Laboratorio Nº 1: Predicción del funcionamiento de la central térmica del laboratorio de Termofluidos

Laboratorio Nº 1: Predicción del funcionamiento de la central térmica del laboratorio de Termofluidos.

Nomenclatura

A        : Área

B        : Bernoulli

C        : Calor específico

D        : Diámetro

e        : Exceso de aire

f        : Coeficiente de fricción

g        : Gravedad

H        : Altura Bomba

h        : Entalpia especifica

K        : Coeficiente de perdidas

        : Flujo másico[pic 3]

N        : Frecuencia

n        : Numero de moles

L        : Longitud

P        : Presión

        : Flujo de calor[pic 4]

PCI        : Poder calorífico inferior

RAC        : Razón aire combustible

t        : Temperatura

        : Potencia[pic 5]

Y        : Fracción molar

Subíndices

a        : Aire

al        : Alimentación

atm        : Atmosférica

bba        : Bomba

cal        : Caldera

en        : Entrante

c        : Combustible

g        : Gases de combustión

gn        : Gas Natural

nom        : Nominal        

r        : Referencia

s        : Saliente

te        : Torre de enfriamiento

v        : Vapor

w        : Agua

1        Introducción

El presente informe entrega el análisis de la central térmica y de los principales elementos que la componen como lo son la caldera, el sorbrecalentador, la turbina de vapor, el condensador, la torre de enfriamiento y las distintas bombas que permiten el flujo del fluido de trabajo por todo el sistema. Este análisis se hará a partir de la información que nos entregará el catálogo correspondiente a cada elemento del sistema anteriormente. Posterior a esto se recolectarán todos estos datos para ingresarlos al programa EES y obtener así los resultados que se muestran más adelante.

1.2        Objetivos

El principal objetivo del presente informe es realizar un reconocimiento de la central térmica de vapor del laboratorio de termofluidos ubicado en la Universidad de Concepción.

2        Desarrollo

2.1        Reconocimiento de la central térmica a vapor

2.1.1        Bomba de alimentación agua a la caldera

        Los datos respectivos a la bomba de alimentación de agua a la caldera se encuentran almacenados en la tabla 1. La curva característica se ve a continuación en la figura 1.

Tabla 1: Datos y características de bomba alimentación agua a la caldera.

[pic 6]

Figura 1: Curva característica bomba alimentación agua a la caldera.

        Como se puede ver en la figura, ésta corresponde a una bomba de similares características, pero de 1750 [rpm], por lo que, aplicando criterios de semejanza se pueden obtener los puntos de operación para 1450 [rpm]; como se tiene a continuación en las ecuaciones (1) y (2).

                                                             (1)[pic 7]

                                                               (2)[pic 8]

        Donde el subíndice 1 corresponde a la bomba de 1750 [rpm] y el subíndice 2 a la bomba de 1450 [rpm]. A partir de las carpetas de los equipos disponibles en laboratorio, se tiene que el caudal promedio de alimentación a la caldera “Q2”, correspondiente a 12.5 [GPM] o 47.3 . Combinando las ecuaciones (1) y (2), y reemplazando, se tiene:[pic 9]

[pic 10]

        Obtenido el caudal de operación de la bomba, se obtiene la altura de elevación “H1” de la figura 1, correspondiente a 300 [ft] o 91,4 [m]. Reemplazando este valor, es posible obtener la altura de operación de la bomba:

[pic 11]

Para proceder a la verificación del resultado obtenido se aplica Bernoulli entre la entrada de la bomba y la entrada de la caldera, con los siguientes datos de los fittings, almacenados en la tabla 2 para estimar las pérdidas:

Tabla 2: Datos necesarios para el cálculo de pérdidas entre bomba y caldera.

Aplicando Bernoulli se tiene la relación presentada en la ecuación (3):

                                                 (3)[pic 17]

Además, conocido el diámetro de la tubería y el caudal de operación de la bomba se puede obtener la velocidad del fluido, representado mediante la ecuación (4).

                                                    (4)[pic 18]

Luego, desarrollando la ecuación (3) se tiene:

[pic 19]

        Posteriormente, reemplazando:

[pic 20]

[pic 21]

        Donde se puede ver que los resultados obtenidos para la altura de elevación de la bomba son aproximadamente iguales.

        Posteriormente, se puede obtener el trabajo generado por ésta bomba, representado por la ecuación (5):

                                          (5)[pic 22]

         Para lo cual se utilizan los datos almacenados en la tabla 3.

Tabla 3: Flujo y entalpías al paso de la bomba.

        Reemplazando estos valores se tiene: [pic 26]

2.1.2        Caldera:

Referente a la caldera de los archivos del laboratorio se obtuvieron los siguientes datos:

Tabla 3. Datos Caldera.

Para el Combustible se encontraron los siguientes datos [2].

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