Integrantes:-David Integrantes:-David Zapata -Rodrigo Barria -Carlos Diaz -Natalia Anabalon
Termodinámica (541203)
Introducción En el presente laboratorio se nos dio la oportunidad de presenciar el ciclo de la planta de vapor presente en dicho recinto, en donde se nos explicó a detalle su funcionamiento y el rol de cada elemento dentro del proceso. Esto fue mediante una explicación teórica donde se nos mostraron las partes del ciclo y la relación que había entre ellas, luego se nos mostraron la caldera, condensador, torre de enfriamiento y la turbina, siguiendo, de manera demostrativa, el ciclo y su respectivo recorrido. En primera instancia definiremos las partes por las que está compuesto el ciclo observado: 1. Caldera: Lugar en el cual se calienta el agua por exposición a altas temperaturas. 2. Sobrecalentador: Aumenta la temperatura del vapor de agua para secarlo. 3. Turbina: Lugar por el que pasa el vapor sobrecalentado para generar trabajo. 4. Reductor: Dispositivo con el cual se reducen las revoluciones creadas en la turbina. 5. Generador: Con las revoluciones recibidas genera potencia eléctrica. 6. Condensador: Dispositivo que mezcla el vapor sobrecalentado con el líquido de enfriamiento para reducir su temperatura. 7. Torre de enfriamiento: Lugar donde el líquido de enfriamiento vuelve a bajas temperaturas para volver al condensador. A continuación, mostraremos un esquema del sistema empleado en el laboratorio:
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Ablandador: Se utiliza para ablandar el agua, eliminando los minerales que hacen a dicha agua ser dura. El agua dura con calcio y magnesio corre a través de unas cuencas de resina, y en un proceso denominado "intercambio iónico", los iones duros del agua intercambian sus posiciones con los iones blandos que se encuentran en las cuencas. Desaireador: Elimina el oxígeno y CO2 del agua, evitando la corrosión en las zonas sometidas a altas temperaturas. Un buen funcionamiento del desaireador reduce el consumo de químicos e indirectamente mejora el aprovechamiento energético en la caldera. Caldera: Encargada de producir vapor mediante la acción del calor a una temperatura superior a la del ambiente y presión mayor que la atmosférica Sobrecalentador: Incrementa la temperatura de salida del vapor por encima de su temperatura de saturación, obteniendo un vapor sobrecalentado a alta temperatura. Turbina: La turbina de vapor es un motor térmico cíclico rotativo, de combustión externa, que movido por vapor produce energía mecánica. El vapor entra a alta presión y temperatura, y se expansiona en la turbina, transformando una parte de su entalpía en energía mecánica. A la salida de la turbina, el vapor ha perdido presión y temperatura. Reductor: Disminuye la velocidad del eje de la turbina por medio de un sistema de engranajes, para que asi esta velocidad este dentro de la permitida por el generador.
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Generador: emplea un campo magnético para generar un movimiento de electrones y producir energía eléctrica, a partir del trabajo que recibe del eje de la turbina. Condensador y torre de enfriamiento: El condensador es un intercambiador térmico en el cual se pretende que el fluido que lo recorre (vapor) cambie a fase líquida desde su fase gaseosa mediante el intercambio de calor. Luego la torre de enfriamiento se encarga de disminuir la temperatura del agua. Estanque de condensado: Recibe líquido saturado proveniente del condensador para volver a utilizarlo, enviandolo al desaireador por medio de bombas y asi repetir el proceso del sistema.
Algunas variables termodinámicas que pudimos identificar son:
La temperatura del líquido de refrigeración. La temperatura del agua que entra al ablandador.
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Diagramas de transformación de agua en el ciclo Análisis y discusión de resultados experimentales y sus errores asociados a) Verificación del principio de equivalencia
̇ = 12,33[], el flujo de energía a la entrada es ̇ = 77,56 [] y el flujo de calor rechazado por el refrigerante es ̇ = 67,96 , por lo que ̇ ̇ = 77,5667,96 = 9,63 []0 ≈ 12,33 [] = ̇ Tenemos que la potencia al eje de la turbina es
Con lo que se comprueba la ley de Hirn, ya que el error obtenido es por los límites del experimento.
b) Rendimiento térmico global de la planta Tenemos que el rendimiento térmico global está dado por la siguiente fórmula ̇ η ₑᵣ = ̇̇ = ̇+ ̇ ,donde ₜ
̇ = , ̇ = ̇ = .
Luego tenemos que la potencia eléctrica del generador se puede calcular como el producto entre voltaje e intensidad de corriente eléctrica ̇ = × , así por los datos entregados por los ayudantes tenemos que 3,950816 [],
̇ =
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La potencia entregada al sobrecalentador se saca primero
] × ̇ = 0,86[ ]) = 2,06 × 1,2×10−[] × 1000 ÷ (66[] × 60[ 10−[], luego se multiplica el resultado por el poder calorífico y queda ̇ = 2,06×10−[ ] × 10000[ ] × 4, 1 84 = 0,109[] Para la caldera se tiene que ̇ = 9000 × 13,9[ ] × 4,184 ÷ (67[] × 60 ) = 130,2[] obteniendo el flujo masico del diésel que seria
, = 0,03 Por ultimo η ₑᵣ = ,+, ₜ
Irreversibilidades de la planta de vapor
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