Diseño y construccion de una maquina termica

1

DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UNA MÁQUINA TÉRMICA A VAPOR Moreno Erika vbmunoz1@espe.edu.ec Pacheco Evelyn eepacheco1@espe.edu.ec Peralvo Hendry Hperalvo1@espe.edu.ec Samaniego Luis Lasamaniego1@espe.edu.ec Toapanta Alexander Astoapanta1@espe.edu.ec

Ingeniería Electromecánica, Sexto Semestre, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE -Extensión Latacunga, Márquez de Maenza S/N Latacunga, Ecuador.

54/08/2017 

Resumen—El presente proyecto pretende presentar una propuesta basada en el estudio de un caso concreto, el conocido motor de vapor sin piezas móviles originario del siglo xix, patentado por Tomas Piot en el Reino Unido en 1891 y subsiguientemente patentada en otros países por diferentes inventores. El estudio termodinámico de la maquina se lo realiza mediante el ciclo RANKINE, además se construyó una maqueta a escala del proyecto que servirá como ayuda didacta para la explicación del mencionado ciclo, una técnica realmente ingeniosa, se presenta inicialmente para que se comprenda de una forma intuitiva y se trata con detalle el proceso de construcción. Una vez que el alumno se ha familiarizado con la máquina y su funcionamiento, el conocimiento que ha adquirido se puede utilizar para introducirle en los principios físicos de su funcionamiento claves en el desarrollo industrial de la máquina de vapor, protagonista de la revolución industrial. Se proponen otras experiencias para el aula para asimilar el principio de acciónreacción y la conservación de la cantidad de movimiento.

Palabras clave: barco, caldera, calor, cantidad de movimiento, evaporación, leyes de conservación, Máquina de vapor, termodinámica.



Abstract—The present project intends to present a proposal based on the study of a concrete case, the well-known steam engine without moving parts originating from the nineteenth century, patented by Tomas Piot in the United Kingdom in 1891 and subsequently patented in other countries by different inventors. The thermodynamic study of the machine is carried out by means of the RANKINE cycle. In addition, a scale model of the project was created, which will serve as a teaching aid for the explanation of the mentioned cycle, a really ingenious technique, presented initially to be understood in a way Intuitive and the process of construction is treated in detail. Once the student has become familiar with the machine and its operation, the knowledge that has acquired can be used to introduce you to the physical principles of its operation key in the industrial development of the steam engine, protagonist of the industrial revolution. Other experiences are proposed for the classroom to assimilate the principle of action-reaction and conservation of momentum.

Keywords: boiler, boiler, heat, amount of movement, evaporation, conservation laws, steam engine, thermodynamics.

2 2) I. CAPITULO I

Máquina y motor térmico:

Aunque en algunas definiciones se identifican como sinónimos los términos «máquina térmica motora» y «motor

El capítulo 1 abarca aspectos fundamentales del proyecto como el tema, los objetivos planteados que se irán ejecutando conforme avanza el proyecto, la historia del arte que será nuestra guía en el desarrollo del proyecto.

A.

considera que un motor térmico es un conjunto de elementos mecánicos que permite obtener energía mecánica a partir de la energía

térmica

obtenida

mediante

una

reacción

de

combustión o una reacción nuclear. Un motor térmico dispone

Sistemas de Objetivos

1)

térmico», en otras se diferencian ambos conceptos. Se

de lo necesario para obtener energía térmica, mientras que una

Objetivo General

máquina térmica motora necesita energía térmica para

Analizar, explicar y estudiar el funcionamiento de

funcionar, mediante un fluido que dispone de más energía a la

nuestra maquina térmica de vapor mediante el ciclo

entrada que a la salida. (Rodriguez M. M., 2014)

Rankine.

2)

3)

Objetivos Específicos:

Máquina de vapor

Historia



Definir una máquina térmica y los elementos que



intervienen.

Identificar los parámetros termodinámicos más

Ya desde tiempos remotos, el hombre se interesó en sustituir el



importantes del ciclo Rankine.

Obtener los parámetros

proveniente de fuentes más poderosas y confiables como, por ejemplo: el fuego, el viento, las corrientes de agua, el sol, etc.



experimentales y comparar con los teóricos.

Diseñar cada uno de los componentes de la máquina



a vapor.

Realizar el ensamblaje y verificar las condiciones de

movimiento a partir de vapor fueron construidos por Herón de

 

funcionamiento de cada componente.

Realizar las pruebas de funcionamiento.

Desarrollar las conclusiones una vez realizado todo el

sacerdote de la época, utilizaba la fuerza del vapor en

termodinámicos

proceso de construcción y análisis.

trabajo hecho por bestias o por él mismo por trabajo

Posiblemente los primeros ingenios mecánicos para producir Alejandría cerca del año 100 de nuestra era. Herón, un expansión para accionar un dispositivo que a distancia abría las puertas del templo cuando se encendía un fuego en el altar del mismo. Otro de sus inventos, una primitiva turbina de

B.

Historia del arte

1)

Maquina térmica

vapor, es considerada el primer intento serio de usar vapor para generar movimiento. En 1698, un ingeniero militar inglés, Thomas Savery, patento una máquina muy primitiva

Una máquina térmica es un conjunto de elementos mecánicos que permite intercambiar energía, generalmente a través de un eje, mediante la variación de energía de un fluido

(que él llamó El Amigo del Minero) que permitía subir agua desde los fondos de minas a la superficie usando el vapor de una caldera. (Remesal, 2010)

que varía su densidad significativamente al atravesar la máquina. Es un dispositivo que trabaja de forma cíclica o de forma continua para producir trabajo mientras se le da y cede calor, aprovechando las expansiones de un gas que sufre transformaciones de presión, volumen y temperatura en el interior de dicha máquina.

4)

Clasificación

3

Figura 1 Clasificación Maquinas térmicas

5)

Segunda ley Termodinámica

Máquina de vapor

Figura 2 Diagrama máquina de vapor

La máquina de Savery opera de la siguiente manera: Mientras las válvulas C y D permanecen cerradas se abre la válvula B y la A. Así, el vapor a presión de la caldera desplaza el agua

Una máquina de vapor es un motor de combustión externa que

líquida presente en el cilindro rígido, haciendo que el agua

transforma la energía térmica de una cantidad de agua en

llegue hasta afuera de la mina. Una vez eliminada el agua se

energía mecánica. En esencia, el ciclo de trabajo se realiza en

cierran las válvulas A y B y se abre la C. Agua fría cae sobre el

dos etapas:

cilindro provocando una condensación y una baja en la presión

1.

Se genera vapor de agua en una caldera cerrada por

interna del cilindro. Al abrir la válvula D, por acción de la

calentamiento, lo cual produce la expansión del

diferencia de presión, el agua del fondo de la mina es

volumen de un cilindro empujando un pistón.

succionada al cilindro, repitiéndose el proceso. (Rodriguez S.

Mediante un mecanismo de biela - manivela, el

M., 2012)

movimiento lineal alternativo del pistón del cilindro se transforma en un movimiento de rotación que acciona, por ejemplo, las ruedas de una locomotora o el rotor de un generador eléctrico. Una vez alcanzado el final de carrera el émbolo retorna a su posición inicial y expulsa el vapor de agua utilizando la energía cinética de un volante de inercia.

2.

El vapor a presión se controla mediante una serie de válvulas de entrada y salida que regulan la renovación de la carga; es decir, los flujos del vapor hacia y desde el cilindro.

6)

Funcionamiento

7)

Ciclo Rankine para el análisis de la maquina a vapor

El ciclo Rankine opera con vapor, y es el utilizado en las centrales termoeléctricas. Consiste en calentar agua en una caldera hasta evaporarla y elevar la presión del vapor, que se hace incidir sobre los álabes de una turbina, donde pierde presión produciendo energía cinética.

Prosigue el ciclo hacia un condensador donde el fluido se licúa, para posteriormente introducirlo en una bomba que de nuevo aumentará la presión, y ser de nuevo introducido en la caldera.

4 temperatura promedio a la cual el fluido de trabajo cede calor al condensador. Esto se consigue con una selección cuidadosa de las condiciones de operación de la caldera (presión y temperatura a la que genera el vapor), y del condensador (presión de operación), así como con la incorporación de recalentamientos entre diferentes etapas de expansión y calentamientos regenerativos del agua de alimentación.

El sobrecalentamiento del vapor hasta altas temperaturas aumenta el rendimiento térmico del ciclo al aumentar la Figura 3 Diagrama ciclo Rankine

temperatura promedio a la que se proporciona calor. Por

La representación en diagrama p-V de ciclos en los que el

consideraciones metalúrgicas, debido a la restricción de los

fluido se vaporiza, presentan una diferencia con respecto a los

materiales

ciclos de gas, ya que aparece una campana, llamada de cambio

sobrecalentamiento del vapor está limitado hasta un máximo

de fase.

de 620 °C. Para estudiar la influencia de la temperatura de

A la izquierda corresponde al estado líquido, en el que

sobrecalentamiento, en el proyecto del Diseño y construcción

prácticamente no hay modificaciones de volumen, cuando se

de una maquina térmica a vapor, compararemos diversos

aumenta su temperatura o su presión. Por ello las isotermas

ciclos en los que consideraremos como temperatura máxima

son prácticamente verticales.

de 600 °C y como presión de caldera y de condensador

A la derecha corresponde al estado vapor, aquí el fluido se

15MPa, 10 kPa, respectivamente.

para

soportar

altas

temperaturas,

el

comporta como un gas, y por ello las isotermas son muy parecidas a las de los gases ideales.

A.

Toma de datos

Dentro de la campana, el fluido se está evaporando, y las isotermas son horizontales. Esto es así porqué dada una

Para la toma de datos se realizará al ejercicio

presión, el calor que se le aporta al fluido no se emplea en

planteado del cual se podrá obtener los diferentes valores en

elevar la temperatura, sino en su evaporación.

los respectivos estados que corresponden al ciclo Rankine:

El rendimiento ideal de este ciclo tiene es el mismo que el ciclo de Carnot, aunque no alcanza valores tan elevados.

Considere la planta de vapor mostrada en la figura. El vapor entra a la turbina de alta presión a 15Mpa y 600 ºC, y se condensa a una presión de 10 Kpa. Si el contenido de humedad s la salida de la turbina de baja no excede de 10.4%,

El ciclo de Rankine es en el que se basaban las antiguas

determine:

máquinas de vapor y locomotoras, utilizaban un cilindro de

a)

doble efecto con un componente desplazable llamado

b) La eficiencia térmica del ciclo

La presión a la que el vapor debe recalentarse

corredera que dirigía el vapor a un lado u otro del pistón

II.

CAPITULO II

La idea básica detrás de todas las modificaciones para incrementar el rendimiento de un ciclo de potencia es aumentar la temperatura promedio a la cual el calor se transfiere al fluido de trabajo en la caldera, o disminuir la

Figura 4 Planta de Vapor

5 Suponiendo:

es

un

ciclo

ideal,

en

el

que

las

Para analizar la eficiencia de determina a partir de:

irreversibilidades no ejercen cambios significativos al sistema.

Existen condiciones estables de operación, los cambios en las energías cinética y potencial son despreciables.

Para ahorrar tiempo, se recomienda las entalpias en cada

Datos conocidos:

estado, ya que generalmente se utilizan todas. Cuando se seleccione el valor de entalpias por tabla, seleccione además otros datos de importancia, como volumen específico, o entropía, que probablemente también se requieran para el cálculo.

Determinar:

Estado 1:

Procedimiento

Analice el punto 5, por tener mas datos, para buscar la presion, los cuales son los siguientes:

Estado 2:

Idealmente:

Se aplica el balance de energía en la bomba El trabajo de la bomba se determina a partir de la siguiente

Busque

ecuación:

:

Sustituyendo en (D) los valores conocidos, nos queda:

Sea 1-X=0.104; entonces X=(0.986), que es la calidad que se requiere para poder determinar la entropia de la mezcla en el

Sustituyendo en (C)

punto 6.

Estado 3:

Sustituyendo (A):

Determinamos el estado, en este caso es un vapor sobrecalentado a Como ya se obtinene las dos propiedades, sepuede buscar

, entonces,

,

ya que en este punto el vapor está completamente En la tabla de V.S.C busco

sobrecalentado.

En la tabala de vapor sobrecalentad

y

, el

valor es: Estado 4:

a

6

Es de suponerse, que estamos en presencia de un vapor sobrecalentado, sin embargo, se recomienda determinado de la

CAPITULO III

La práctica consiste en el análisis del ciclo Rankine como modelo para las plantas térmicas de generación de potencia a

siguiente manera: ,

III.

y

entonces

vapor. El objetivo de las centrales térmicas de vapor es producir una cantidad considerable de potencial eléctrico. Los elementos principales de las centrales térmicas de vapor son: Caldera, Turbina, condensador y bomba. Se pueden utilizar

Ahora interpolando

, nos queda:

como fluido de trabajo varias sustancias, la que más se utiliza con mayor frecuencia por sus condiciones es el agua, dado que reúne ciertas características como óptima trasferencia de calor,

Estado 5:

el manejo de bajas presiones, costo, disponibilidad y altas condiciones de vaporización.

El vapor es obtenido producto de agregarle calor al fluido

Leemos Estado 6: Por ser la mezcla, se busca la entalpia por la ecuación de mezcla

de trabajo, cuyas condiciones ocurre en el quemador. Este calor se obtiene una vez que es suministrado el combustible en la fase líquida a la caldera y sale en la fase de vapor a temperaturas y presiones elevadas. El calor suministrado para realizar esta transformación se conoce como calor de vaporización. Para obtener el calor se utilizan diferentes tipos de combustibles los cuales pueden encontrarse en las fases sólidas, líquidas o gaseosas. Los generadores de vapor

Sustituyendo queda Aplicando un balance de energía en el condensador:

propiamente dicho están constituidos por una caldera y el hogar, puede además incluir otros elementos de absorción de calor

como

un

sobrecalentador,

economizador

o

un

precalentador de aire, igualmente puede incluir equipos auxiliares o de instrumentación y control para ayudar al correcto funcionamiento de la unidad. La caldera constituye

Aplicando un balance de energía en la caldera con recalentamiento:

un recipiente cerrado que genera vapor de agua a presiones superiores a la atmosférica, absorbiendo el calor que desarrolla la combustión en el hogar. La temperatura del líquido aumenta hasta alcanzar la de vaporización y se mantiene constante, el

Al sustituir, en las entalpias, resulta:

líquido se convierte en vapor, una vez alcanzada la temperatura de ebullición a la presión de operación continua el suministro de calor y se inicia la vaporización sin variación de

Finalmente, se sustituye en (B), para hallar la eficiencia

temperatura. Mientras exista líquido por evaporar, la mezcla

térmica del ciclo Rankine con recalentamiento.

de vapor y líquido se llama vapor húmedo, si el calor suministrado es tal que la temperatura del vapor es la temperatura de vaporización se denomina vapor saturado seco.

7 El fluido que sale de la caldera es llevado a la turbina de vapor, donde transformar la energía de flujo de vapor en energía mecánica, a través de un intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido de trabajo y el rodete (órgano principal de la turbina), que cuenta con álabes de forma particular para poder realizar el intercambio energético.

Esta energía es aprovechada por un generador eléctrico que esta acoplado a la turbin. Luego el fluido es condensado alternadamente, y sometido a la vez en la Torre de enfriamiento, que permite la disminución de temperatura del agua, donde el fluido se traslada nuevamente al sistema de tratamiento del agua y hacer la recirculación del mismo en los elementos principales.

Figura 6 Esquema básico Ciclo Rankine

Las ecuaciones características de cada dispositivo en el ciclo se deducen a partir de las leyes fundamentales de la termodinámica para un volumen de control a Régimen

Ciclo Rankine Ideal: El funcionamiento de una planta de

Permanente Flujo Estable (RPFE):

vapor está basado en el ciclo termodinámico del Ciclo Rankine (ver figura 5) compuestos por los procesos:

1.- Primera ley de la termodinámica: Conservación de la energía en un sistema:

Proceso 1-2: Compresión Isoentrópica en una bomba.

Proceso 2-3: Adición de Calor a Presión constante en la

Conservación de la masa en un sistema:

caldera.

Proceso 3-4: Expansión Isoentrópica en la Turbina.

Proceso 4-1: Rechazo de calor a Presión constante en el

2.- Segunda Ley de la Termodinámica: Incremento de la entropía:

condensador.

Ciclo Rankine Real: Los ciclos Rankine idealizados tienen eficiencias próximas a la de Carnot. Para las máquinas reales que operan según un ciclo Rankine, esto no sucede dado que existen muchas irreversibilidades, principalmente en la turbina y en la bomba.

También debe notarse que se estudia la eficiencia del ciclo; Figura 5 Esquema básico Ciclo Rankine

con frecuencia, la eficiencia de las plantas de potencia se define en términos del trabajo (o energía eléctrica) entregada por la planta en comparación con la energía obtenida del combustible que entra a la caldera y no de la energía agregada

8 al fluido de trabajo. Esta eficiencia global de las plantas recibe

el ciclo se analiza mediante el uso de las eficiencias

el nombre de gasto específico de calor de la planta y se

adiabáticas de la bomba y de la turbina. Estas se definen

expresa frecuentemente en unidades mezcladas de Btu de

como:

energía

Turbinas: La eficiencia adiabática de una turbina

demandada

por

kilowatt-hora

de

electricidad

entregada.

es la comparación entre la entrega de trabajo real y el trabajo

Como la eficiencia de la caldera puede ser tan baja como un 60%,

la

eficiencia

global

de

la

planta

resulta

considerablemente más baja que la eficiencia del ciclo. Entre

producido por un proceso isentrópico. La entrada a la turbina corresponde a un estado específico y la salida debe ser a una presión dada.

las principales causas de irreversibilidades están la fricción del fluido y las pérdidas de calor hacia los alrededores, que ocasionan: 



Pérdidas por Fricción: La fricción del fluido

Bombas: En una bomba también se hace la comparación entre

ocasiona caídas de presión en la caldera, el

el trabajo real y el isentrópico. El funcionamiento deseado en

condensador y las tuberías entre los diversos

una bomba consiste en producir una cierta presión a la salida

componentes. Para compensar las caídas en las

con una entrada mínima de trabajo. Suponiendo que el trabajo

presiones se requiere presiones más altas en el

real es adiabático, se observa que las irreversibilidades

bombeo de agua.

requieren más trabajo. La eficiencia adiabática de una bomba

Pérdidas de calor: Pérdida de calor del vapor por los alrededores componentes.

cuando

éste

circula

Irreversibilidades

en

por

varios

bombas

es:

y

turbinas: Existen variaciones de entropía entre la entrada y salida. Ocasionando un aumento o

NOTA: El subíndice S representa el proceso Isoentrópico

disminución entropía.

A. Análisis de resultados La eficiencia térmica del ciclo Rankine con recalentamiento.

Por lo que se puede decir que cumple con el ciclo porque es menor al 50% ya que si fuera mayo sería un Ciclo combinado para tener mejor eficiencia.

Se determinó las entalpias en cada estado, ya que generalmente se utilizan todas. Cuando se seleccione el valor de entalpias por tabla, seleccione además otros datos de importancia, como volumen específico, o entropía, que probablemente también se requieran para el cálculo. Las diferencias que se aprecian entre los ciclos deja de manifiesto que el ciclo cerrado es más efectivo que el abierto, aunque el Figura 5 Divergencias ciclo idealizado y real

Tratamiento para las Ineficiencias en turbinas y bombas. El efecto de las irreversibilidades de la turbina y la bomba sobre

trabajo útil del ciclo abierto sea mayor que el ciclo cerrado.

Para los cálculos de potencia y calor (QH) de la caldera se tomó en cuenta la sección donde el calor se sobrecalienta

9 (generador de vapor), garantizando que a la turbina solo

Proceso 2-3: El agua recibe calor de la caldera, que viene a ser

ingrese vapor totalmente seco de esta manera mejorar su

la fuente calorífica.

rendimiento.

Proceso 3-4: Expansión, la turbina recibe calor del agua.

Proceso 5-6: La mezcla de vapor y líquido/ convierte el vapor IV.

CAPITULO IV

en líquido.

C.

En el presente capítulo se muestra el modelo funcional de lo que constituye el diseño de la máquina térmica a vapor; con el cual se pretende demostrar la viabilidad y por ende su factibilidad, que al momento de entrar en funcionamiento la maqueta se puede ver claramente la transformación de energía en trabajo por la conversión de agua a vapor, y de este modo comprobar que tan eficiente puede resultar, así como su eficiencia.

Funcionamiento:

El agua al calentarse pasa al estado gaseoso, es decir que se convierte en vapor, generando una presión, la cual sirve para ejercer una fuerza que impulsa al barco. El medio de propulsión utilizado fue elaborado con sorbetes, estos al contener agua y al ser expuestos a una alta temperatura generan una presión la cual permite el movimiento del barco y por ende de la expulsión de los gases a la salida provoca el movimiento del rodete lo cual hace que la velocidad de movimiento del barco aumente proporcionalmente.

A.

Propuesta para el diseño

El diseño se basó principalmente en la construcción de una máquina térmica a vapor, con la cual se observó la transformación de un tipo de energía en trabajo por la misma

D.

Prototipo

1)

Materiales utilizados:

conversión de agua a vapor en la cual se identificó claramente los componentes que intervienen como son:     B.

Caldera Turbina Condensador Bomba Principios Físicos

Como se demostró claramente el principio básico de una máquina a vapor que es la transformación de la energía calorífica del vapor de agua en energía mecánica haciendo que el vapor se expanda y se enfríe con un cilindro equipado con

Pasos para la creación del prototipo

          2) 1.

Cartón de jugo o leche.

Silicona caliente.

Masilla pegante.

Regla.

Marcador.

1 vela.

Lata de refresco.

2 Sorbetes.

Estilete.

Tapa de una botella.

Instrucciones: Hacer el cuerpo de nuestro barco, para ello vamos a

un pistón móvil. El vapor utilizado en la generación de energía

abrir el cartón de leche, recortamos la parte superior e

o para la calefacción suele producirse dentro de una caldera.

inferior para que quede abierto completamente.

Se utilizó el análisis de Ciclo Rankine Recalentado en el mismo que intervienen los cuatro procesos.

Proceso 1-2: Agua líquida, ingresa agua a la bomba.

10 4.

Abrimos un poco el aluminio doblado, introducimos los dos sorbetes y volvemos a cerrar las solapas que hemos hecho anteriormente. Quedaría abombado, pero no hay problema con eso. Los dobleces sobrantes deben ser adheridos con pegamento para crear un sobre sellado por los lados, pero libre por la parte superior e inferior.

Figura 6 Cuerpo del barco

2.

Una vez que tenemos todo bien pegado en los bordes, a 5 centímetros de la punta de la proa hay que recortar un pequeño orificio centrado, de 1 x 2 cm, por donde saldrán los dos sorbetes que formarán parte del motor.

Figura 9 Introducir sorbetes en el cuerpo

5.

Introducimos los dos sorbetes que tengan codo con la parte más pequeña primero, que se meta en solo dos centímetros.

Figura 7 Recubrimiento del cuerpo

3.

Para el motor tomamos la lata de aluminio, marcamos una franja central de 5 centímetros de ancho, la recortamos y la lijamos bien en los bordes hasta que quede lisa y agarre bien el pegamento. Luego, lo doblamos por la mitad, hacer una línea a 1 centímetro Figura 10 Construcción rodete

de cada borde y así doblar el pedazo de aluminio.

6.

Alrededor de una tapa de gaseosa realizar unas hélices para rodear la tapa y así obtener el rodete, que

7.

será ubicado en la salida de los sorbetes.

Una vez que ensamblemos todas las piezas, llenaremos con agua los sorbetes que salen de la parte inferior, pondremos la vela encima del barco para calentar la pieza de aluminio y eso hará que arranque

Figura 8 Solapas

la máquina a vapor.

11

ANÁLISIS COMPARATIVO

V.

VII.

 La temperatura máxima alcanzada por el ciclo se da en el punto 3-5 teniendo una temperatura de 600°C.  En el

punto

, el

vapor

estará

completamente

sobrecalentado alcanzando un valor de

.

 Se puede analizar también que la eficiencia del ciclo es del 45%, este valor iba a variar sin embargo para aprovechar las pérdidas que se pueden generar en el sistema se implementó un rodete y de este modo aprovechar dicha energía y convertirla en energía mecánica.

CONCLUSIONES

 En el ciclo Rankine al aumentar la presión aumenta la temperatura a la cual se añade calor aumentando el rendimiento de la turbina por ende la del ciclo  Una maquina a vapor analizada a través de un ciclo Rankine permite determinar un proceso en el que las irreversibilidades no ejercen cambios significativos al sistema; existen condiciones estables de operación, los cambios en las energías cinética y potencial son despreciables  Una máquina térmica es un conjunto de elementos mecánicos que permite intercambiar energía, mediante la variación de energía de un fluido que varía su densidad

VI.

significativamente al atravesar la máquina.  Una maquina térmica trabaja de forma cíclica o de forma

ANÁLISIS DE RESULTADOS

continua para producir trabajo mientras se le da y cede con

calor.  Una máquina de vapor es un motor de combustión

Por lo que se puede decir que

externa que transforma la energía térmica de una

cumple con el ciclo porque es menor al 50% ya que si

cantidad de agua en energía mecánica.  El funcionamiento de motor de vapor se genera por el

 La

eficiencia

térmica

recalentamiento.

del

ciclo

Rankine

fuera mayo sería un Ciclo combinado para tener mejor eficiencia.  Se determinó las entalpias en cada estado, ya que generalmente se utilizan todas. Cuando se seleccione el valor de entalpias por tabla, seleccione además otros datos de importancia, como volumen específico, o entropía, que probablemente también se requieran para el cálculo.  Las diferencias que se aprecian entre los ciclos deja de manifiesto que el ciclo cerrado es más efectivo que el

vapor de agua en una caldera cerrada por calentamiento, lo cual produce la expansión del volumen de un cilindro empujando un pistón  Una maquina a vapor analizada a traves de un ciclo Rankine permite determinar un proceso en el que las irreversibilidades no ejercen cambios significativos al sistema ; existen condiciones estables de operación, los cambios en las energías cinética y potencial son despreciable.  Como se puede observar a traves de cada estado se puede

abierto, aunque el trabajo útil del ciclo abierto sea mayor

determinar

que el ciclo cerrado.

trabajo de la misma, para lo cual se adquiere valores de

el balance de energia de la bomba y el

entalpias , temperaturas del vapor sobrecalentado para  Para los cálculos de potencia y calor (QH) de la caldera

mediante la aplicación de las misma se pueda obtener la

se tomó en cuenta la sección donde el calor se

eficiencia termica que para el analisis de nuestro

sobrecalienta (generador de vapor), garantizando que a la

proyecto se obtiene un 45% de eficiencia de la maquina

turbina solo ingrese vapor totalmente seco de esta

avapor.

manera mejorar su rendimiento.

 Cuando la planta funciona en ciclo cerrado el rendimiento de la planta de generación de vapor es más

12 efectiva que al trabajar en ciclo abierto, debido al

entalpias, temperaturas del vapor sobrecalentado para

condensador empleado en el ciclo cerrado, el cual

mediante la aplicación de las misma se pueda obtener la

rechazo calor hacia la atmósfera.

eficiencia térmica que para el análisis de nuestro

 Las eficiencias de la planta fueron relativamente bajas,

proyecto se obtiene un 45% de eficiencia de la maquina a vapor.

como resultado de las irreversibilidades existentes, como el roce entre el agua y los componentes de la planta, las pérdidas de calor a través de las tuberías del sistema y de

VIII.

RECOMENDACIONES:

las paredes de la turbina, permitiendo que esta no sea completamente adiabática.  Las caídas de presión entre la salida y la entrada de los

Identificar claramente el proceso termodinámico que va a cumplir la máquina a vapor para no tener problemas en el desarrollo.

dispositivos, se debe a las tuberías de la conexión, admitiendo así la diferencia que existe entre ciclo de

IX.

REFERENCIAS

vapor real respecto del ideal; es decir en estos no se toma en cuenta dichas caídas o diferencias.



Azul

 Al comparar el trabajo útil del ciclo cerrado con respecto



el 0.5% del trabajo de la turbina para operar la bomba; sin importar el ciclo de funcionamiento.  Mediante el análisis del ciclo Rankine en la elaboración del proyecto se establece que someter los elementos al calentamiento

en

muchas

ocasiones

es de

vital

importancia para que estos provoquen algún cambio en

termicas. En S. F. Perez, Ciclos de Potencia (págs. 15). Cantabria: Perez Remesal. 

Rodriguez, M. M. (2014). Maquinas Termicas. Madrid: ISBN Termodinamic. 

Rodriguez,

(13

de

enero

de

2012).

http://2daleydetermodinamica.blogspot.com/2011/05/ maquina-de-vapor.html X.

transformarlo en movimiento y por ende contribuyeron en la velocidad del barco.  Una maquina a vapor analizada a través de un ciclo Rankine permite determinar un proceso en el que las irreversibilidades no ejercen cambios significativos al sistema; existen condiciones estables de operación, los cambios en las energías cinética y potencial son

de la misma, para lo cual se adquiere valores de

M.

termodinamica:

de los gases, estos vapores fueron aprovechados para

determinar el balance de energía de la bomba y el trabajo

S.

Termodinamica para todos. Obtenido de Segunda ley

este caso produjo el movimiento.  Al implementar el rodete en la parte posterior de la salida

despreciables.  Como se puede observar a través de cada estado se puede

de

Remesal, S. F. (2010). Termodinamica y maquinas

solo liquido saturado en éste, por lo que entra a la bomba son iguales para ambos ciclos (0.005); o sea, requiriendo

Obtenido

reciclaje.html

condensador el cual libera calor a la atmósfera quedando para completar el ciclo. Aunque las relaciones de trabajo

(s.f.).

http://www.azulambientalistas.org/basura-

al trabajo útil del ciclo abierto se observa que el primero es menor, como consecuencia de la ausencia del

ambientalistas.

DIAGRAMA T-S

ANEXOS

13

DIAGRAMA h-S

DIAGRAMA P-V