Practica motor de vapor

maquinas termicas fes aragon

1. FACULTAD DE ESTUDIOS
SUPERIORES
ARAGÓN











INGENIERÍA MECÁNICA


LABORATORIO DE MÁQUINAS TÉRMICAS



Práctica no. 6: “Motor de vapor”


Alumno: David Ricardo Fernández Cano V.



Fecha de realización:

Fecha de entrega:

2. Tabla de toma de lecturas
Descripción Referencia Unidad Lectura
Presión
Atmosférica del lugar �
?????? bar 0.8
Manométrica de la caldera �
1 bar 3.2
Manométrica de la válvula de control �
2 bar 200
Flujo de
masa
Vapor (condensado) ??????
� kg/s 0.00167
Agua de enfriamiento ??????
� kg/s 0.0333
Temperatura
Vapor de la caldera �
1 °C 140
Vapor en el calorímetro �
2 °C 100
Condensado �
3 °C 72
Agua de enfriamiento a la entrada del condensador �
?????? °C 24
Agua de enfriamiento a la salida del condensador �
?????? °C 61
Otros
Velocidad del motor n rpm 2000
Consumo de energía (potencia eléctrica suministrada a la caldera) x ??????×ℎ 30
Tiempo del experimento t s 20

Desarrollo de la práctica
Potencia al freno
??????
1=.0059(6??????)(200�????????????)=71.4??????
Energía suministrada en la caldera
??????=(30ℎ??????)(3600�1ℎ⁄)=10800??????�
�
1=10800�??????20⁄=5400??????
Eficiencia térmica total en la planta
??????
�=4.186??????�(°??????????????????)140°??????=586.04??????�????????????⁄⁄
??????
3=4.186??????�(°??????????????????)72°??????=301.3924??????�????????????⁄⁄

3. ??????
??????=71.4??????(5400??????+.00167????????????�⁄(586.04−301.392)??????�????????????⁄)⁄ =.0132%
Eficiencia de la caldera
??????
1 de tablas de vapor sobrecalentado @ �
2=100°??????; �
??????=.70���⇒ ??????
1=2678.754??????�????????????⁄
??????
??????=.00167????????????�⁄(2678.754−586.04)??????�????????????⁄/5400??????=647.2×10
−6
%
Eficiencia isoentrópica del motor
Del diagrama T-S se tiene ??????
2=2400??????�????????????⁄
??????
�=71.4??????(.00167????????????�⁄(2678.754−2400)??????�????????????⁄)⁄ =153.377%
De las tablas de saturación de vapor @ �
1=4���;
??????
�1=604.67??????�????????????⁄
??????
�??????1=2132.956??????�????????????⁄
??????
1=(2678.754−604.67)??????�????????????⁄2132.956??????�????????????⁄⁄ =.9724
De tablas de saturación de vapor @ �
1=4���
�
�1=1.7764??????�(°�????????????)⁄
�
�??????1=5.11793??????�(°�????????????)⁄
�
1=(1.7764+.9724(5.11793))??????�(°�????????????)⁄ =6.7531??????�(°�????????????)⁄
De tablas de saturación de vapor @ �
??????=.8���;
�
�2=1.23301??????�(°�????????????)⁄
�
�??????2=6.20217??????�(°�????????????)⁄
??????
2=(6.7531−1.23301)??????�????????????⁄6.20217??????�????????????⁄⁄ =.89
??????
�2=391.723??????�????????????⁄
??????
�??????2=2274.05??????�????????????⁄
??????
2=(391.723+.89(2274.05)??????�????????????⁄)=2415.6744??????�????????????⁄
Calor perdido en el sistema en la caldera
Con la bomba:
??????
0=4.186??????�(°??????????????????)72°??????=301.3924??????�????????????⁄⁄
�
2=5400??????+.00167????????????�⁄(301.3924−2678.754)??????�????????????⁄=5396.0298??????�????????????⁄

4. Sin bomba:
�
2=5400??????+.00167????????????�⁄(586.04−2678.754)??????�????????????⁄=5396.5052??????�????????????⁄
En el motor de vapor
�
3=.00167????????????�⁄(2678.754−2415.6744)??????�????????????⁄−71.4??????=−70.9607??????
En el condensador
�
5=.0333????????????�⁄(4.186??????�(????????????°??????)⁄ )(61−24)°??????=5.1576??????
�
4=.00167????????????�⁄(2415.6744−301.392)??????�????????????⁄−5.1576??????=−1.6267??????
Si consideramos al motor de vapor y al condensador como conjunto se tiene:
�
3+�
4=.00167????????????�⁄(2678.754−301.392)??????�????????????⁄
−(71.4??????+.0333????????????�⁄(4.186??????�(°??????????????????)(61−24)°??????⁄ ))=−72.5874??????
Eficiencia del ciclo Rankine
??????
2??????=5.1576??????.00167????????????�⁄⁄ +301.392??????�????????????⁄=3389.7576??????�????????????⁄
??????
????????????=(2678.754−3389.7576)??????�????????????⁄(2678.754−301.392)⁄ ??????�????????????⁄=−.2991%

Gráficas

8. Conclusiones y recomendaciones
Los motores de vapor fueron las primeras maquinas térmicas que se inventaron, sin embargo en la
actualidad están en desuso debido a que estos tienen un rendimiento menor comparados con el
motor de combustión interna, el cual ha encontrado el auge en la industria automotriz. No obstante
el ciclo Rankine es utilizado por las plantas termoeléctricas y estas constan de turbinas que
igualmente funcionan con el vapor de agua. De esta manera existen similitudes entre el
funcionamiento de las plantas térmicas y el motor de vapor, ya que ambos trabajan con el vapor de
agua como fluido y en ambos casos se pueden usar combustibles fósiles en la caldera.
Entre las desventajas del motor de vapor están las perdidas térmicas debido a fugas, condensación
inicial del vapor o la expansión incompleta; sin embargo, tiene ventajas como poder trabajar a
bajas presiones o arrancar con grandes cargas.
En la teoría que se expone al inicio de la práctica se menciona que “la entropía es un factor que
denota la energía de un sistema”, lo cual es por lo menos una definición incompleta.
Sería conveniente poner una explicación más detallada acerca de la realización de los diagramas así
como una exposición del mismo; otra recomendación es acerca de las unidades en el diagrama
entalpía-entropía, las cuales no aparecen y también unidades para la temperatura en el diagrama
temperatura-entropía, así como unidades para la presión.
A mi parecer es un error que en estas prácticas cuando se mencionan algunas formulas no se deja
claro cuál es el origen de las constantes que aparecen en ellas, lo cual en mi caso me provoco
muchos errores en los cálculos, debido a que asumí que podían tener un origen termodinámico o
bien eran debidas a la naturaleza de alguno de los mecanismos del equipo utilizado, cosa que es
bastante común en formulas de ingeniería. Sin embargo muchas de estas constantes provienen de la
conversión de unidades, lo cual provoca confusión si no se aclara debido a que en los manuales
anteriores de Termodinámica y Mecánica de fluidos se obliga a los alumnos a realizar las
conversiones de unidades correspondientes.
En esta práctica resultan confusas las unidades de energía consumida, que en la tabla de toma de
lecturas se expresan como ??????−ℎ y en la pág. 132 como ??????����−ℎ, en estos casos, el símbolo –
(guion medio) no deja clara la indicación, ya que este es el símbolo que generalmente se ocupa para
la resta pero en este caso la operación que se quiere indicar es la multiplicación. Sería conveniente
que el guion medio fuera sustituido por alguno de los símbolos que tradicionalmente se emplean
para indicar la multiplicación, los cuales son el punto, los paréntesis o la cruz.