[Ivan García Quiroga] Introduccion Al Equilibrio Termodinamico Y De Fases
Punto de Vista Termodinamico de Una Turbina
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Proceso termodinámico que rigen a la turbina de vapor
El principio de funcionamiento de las turbinas de vapor tiene su fundamento en el ciclo termodinámicoconocido como ciclo Rankine, a final del cual el fluido de trabajo retorna a su estado y composición inicial.Cuatro procesos se distinguen en un ciclo Rankine ideal.
1- !roceso de bombeo adiabático y reversible.-" #ransferencia de calor al fluido de trabajo en una caldera a presión constante"-$ E%pansión adiabática y reversible del fluido en la turbina.$-& #ransferencia de calor desde el fluido de trabajo a presión constante en el
condensador.
'iagrama de #-( del ciclo termodinámicode las turbinas de vapor.
(i los cambios en la energ)a cin*tica y potencial +presión y
temperatura del fluido de trabajo no son considerados, el calor
transferido y el trabajo pueden representarse por areas en eldiagrama.
El área comprendida por los puntos a-1--"-b-a representa el
calor transferido al fluido de trabajo, mientras ue el área
comprendida por lo puntos a-1-$-b-a representa el calor
transferido desde el sistema. El trabajo neto realiado
esta representado por el área comprendida por los puntos 1--"-$-1 y es
la diferencia entre el calor transferido al fluido de trabajo y el calor transferido desde
el fluido de trabajo.
Termodinámicamente como opera la turbina de vapor
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El ciclo termodinámico bajo el cual opera una
turbina de vapor se denomina /Ciclo de
Rankine0. En este ciclo, el agua es bombeada a
una presión media alta, dependiendo del
tama2o de la unidad y la temperatura a la ue el
vapor será eventualmente calentado.
!osteriormente, el agua se calienta 3asta su
temperatura de ebullición y usualmente es
sobrecalentada por encima de esa misma
temperatura. El vapor presuriado se e%pande a
una presión menor en una turbina de etapas
m4ltiples y posteriormente se canalia a un
condensador ue opera al vac)o, o bien, a un
sistema de distribución ue entrega el vapor
para su uso en una aplicación industrial ocomercial. 5inalmente, el condensado es recirculado a trav*s de una bomba para la continuación del
ciclo.
(i los cambios en
la energ)a cin*tica y potencial +presión y temperatura del fluido de trabajo no son considerados, el
calor transferido y el trabajo pueden representarse por áreas en el diagrama.
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Como evaluar el trabajo, el calor, en base a las propiedades termodinámicas
6a ecuación general de las turbomáuinas fue 3allada por Euler y su demostración se encuentra en el
art)culo de turbomáuinas. 6a forma para el trabajo por unidad de masa ue atraviesa el rotor de las
turbomáuinas motoras a%iales es7
'onde es conocida como velocidad periférica y es la velocidad lineal del rotor, y son las
velocidades absolutas del fluido de trabajo antes y despu*s de pasar por el rotor respectivamente,
y son lo s ángulos entre la velocidad absoluta y la velocidad perif*rica antes y despu*s de pasar por el
rotor. (i introducimos el concepto de velocidad relativa , ue es la velocidad del fluido respecto al
rodete, y definimos el ángulo como au*l ue e%iste entre la velocidad perif*rica y podemos
reescribir la ecuación anterior, por propiedades del triángulo como7
83ora escr)base la primera ley de la termodinámica para un balance de energ)a del fluido de trabajo en
su paso por el rotor, suponiendo a *ste un proceso adiabático7
Recu*rdese ue se considera ue es definido positivo.
Encontramos as) ue el cambio entálpico es igual al cambio de los cuadrados de la velocidad relativa7
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La entalpia influye en la energía disponible del dispositivo
En la turbina, el vapor transforma primero su entalp)a en energ)a cin*tica y, luego, *sta es cedida al
rodete obteni*ndose el trabajo t*cnico correspondiente
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Como evaluar eficiencia del dispositivo