendada de acuerdo a la graduación de las válvulas de seguridad y presión de diseño: 142 Psi. Diámetro del tanque de combustible: 19,5 cm. Combustible ACPM.

Turbina generador: Generador de 110v a 3750 RPM, en corriente continua manejada por una turbina de vapor de una etapa del tipo impulso de dos hileras (Curtis). El rodete de la turbina y el rotor del generador son ensamblados sobre un eje común lo que permite que: las revoluciones de la turbina sean proporcionales al voltaje del generador, y monitorear las revoluciones sin necesidad de tener el tacómetro todo el tiempo sobre el eje del generador para medir sus revoluciones.

Datos nominales de la turbina: Diámetro medio del rodete D=0,667 pies, perdida de presión en las válvulas de regulación es del 3 %, el coeficiente de velocidad del boquerel es de 0,95. Ángulo de entrada del alabe es de 16º el coeficiente de velocidad K en los alabes es 0,86. Ángulo del alabe a la entrada Ti = (alfa i) ; ß entrada = ß salida.

Generador: De 3750 rpm, 110 voltios, DC. Es auto excitado y tiene un campo de tipo compuesto. La velocidad puede ser medida por un tacómetro manual en el extremo del eje del generador.

Condensador: posee tubos de 5/8 de pulgada 18 BWG con un área efectiva de transferencia de calor de 1.45 pie². El depósito de agua caliente del condensador es un tanque de acero de gran capacidad, adecuado con un dispositivo de vidrio de rango total.

Bomba de agua: Marca Aurora de tipo turbina a 1750 RPM conectada a un motor de 4.8 HP de fase simple a 220 voltios.

Bomba del condensador: Marca Eagan, centrifuga a 1800 RPM conectada a un motor de ¼ de HP, de fase simple a 220 voltios.

Termómetro: El primero, marca Silver Brand, localizado en la línea a la entrada de la turbina. Está lleno de mercurio; su vástago está gravado con agua fuerte: 13-1/8 Psi de longitud; de 2 a 400 º C en divisiones de 2 º C con una precisión de 1 º C. A la salida de la turbina hay otro termómetro también lleno con mercurio y su rango va desde -10º C hasta 200 ºC con divisiones de 1ºC y precisión de 0.5 º C.

Planta generadora Westinghouse del laboratorio

Equipo de generación: Su capacidad de generación es de 1 KW, que es la que entrega el generador a 3750 RPM. Este banco permite realizar pruebas de generación tanto para vapor saturado como sobrecalentado, que es realmente como trabajan las plantas de generación termoeléctrica en al industria. Este equipo consta de varios sistemas: el de control de flujo de vapor que se hace por medio de una válvula autorreguladora de presión ubicada en la entrada de la línea de vapor, un calorímetro de estrangulación para medir la calidad de vapor que esta ingresando, una turbina de etapa simple del tipo impulso de dos hileras acoplada a un generador eléctrico de corriente directa, un sistema eléctrico de control, de medición y de incremento de carga, un condensador de vapor con su respectivo tanque de acumulación de condensado y una bomba para evacuar dicho condensado.

Sistema de control: Dentro de los sistemas de control y seguridad se encuentran básicamente:

Turbina y Generador

Condensador

Tanque de almacenamiento

Un circuito que prende la bomba de suministro de agua a la caldera una vez el Control de Nivel registra el mínimo nivel de agua en la caldera;

Un circuito abre las controla la bomba y abre las electro-válvulas para permitir el suministro de combustible una vez ha pasado el tiempo de barrido.

Un circuito que detiene el suministro de combustible cuando por alguna razón no se genera la llama que es registrada por un sensor óptico.

Un circuito que detiene el suministro de combustible a la caldera una vez que se han alcanzado lo 110 psi de presión en el vapor y

Un sistema seguridad que consta de una varilla en cuyo extremo se cierra un circuito en presencia de agua, por tanto si el Control de Nivel no funcionó correctamente y el nivel de agua disminuyó por debajo del nivel mínimo de operación el extremo del sensor quedará libre de agua y por tanto se abre el circuito con lo cual la caldera de operar.

PRIMERA PARTEOPERACIÓN CON VAPOR SATURADO

PROCEDIMIENTO GENERAL

1. La caldera es encendida y estabilizada hasta su presión de suministro de vapor en un intervalo de operación de la misma de 95 Psi a 105 Psi. El tiempo requerido para alcanzar la estabilización o equilibrio con respecto a la presión y temperaturas, es aproximadamente de media hora.

2. Mida la temperatura de los gases de chimenea a partir del momento en que encienda el quemador y durante cada 5 segundos hasta que el quemador se apague.

3. Mida el volumen de combustible consumido y el tiempo para obtener el flujo de combustible en lb/h durante el tiempo de duración de la práctica.

4. Tome la lectura del contador que se encuentra en la línea de suministro de agua en el momento de iniciar la práctica y al momento de finalizarla para encontrar la medida del flujo de agua el lb/h. Este valor se corrige con el cambio de nivel tanto en el tanque de alimentación de agua a la caldera, como en la caldera misma, que se observe, durante el periodo de tiempo que dure la práctica.

Las condiciones de prueba de esta práctica están determinadas por la demanda de vapor. La unidad generadora de electricidad debe estar trabajando a carga máxima, con presión de vapor vivo en la línea de 75 Psi y trabajando con vapor saturado.El tiempo total de la práctica se mide desde el momento en que se enciende el quemador hasta el momento en que se enciende nuevamente el quemador en el quinto ciclo.

Datos obtenidos en el laboratorio:

TIEMPO (s)

LECTURA 1 (ºC)

LECTURA 2 (ºC)

LECTURA 3 (ºC)

0 155 150 150

10 155 150 152

20 155 150 152

30 155 155 152

40 160 155 155

50 170 155 155

60 180 155 155

70 185 155 160

80 190 170 170

90 190 180 178

100 190 185 182

110 192 187 187

120 192 190 190

130 192 190 190

140 185 192 192

150 175 192 192

160 170 192 192

170 170 180 185

180 165 175 175Tabla 1. Temperatura de los gases de escape en la chimenea

ANÁLISIS DE GASES

% O2 3

% CO2 13,4

ppm CO 23

ppm NOx 102

ppm SO2 0

Temperatura 403

Eficiencia 86

Exceso aire 15

Pérdidas 14,1

Tabla 2. Análisis de los gases de escape

VARIABLES MEDIDASNÚMERO DE BOMBILLOS

2 4 6 8 10

Voltaje (V) 97 97 93 94 92

Amperaje (A) 2,8 3,8 5 6,5 7,8

Presión Vapor Entrada - P1 - (psi) 78 78 78 78 78

Temperatura Entrada Vapor - TV1 (ºC) 154 157 158 157 157

Temperatura Salida Vapor - TV2 (ºC) 90 91 91 90 90

Nivel Rotámetro (mm) 232 232 232 232 232

Caudal Agua Fría - Caf(L/min) 100 100 100 100 100

Temperatura Entrada Agua - TA1 (ºC) 14 14 15 15 16

Temperatura Salida Agua - TA2 (ºC) 20 21 22 24 25

Temperatura del Condensado - TC

(ºC)47 48 50 52 52

Δ altura de Condensado - h (cm) 6 5 6,2 6,6 8,9

Tiempo (min) 10 10 10 10 10

RPM de la Turbina - N 3070 2950 2950 3050 2900

Tabla 3. Datos obtenidos de la Planta Generadora

CÁLCULO DE LA EFICIENCIA DE LA CALDERA POR EL MÉTODO DIRECTO:

En este método lo que se pretende es cuantificar la forma en que es utilizado el calor suministrado por el combustible. Esto es, cuánto de éste calor es usado para la producción del vapor, que es el objetivo del sistema de generación, y cuánto calor es perdido por la purga continua y las pérdidas del generador de vapor. Para el método de entradas y salidas se requiere evaluar lo siguiente:

- Calor que entra con el combustible. - Calor que sale con el vapor generado.

La eficiencia será cuantificada mediante la siguiente expresión: Eficiencia = (Qaprovechado / Qsuministrado) *100

Eficiencia (ηboil )=Calor quesale conel vapor producido (Qout )Calor suministrado por el combustible (Q¿ )

Al tomar la caldera como volumen de control, se excluyen otras formas de trabajo como por ejemplo el trabajo realizado por la bomba de combustible o la bomba de agua de entrada a la caldera.

De esta forma, la ecuación para el cálculo de la eficiencia de la caldera queda

ηboiler=mv (hout vapor−h¿agua )

mf LHV f

(1)

Donde

Consumo de combustible: Para realizar la medición del consumo de combustible, se tomaron las alturas del nivel del tanque de suministro de combustible. Al mismo tiempo se tuvo en cuenta las características geométricas del tanque de suministro. El nivel inicial de combustible era de 87.3 cm y al final de la práctica fue de 66 cm. Por lo tanto la diferencia de altura para toda la práctica fue de:

∆ l f=87.3cm−66cm=21.3cm=0,213m

Con esta longitud y teniendo en cuenta que el diámetro del tanque de suministro de combustible es de 19.5 cm, se puede calcular el volumen total de combustible que ha sido consumido. Si se supone que la densidad del combustible es

ρ f=875,2kg /m3

Se puede calcular la masa de combustible consumido

mf=π∗Δl f∗ϕ2

4ρf=

π∗0,213∗(0,195 )2

4875,2=5.57 kg

LH V f=45000KJKg

Dado en la norma NTC 1438

Vapor generado: para ello se tuvo en cuenta la cantidad de vapor condensado durante la práctica de laboratorio. La lectura comenzó con un nivel de 5 cm, que corresponde a un volumen de 6 lt; y finalizó en 31.7 cm que corresponde a 57 lt. Por lo tanto, el volumen de vapor generado por la caldera fue de aproximadamente 51 lt. Se midieron los niveles inicial y final del vapor condensado. En base a la gráfica del aforo del tanque de condensado se observa la cantidad de litros de agua que se condensaron.

mv=51<∙ 0.001m3

1<¿ ∙1000Kgm3 =51kg ¿

Diferencia de entalpías

Teniendo en cuenta que la temperatura y presión de entrada del gua a la caldera y la temperatura de salida del vapor son respectivamente

T ¿=20℃=, P¿=100Psi=689.4 KPa paraBogot á

T out=165℃ , Pout=100 psi=689.4 KPa KPa resulta como vapor saturado

Por tablas termodinámicas y/o diagrama de molier se tiene que :

hout vapor=2763KJKg

h¿ agua=83.84KJKg

Luego,

ηboil=mv (hout vapor−h¿agua )

mf LHV f

×100 %

ηboiler=51kg(2763

kJkg

−83.84kJkg

)

5,57kg∗45000kJkg

×100%=54.51%

ηboiler=54 .51 %

EFICIENCIA DE CALDERA POR EL MÉTODO INDIRECTO O DE PÉRDIDAS

En este método la eficiencia se calcula restándole a 100 la sumatoria de las pérdidas de calor, se expresa de la siguiente forma:

ηCI=(100−p é rdidas )%

En este caso las pérdidas en el sistema son:

- Pérdidas de calor en los gases de combustión: Las pérdidas de calor en los gases de escape dependen básicamente de su temperatura y el porcentaje de dióxido de carbono presente en ellos, por consiguiente tenemos:

%QHs=KT h−¿T a

CO2

¿

Donde: K = 0.516+(0,0067*CO2) para ACPM. = 0.516+(0.0067*13.4) = 0.60578 Th = Temperatura de los gases en °C. Ta = Temperatura ambiente en °C. CO2 = Porcentaje de CO2 presente en los gases.

De esta forma tenemos:

%QHs=0.60578∗403−17

13.4=17.4501 %

%QHs=17.4501 %

- Pérdidas por radiación: Según los manuales de operación esta caldera tiene alrededor de un 4% de pérdidas por radiación en su funcionamiento, calor disipado al ambiente.

%Q rad=4 %- Pérdidas por combustible no quemado:

Cuando se presentan hidrocarburos en los gases de escape se disminuye la eficiencia del sistema, para este caso se van a despreciaron este tipo de pérdidas porque en el analizador no se detectaron hidrocarburos en los gases.

- Pérdidas por purgas: No existen pérdidas por purgas por el tipo de caldera. El agua va por fuera de los tubos.

- Pérdidas por gases de Barrido: Es el trabajo que consume el motor que acciona el ventilador encargado de arrastrar los gases restantes del ciclo anterior dentro de los tubos.

- Pérdidas por Hidrógeno en el combustible: Estas pérdidas están dadas por la siguiente ecuación, para temperatura de los gases superior a 575ºF403ºC = 757.4ºF

QH 2=9(%H 2

100 )× (1.089+0.46T h−T a )

QH 2=9( 12.63

100 )× ( 1.089+0.46 (757.4 )−62.6 )

QH 2=326.111

Btulb

×2.326

KJKg

1 BtuLb

% pé rdidas H2=QH2

LHV=

758.535kJkg

45000kJkg

∗100=1 .68563 %

- Pérdidas por la eficiencia de la combustión: Se toman del analizador de gases, entonces las pérdidas para este caso son de: 14%

De esta forma tenemos que la eficiencia de la caldera por el método indirecto es:ηCI=(100−p é rdidas )%

ηCI=¿ηCI=¿62.8643

PERFIL DE TEMPERATURAS EN LA CHIMENEA

El perfil de temperaturas en la chimenea es el siguiente: (se tomaron 3 lecturas cada 10 segundos)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200145

155

165

175

185

195

PERFIL DE TEMPERATURAS

LECTURA 1 LECTURA 2 LECTURA 3

TIIEMPO (s)

TEM

PERA

TURA

(ºC)

El comportamiento de la gráfica es similar para las tres lecturas realizadas, se mantiene estable durante los primeros 60 segundos aproximadamente y luego se incrementa notoriamente hasta alcanzar valores de 195 ºC y luego decae nuevamente debido a que el quemador es apagado.

ANÁLISIS DE LA COMBUSTIÓN

Entrando a la carta psicrométrica para Bogotá (anexos) con un valor de temperatura de bulbo seco de 19ºC y 64% de humedad relativa, obtenemos:

Volumen específico:

vda=18.2ft 3

lb×

(0.3048 )3m3

1 ft3 ×1 lb

0.45359237kg=1.1362

m3

kg

Humedad específica ω=0.012lbH 2O

lbda

Flujo másico de aire:

ma=(1+ω )V a

vda

=(1+0.012 ) 7.335∗10−3 m

3

s1.1362

=6.5332∗10−3 kgs

Con el volumen específico se obtiene el flujo másico de aire seco:

mds=7.335∗10−3 m

3

s

1.1362m3

kg

=6.4557∗10−3 kgs

Condiciones iniciales de operación:T a=19 °CHumedad Relativa=64 %

Ecuación general de combustión

( c12 )C+( h1 )H+A [( 0 .233

32 )O2+( 0. 76728 )N2 ]⇒B [dCO2+ fO2+gCO+(1−d−f−g−m )N2+mNO2 ]+kH2O

Valores despreciables según resultados del analizadorCO ppm 23NOx ppm 102

Así que, la ecuación resultante es:

( c12 )C+( h1 )H+A [( 0 .233

32 )O2+( 0. 76728 )N2 ]⇒B [dCO2+ fO2+(1−d−f −m )N2+mNO2 ]+kH 2O

Donde

A: Relación aire- combustible Kg de aire Kg de combustible

B: Moles de productos gaseosos / Kg de combustiblec: % porcentaje de carbono del combustible en peso .h: % porcentaje de hidrogeno del combustible en peso .d: % en volumen de CO2(analizador )f: % en volumen de O2 (analizador )

Balance de masa

C: c

12=B (d )

H: h = 2k

O2: A

( 0 .23332 )

=B(d+ f +m )+k /2

N2: 0,767

28A=B (100−d−f −m+m /2 )

Reemplazando los valores obtenidos en el analizador:

C: c

12=B (13,4 )

H: 1-c = 2k

O2: A( 0 .23332 )

=B(13,4+3+ 10110000 )+ k

2

N2 :0,767

28A=B (100−13,4−3−101/20000 )=83.5949B

Sistema de ecuaciones

[1

12−13,4 0 0

1 0 2 0

0 −16.41−12

0,23332

0 −83,594 00,767

28][0100]

Solución del sistema de ecuaciones:c=0.8737B=0.0054k=0.0631A=16.5816h=1-0.8737=0.1263

Valores en fracción molar para el combustible y relación carbono hidrógeno:

NC=c

12=0.8737

12=0.0728N H=h=0.1263

N H

NC

=0.12630.0728

=1.7349

Por lo tanto, el combustible debe presentar una relación aproximada de CnH 1.7349 n

Por tablas observamos que esta composición se aproxima a un diesel pesado, cuya masa molar es:

Mw f=170⋅kg /kmol

Hallamos N por medio de la masa del C y del H:

N⋅MwC+1. 7349 NMwH=170

N=170 / (12+1.7349 )N=12 ,377

La fórmula del combustible será entonces:C12.377 H 21.47

Se aproxima a un combustible diesel ligero establecido según la tabla A.27 de Cengel.

Ajustando el peso molecular del combustible CnH1,7n al balance de masa anterior se tiene entonces:

C12.377+H 21. 47+A [( 0 .23332 )O2+( 0 .767

28 )N2]⇒B [dCO2+ fO2+(1−d−f−m ) N2+mNO2 ]+kH 2O

C: 12.377=B (13,4 )→B=0.9237

H: 21.47 = 2k →k=10.73

N2 :0,767

28A=83.5949B→A=83.5949∗B∗28 /0.767=2818

Donde A está dado en (Kgda), por lo tanto la relación aire combustible involucra a A como se muestra

AF=

2818Kgda

Kmol

170Kgf

Kmol

=16 ,57 Kgda

Kg fAire teórico de la combustión

wa=11.4C+34.5 (H−O /8 )+4.35→11.4∗0.8737+34.5∗0.1263=14.3175 K gaire /K gcomb

Exceso de aire

%Exceso=( A−wa )

wa

∗100=15.8 %

Ajustando el balance de masa incluyendo la humedad específica tanto en los reactantes como en los productos.

Teniendo en cuenta que la humedad específica w=0.012K gagua

K gaire

La cantidad de vapor en los reactantes es Aw

Mwagua

=2818×0.01218

=1.8787

La cantidad de vapor en los productos es k+Aw=10.73+2818 (0.012 )=44.55

EFICIENCIAS DE LA PLANTA GENERADORA

Eficiencia del condensadorPara determinar la eficiencia del condensador primero se halla el calor cedido al agua de enfriamiento, de esta forma tenemos:(Se presentan cálculos para un solo régimen de carga – 2 bombillos)

˙Qagua enf=mH 2O (∆h )

El flujo másico de agua está determinado por: (constante para todos los regímenes)m

H2O=¿ 100

Lmin

∗1m3

1000 L∗1min

60 s∗1000kg

1m3 =1 .6666 kgs

¿

˙Qagua enf=1.6666kgs

(83.96−58.794 ) kJkg

=41 .9416 kW

Ahora se calcula el calor cedido por el condensador, entonces tenemos:Qcond=mVapor∗(∆hcond)

La ∆ hcond es la diferencia de entalpías de vapor a la temperatura de salida de vapor y a la temperatura de condensado.

(∆hcond )=(hTV 2−hTC)

Para el flujo másico de vapor se tiene en cuenta el delta de altura del condensado para cada régimen de carga, y se observa a cuantos litros equivale esa altura en la gráfica de aforo del tanque de condensado, de esta forma para 2 bombillos tenemos:

∆ hc=(7.5cm−1.5cm )→ (10 L−0L )=10L

mV=0.020833kgs

Qcond=0.020833kgs

∗(2660.1−196.802 ) kJkg

=51.31kW

Entonces la eficiencia del condensador será:

ηcond=˙Qaguaenf

Qcond

∗100=41.9416kW51.31kW

∗100=81.729%

Los resultados de los demás puntos son:

CARGA (BOMB)

TA1

(ºC) TA2

(ºC)hA1

(kJ/kg)hA2

(kJ/kg)Qagua enf

(kW)

2 14 20 58,794 83,96 41,9416556

4 14 21 58,794 88,146 48,9180432

6 15 22 62,99 92,332 48,9013772

8 15 24 62,99 100,704 62,8541524

10 16 25 67,184 104,89 62,8408196

CARGA (BOMB)

TV2

(ºC) TC

(ºC)hTV2

(kJ/kg)hTC(kJ/kg) mv

(kg/s)Qcond

(kW)Efic. Cond

2 90 47 2660,1 196,802 0,02083

51,3179

81,7291

4 91 48 2661,7 200,978 0,02188

53,8283

90,8779

6 91 50 2661,7 209,33 0,03125

76,6366

63,8095

8 90 52 2660,1 217,69 0,03229

78,8703

79,6931

10 90 52 2660,1 217,69 0,03375

82,4313

76,2341

Eficiencia térmica y mecánica de la turbina

Para determinar la eficiencia mecánica de la turbina es necesario calcular el trabajo que esta realiza, de esta forma:

W T=V∗IηG

Teniendo la eficiencia del generador para cada régimen de carga, tenemos para dos bombillos:

W T=V∗IηG

=97V∗2.8 A0.49

=0 .554 kW

La eficiencia mecánica de la turbina se determina mediante:

ηmec=W T

mv∗∆hT∗0.2931= 0.554 kW

0.020833kgseg

∗(2751.22−2660.1 ) KJKg

∗0.2931=0.996

Ahora se determina la eficiencia isentrópica de la siguiente manera, esta eficiencia es constante a lo largo del rango de funcionamiento de la turbina porque las temperaturas de entrada y salida se mantienen casi invariantes:

η Is=hV 1−hV 2

hV 1−hV 21

El término hV 21 se calcula de la siguiente forma:

hV 12=hf 91℃+x hfg 91℃

El coeficiente x es la calidad del vapor, como la expansión es de forma isentrópica, parte del vapor es agua saturada, por esto se determina que parte del vapor es agua.

x=sg@154 ºC−s f @90 º C

sfg=

6.7935kJ

kg . K−1.1925

kJkg .K

6.2866kJ

kg . K

=0.890943

Entonces:

hV 12=376.92kJkg

+(0.890943∗2283.2kJkg )=2411.12

kJkg

Entonces la eficiencia isentrópica de la turbina es:

η Is=(2751.22−2660.1) kJ

kg

(2751.22−2411.12)kJkg

=0 .267921

La eficiencia total de la turbina es el producto de las tres eficiencias anteriores:ηT=ηmec¿ηgen¿η ise

ηT=0 .9962∗0 .49∗0 .2679=0 .13

BOMB

VOL (V)

AMP (A)

POT (kW)

ηGEN WTURB (Kw) mv

(kg/s)hTV1

(kJ/kg)hTV2

(kJ/kg)ηmec T ηis T ηTOTAL

2 97 2,8 0,2716 0,49

0,55428571

0,02083

2751,22 2660,1 0,99621

0,268 0,13077

4 97 3,8 0,3686 0,55

0,67018182

0,02188

2754,68 2661,7 1,12419

0,268 0,16564

6 93 5 0,465 0,62

0,75 0,03125

2755,82 2661,7 0,86999

0,2680,1445

8 94 6,5 0,611 0,6 0,9119403 0,0322 2754,68 2660,1 1,0187 0,268 0,1828

7 9 2 5

10 92 7,8 0,7176 0,73

0,9830137 0,03375

2754,68 2660,1 1,05068

0,268 0,20548

3. LÍNEA DE WILLIAMSEs la gráfica que representa la cantidad de vapor necesaria para una carga determinada. Es muy importante para el estudio de una planta de vapor.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

LÍNEA DE WILLIAMS

POTENCIA (kW)

FLU

JO D

E V

AP

OR

(kg

/s)

CONCLUSIONES Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

0 2 4 6 8 10 120

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

EFICIENCIA DEL CONDENSADOR

BOMBILLOS ENCENDIDOS

EFIC

IEN

CIA

(%)

La eficiencia del condensador tiene un comportamiento muy regular dentro de su rango de funcionamiento, presentándose las mayores eficiencias para menos bombillos encendidos.

0 2 4 6 8 10 120

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

EFICIENCIA TOTAL DE LA TURBINA

BOMBILLOS ENCENDIDOS

EFIC

IEN

CIA

(%)

La turbina presenta una mayor eficiencia a medida que se encienden más bombillos, pero a lo largo de todo su rango de trabajo tiene un comportamiento estable.

El valor de eficiencia de caldera está dentro de un valor razonable e indica que su funcionamiento es adecuado. Las pérdidas que ocasionan que la eficiencia tome este valor son las que aparecen comúnmente, tales como pérdidas por radiación, por gases secos, por combustión incompleta, por la combustión del H2, por la humedad existente tanto en el aire como en el combustible, por el carbono inquemado en las cenizas y por otras pérdidas incalculables.

La lectura del valor del vapor que se ha generado durante la práctica se ha tomado a partir del volumen de agua tanque de condensado ya que el consumo de agua de entrada a la caldera no es un buen indicador de esta medida, pues el nivel de agua en la caldera al final de la práctica no fue el mismo que tenía cuando desde el principio.

Para el cálculo de la eficiencia se han tomado valores de masa y no de flujo másico, con el fin de simplificar los cálculos. Se sabe que el tiempo para el cual se consumió cierta cantidad de combustible y se generó cierta cantidad de vapor, es el mismo es decir, aproximadamente 50 minutos, que fue el tiempo total que duró la práctica.

SEGUNDA PARTEOPERACIÓN CON VAPOR SOBRECALENTADO

VARIABLES MEDIDASNÚMERO DE BOMBILLOS

2 4 6 8 10

Voltaje (V) 92 92 90 92 94

Amperaje (A) 2,8 3,8 5 6,4 7,9

Presión Vapor Entrada - P1 - (psi) 78 78 78 78 78

Temperatura Entrada Vapor - PV1 (ºC) 171 170 170 168 168

Temperatura Salida Vapor - PV2 (ºC) 113 117 121 122 120

Nivel Rotámetro (mm) 231 231 231 231 231

Caudal Agua Fría - Caf(L/min) 100 100 100 100 100

Temperatura Entrada Agua - TA1 (ºC) 16 16 16 16 16

Temperatura Salida Agua - TA2 (ºC) 22 22 24 23 25

Temperatura del Condensado - TC

(ºC)48 48 49 50 51

Δ altura de Condensado - h (cm) 4,5 4 4,8 4 5

Tiempo (S) 379 440 546 406 416

RPM de la Turbina - N 2970 2940 2920 2950 2960

1. Segundo cálculo de la eficiencia de la caldera por el método directo:

Se realizará un segundo cálculo de eficiencia de caldera por el método directo para comparar estos dos resultados y determinar si son prácticamente iguales o por el contrario, las dos eficiencias difieren significativamente, por lo que sería necesario buscar los posibles errores de cálculo que probablemente se hallan cometido

Eficiencia (ηboil )=Calor quesale conel vapor producido (Qout )Calor suministrado por el combustible (Q¿ )

Citamos nuevamente la ecuación que determina la eficiencia de caldera

ηboiler=mv (hout vapor−h¿agua )

mf LHV f

(1)

Calor que entra con el combustible:

Consumo de combustible: Para realizar la medición del consumo de combustible, se tomaron las alturas del nivel del tanque de suministro de combustible. Al mismo tiempo se tuvo en cuenta las características geométricas del tanque de suministro. El nivel inicial de combustible era de 93.3 cm y al final de la práctica fue de 78.8 cm. Por lo tanto la diferencia de altura para toda la práctica fue de:

∆ l f=93.3 cm−78.8cm=14.5cm=0,145m

Con esta longitud y teniendo en cuenta que el diámetro del tanque de suministro de combustible es de 19.5 cm, se puede calcular el volumen total de combustible que ha sido consumido. Si se supone que la densidad del combustible es

ρ f=875,2kg /m3

Se puede calcular la masa de combustible consumido

mf=π∗Δl f∗ϕ2

4ρf=

π∗0,145∗(0,195 )2

4875,2=3.79kg

LH V f=45000KJKg

(Dado en la norma NTC 1438)

Ahora se puede calcular la energía que fue suministrada a la caldera durante un tiempo determinado, que ha sido el mismo para el cual, se tomó la medida de la cantidad de vapor generado.

Q¿=∆mf HHV f= (3.79 kg ) (45000kJ /kg )=170550kJ

Este valor de 170550 kJ, fue la energía que se le entregó a la caldera en forma de energía química a través del combustible, durante periodo de tiempo que duró la medición.

Calor que sale con el vapor generado:

Vapor generado: para ello se tuvo en cuenta la cantidad de vapor condensado durante el periodo de tiempo en que se tomaron datos para calcular esta eficiencia. Este tiempo no fue necesariamente lo que demoró la práctica de laboratorio, pero fue significativo para tener medidas confiables. La lectura comenzó con un nivel de 12.7 cm, que corresponde a un volumen de 20 lt; y finalizó en 29.8 cm que corresponde a 52 lt. Por lo tanto, el volumen de vapor generado por la caldera fue de aproximadamente 32 lt. Se midieron los niveles de inicial y final del vapor condensado. En base a la gráfica del aforo del tanque de condensado se observa la cantidad de litros de agua que se condensaron.

mv=32 ltx0.001m3

1<¿ x1000Kgm3 =32kg¿

Diferencia de entalpías

Teniendo en cuenta que la temperatura y presión de entrada del agua a la caldera y la temperatura de salida del vapor son respectivamente

T ¿=20℃=, P¿=100Psi=689.4 KPa paraBogot á

T out=165℃ , Pout=100 psi=689.4 KPa KPa resulta como vapor saturado

Por tablas termodinámicas y/o diagrama de molier se tiene que :

hout vapor=2763KJKg

h¿ agua=83.84KJKg

con estas diferencias de entalpía y con el delta de masa ya calculado, se halla la energía que sale de la caldera con el vapor saturado

Qout=∆mv∆h=(32kg )(2763kJkg

−83.84kJkg )=85733.12kJ

Luego

ηboil=mv (hout vapor−h¿agua )

mf LHV f

×100 %

ηboiler=85733.12kJ170550kJ

×100 %=50.27 %

ηboiler=50 .27 %

Este resultado es muy cercano al valor de eficiencia que se calculó para la práctica de vapor saturado (54.51%), lo cual confirma que la eficiencia de la caldera tiene un valor relativamente estable y se encuentra dentro de un rango aceptable.

PERFIL DE TEMPERATURAS EN LA CHIMENEA

El perfil de temperaturas es el siguiente: (se tomaron 2 lecturas cada 10 segundos)

0 50 100 150 200 250145

155

165

175

185

195

Lectura 1Lectura 2

Tiempo (s)

Tem

pera

tura

(ºC)

El comportamiento de la gráfica es similar para las dos lecturas realizadas, se mantiene estable durante los primeros 60 segundos aproximadamente y luego se incrementa notoriamente hasta alcanzar valores de 195 ºC y luego decae nuevamente debido a que el quemador es apagado.

EFICIENCIAS DE LA PLANTA GENERADORA

Eficiencia del condensador

Para determinar la eficiencia del condensador primero se halla el calor cedido al agua de enfriamiento. A continuación se presentan los cálculos para el caso en hay encendidos 2 bombillos:

˙Qagua enf=mH 2O (∆h )

El flujo másico de agua es constante para todos los regímenes y está determinado por:

m

H2O=¿ 100

Lmin

∗1m3

1000 L∗1min

60 s∗1000kg

1m3 =1 .6666 kgs

¿

˙Qagua enf=1.6666kgs

(83.96−67.184 ) kJkg

=27 .96kW

Ahora se calcula el calor cedido por el condensador, entonces tenemos:Qcond=mVapor∗(∆hcond)

La ∆ hcond es la diferencia de entalpías de vapor a la temperatura de salida de vapor y a la temperatura de condensado.

(∆hcond )=(hTV 2−hTC)

Para el flujo másico de vapor se tiene en cuenta el delta de altura del condensado para cada régimen de carga, y se observa a cuantos litros equivale esa altura en la gráfica de aforo del tanque de condensado, de esta forma para 2 bombillos tenemos:

∆ hc=(7cm−2.5cm )→ (8L−2L )=6 L

mV=0.013193kgs

Qcond=0.013193kgs

∗(2705.05−200.978 ) kJkg

=33 .036kW

Entonces la eficiencia del condensador será:

ηcond=˙Qaguaenf

Qcond

∗100= 27.96kW33.036kW

∗100=81 .729 %

Los resultados de los demás puntos son:

CARGA (BOMB)

TA1

(ºC) TA2

(ºC)hA1

(kJ/kg)hA2

(kJ/kg)Qagua enf

(kW)

2 16 20 67,184 83.96 27.96

4 16 22 67,184 92,332 41.912

6 16 22 67,184 92.332 41.912

8 16 23 67,184 96.518 48.88

10 16 24 67,184 100.704 55.86

CARGA (BOMB)

TV2

(ºC) TC

(ºC)hTV2

(kJ/kg)hTC(kJ/kg) mv

(kg/s)Qcond

(kW)Efic. Cond

2 113 48 2705.05 200,978 0,013193

33.036 84.63

4 117 48 2712.96 200,978 0,018181

45.67 91.77

6 121 49 2720.83 205.154 0,018315

46.075 90.96

8 122 50 2722.8 209,33 0,022167

55.716 87.73

10 120 51 2718.85 213.51 0,024038

60.223 92.75

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

EFICIENCIA DEL CONDENSADOR

BOMBILLOS ENCENDIDOS

EFIC

IENC

IA (%

)

Eficiencia térmica y mecánica de la turbina

De la misma manera que se hizo para la práctica de turbina operando con vapor saturado, se calculará la eficiencia mecánica de la turbina:

W T=V∗IηG

Reemplazando los valores obtenidos para dos bombillos encendidos, y teniendo la eficiencia del generador para cada régimen de carga según la curva de eficiencia, se tiene:

W T=V∗IηG

=92V∗2.8 A0.49

=0 .554kW

Para determinar la eficiencia mecánica de la turbina es necesario calcular el trabajo que esta realiza, de esta forma:

W T=V∗IηG

Teniendo la eficiencia del generador para cada régimen de carga, tenemos para dos bombillos:

W T=V∗IηG

=97V∗2.8 A0.49

=0.5257kW

La eficiencia mecánica de la turbina se determina mediante:

ηmec=W T

mv∗∆hT

= 0.5257 kW

0.013193kgseg

∗(2791.1−2705.05 ) kJkg

=0.463

Ahora se determina la eficiencia isentrópica de la siguiente manera, esta eficiencia es constante a lo largo del rango de funcionamiento de la turbina porque las temperaturas de entrada y salida se mantienen casi invariantes:

η Is=hV 1−hV 2

hV 1−hV 21

El término hV 21 se calcula de la siguiente forma:

hV 12=hf 91℃+x hfg 91℃

El coeficiente x es la calidad del vapor, ésta se calcula gracias a las entropías, ya que son todas conocidas. Hallando esta calidad mediante las tablas de vapor, se tiene

x=0.9332

Por lo tanto:

hV 12=474.008kJkg

+(0.9332∗2221.98kJkg )=2547.56

kJkg

Entonces la eficiencia isentrópica de la turbina es:

η Is=(2791.1−2705.05) kJ

kg

(2791.1−2547.56)kJkg

=0 .35333

La eficiencia total de la turbina es el producto de las tres eficiencias anteriores:ηT=ηmec¿ηgen¿η ise

ηT=0 .463∗0 .49∗0 .35333=0 .0802=8 .02 %

BOMB

VOL (V)

AMP (A)

POT (kW)

ηGENWTURB

(Kw)mv

(kg/s)hTV1

(kJ/kg)hTV2

(kJ/kg)ηmec T ηis T ηTOTAL

2 92 2,8 0,2576 0,49

0,5257 0,013193

2791.1 2705.05 0.463 0.35333

0.0802

4 92 3,8 0,3496 0,55

0,63564 0,018181

2786.6 2712.96 0.475 0.35333

0.0923

6 90 5 0,450 0,62

0,72581 0,018315

2786.6 2720.83 0.603 0.35333

0.1321

8 92 6,4 0,5888 0,67

0,8788 0,022167

2777.5 2722.8 0.725 0.35333

0.1716

10 94 7,9 0,7426 0,73

1.0173 0,024038

2777.5 2718.85 0.722 0.35333

0.1862

0 2 4 6 8 10 1202468

101214161820

EFICIENCIA TOTAL DE LA TURBINA

BOMBILLOS ENCENDIDOS

EFIC

IEN

CIA

%

Línea de WilliamsEs la gráfica que representa la cantidad de vapor necesaria para una carga determinada. Como es de esperarse, a medida que aumenta la demanda de potencia, se requiere que por los álabes de la turbina circule mayor cantidad de vapor por unidad de tiempo. Esta gráfica es muy importante para el estudio de una planta de vapor.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

LÍNEA DE WILLIAMS

POTENCIA kW

FLUJ

O D

E VA

POR

kg/s

CONCLUSIONES Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

La eficiencia total de la turbina tiene un valor muy pequeño debido a que la eficiencia isentrópica es relativamente baja. En cuanto a la eficiencia mecánica se puede decir

que ésta mejora mientras se aumente la carga eléctrica, así como pasa con la eficiencia del generador.

Las dos eficiencias que se han obtenido por el método directo son muy cercanas (54.51% para la primera práctica y 50.27% para la segunda), por lo que se puede afirmar que el valor verdadero de eficiencia se encuentra dentro de estos dos valores. El método directo resulta ser más confiable que el indirecto, pues por este segundo método se obtuvo una eficiencia de 62.864% pero creemos que pudo ser un resultado menor porque hay algunos pérdidas que no son fáciles de medir y por lo tanto no se le han restado a este valor.

Los valores de las diferentes medidas que se han tomado son en general confiables. Aunque hay que resaltar que el flujo másico de vapor en la turbina y por lo tanto, de condesado en el tanque de almacenamiento, no es un dato exacto, ya que se trata de una medida variable y lo que se ha hecho es dividir este flujo en cinco intervalos para obtener un valor promedia en cada uno de estos intervalos

BIBLIOGRAFÍA

[1] ÇENGEL & BOLES. Termodinámica. 4ª edición. Ed. Mc Graw Hill. México. 829 Págs[2] CASTRO MORA. Javier. Operación y mantenimiento de calderas. Primera edición. Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Ingeniería. 2002. Bogotá[3]PRIDDY, PAUL. Power Plant System Design. Ed. John Wiley and Sons. New York, 1985

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