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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica INGENIERIA CIVIL MECANICA PROGRAMA DE PROSECUCION DE ESTUDIOS VESPERTINO GUIA DE LABORATORIO ASIGNATURA 9518 MAQUINAS TERMICAS NIVEL : 04 EXPERIENCIA C921 “EVALUACION DE LA EFICIENCIA TERMICA DE UNA TURBINA” HORARIO: SABADO: 9.30-13.00 HRS. UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica 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. OBJETIVO ESPECÍFICO: - Determinar el rendimiento de una turbina de vapor del tipo acción, graficando las curvas características. Conocer de la aplicación e importancia de los rendimientos. - Dar una idea general del funcionamiento de una central térmica de vapor real, así como de los aspectos termodinámicos involucrados. INTRODUCCIÓN TEÓRICA CICLO RANKINE Ciclo termodinámico de máquina térmica comúnmente empleado en plantas de fuerza, la sustancia de trabajo en general es agua. El ciclo básico idealizado, considera los siguientes elementos funcionando en forma estacionaria como flujo estable estado estable. UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica La formulación energética, con las simplificaciones del caso conduce a: Calor agregado Q2-3 = h2 – h3 Calor rechazado Q1-4 = h1 – h4 Trabajo ciclo W = (h2 – h1) + (h4 – h3) Rendimiento térmico del ciclo: térmico h1 h2 h4 h3 h3 h2 La presencia efectiva de irreversibilidades justifica establecer el concepto de rendimiento termodinámico de proceso en turbina y bomba. Para el caso de turbina: turbina h4' h3 ' trabajo efectivo turbina trabajo teórico idealizado h4 h3 En 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 efectivo turbina Curva Característica Generador UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica Por lo que el rendimiento del conjunto turbo-generador es: turbo generador Energía eléctrica Trabajo teórico idealizado Con la intención de aumentar la producción de trabajo y/o la eficiencia térmica, el ciclo Rankine puede ser modificado incorporando algunos dispositivos adicionales como se muestra en la figura. MÉTODO A SEGUIR: - Reconocimiento de la instalación de laboratorio. - Ensayo del equipamiento para diferentes cargas eléctricas en condición de velocidad rotacional estacionaria. VARIABLES A CONSIDERAR: Condiciones de ingreso del vapor a la turbina, presión de descarga del mismo, velocidad rotacional de la turbina, mediciones efectivas del generador, consumo de vapor. TEMAS DE INTERROGACIÓN: - Principios de funcionamiento de los componentes de un ciclo Rankine. - Determinación e interpretación de propiedades termodinámicas. UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA Departamento de Ingeniería Mecánica Programa Vespertino de Prosecución de Estudios Ingeniería Civil en Mecánica - Ciclo Rankine como ciclo termodinámico de máquina térmica. EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR: - Barómetro de torricelli - Manómetro tipo Bourdon - Termómetros digitales - Termocuplas de inmersión - Tacómetro mecánico - Bomba - Caldera de vapor - Turbina de acción - Condensador - Balanza digital - Pipeta graduada - Cronómetro - Resistencias eléctricas LO QUE SE PIDE EN EL INFORME: Determinar y graficar. Rendimiento termodinámico del proceso correspondiente a la turbina para diferentes cargas. Rendimiento del grupo turbogenerador para diferentes cargas. Consumo de vapor en relación a energía eléctrica producida. BIBLIOGRAFIA: - Yunus Cengel y Michael Boles, Termodinámica, tomo II, editorial Mc Graw Hill. - Van Wylen, Fundamentos de Termodinámica, editorial Limusa Wiley. - Kenneth Wark y Donald E. Richards, Termodinámica, editorial Mc Graw Hill.
