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S.E.P. D.G.E.S.TS.N.E.S.T

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MINATITLÁN

INGENIERIA ELECTROMECANICA

MAQUINAS Y EQUIPOS TERMICOS I

EQUIPO: 4 GRUPO: DW6-2

Turbinas de vapor

PRESENTAN:

GUTIÉRREZ CERVANTES ISAAC DOMÍNGUEZ DOMÍNGUEZ JOSUÉ

MINATITLÁN, VER. 14 NOVIEMBRE 2013

Tabla de contenidoEscribir el título del capítulo (nivel 1)........................................................................................1

Escribir el título del capítulo (nivel 2) 2

Escribir el título del capítulo (nivel 3) 3

Escribir el título del capítulo (nivel 1)........................................................................................4

Escribir el título del capítulo (nivel 2) 5

Escribir el título del capítulo (nivel 3) 6

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3.11_ TURBOSOPLANTES

3.12_ CONDENSADORES DE VAPOR

El condensador del vapor, es un componente importante del ciclo del vapor en instalaciones de generación de potencia. Es un recinto cerrado en el cual el vapor sale de la turbina y se fuerza para ceder su calor latente de la vaporización. Es un componente necesario del ciclo del vapor por dos razones.

La primera, convierte el vapor usado nuevamente en agua para regresarla al generador o a la caldera de vapor como agua de alimentación. Esto baja el costo operacional de la planta permitiendo reutilizar el agua de alimentación, y resulta más fácil bombear un líquido que el vapor.

La segunda razón, aumenta la eficiencia del ciclo permitiendo que el ciclo funcione opere con los gradientes más grandes posibles de temperatura y presión entre la fuente de calor (caldera) y el sumidero de calor (condensador). Condensando el vapor del extractor de la turbina, la presión del extractor es reducida arriba de la presión atmosférica hasta debajo de la presión atmosférica, incrementando la caída de presión del vapor entre la entrada y la salida de la turbina de vapor. Esta reducción de la presión en el extractor de la turbina, genera más calor por unidad de masa de vapor entregado a la turbina, por conversión de poder mecánico. Ya que ocurre condensación, el calor latente de condensación se usa en lugar del calor latente de vaporización. El calor latente del vapor de la condensación se pasa al agua que atraviesa los tubos del condensador. Después de que el vapor condensa, el líquido saturado continúa transfiriendo calor al agua que se enfría al ir bajando hasta el fondo del condensador. Algunos grados de subenfríado previenen la cavitación de la bomba.

CONDENSADOR DE PASO SIMPLE O DE UN SOLO PASO3

Hay diversos diseños de condensadores, pero el más común, por lo menos en las instalaciones de generación de potencia, es el condensador de paso transversal simple que se muestra en la figura.

Este diseño de condensador proporciona agua fría que pasa por a través de los tubos rectos de una cavidad llena de agua en un extremo hacia otra cavidad llena de agua en el otro extremo. Ya que el agua fluye una sola vez a través del condensador se le denomina de un solo paso. La separación entre las áreas de las cavidades con agua y el área donde condensa del vapor se hace mediante una tapa donde se colocan los tubos.

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Los condensadores tienen normalmente una serie de bafles que vuelven a dirigir el vapor para reducir al mínimo el choque directo en los tubos con el agua de enfriamiento. El área inferior del condensador se localiza pozo de condensado (hotwell). Aquí es donde el condensado se recoge mediante una bomba de succión. Si se acumula gases sin condensar en el condensador, el vacío disminuirá y la temperatura de la saturación con la cual el vapor condensar se incrementará.

Los gases no condensables también cubren los tubos del condensador, así reduciendo el área superficial para la transferencia térmica del condensador. Esta área superficial puede también ser reducida si el nivel condensado aumenta sobre los tubos inferiores del condensador. Una reducción en la superficie en el intercambio térmico tiene el mismo efecto que una reducción en flujo del agua de enfriamiento. Si el condensador está funcionando muy cerca de su capacidad de diseño, una reducción en el área superficial efectiva resulta en la dificultad de mantener el vacío del condensador.

La temperatura y el caudal del agua de enfriamiento que pasa por el condensador controlan la temperatura del condensado. Esto alternadamente controla la presión de la saturación (vacío) del condensador.

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Los condensadores de vapor de igual manera podemos definirla como aparatos en los cuales se condensa el vapor de escape procedente de máquinas y turbinas, y de donde el aire y otros gases no condensables son evacuados en forma continua. Dos son las ventajas que pueden considerarse empleando condensadores en las máquinas y turbinas de vapor:

1) disminución de la presión de escape, con el consiguiente aumento de energía utilizable;

2) recuperación del condensado para utilizarlo como agua de alimentación para las calderas. En la mayoría de las centrales productoras de vapor la recuperación del condensado es muy importante, constituyendo una necesidad en la mayoría de las aplicaciones marítimas. El agua de alimentación de las calderas tomadas de lagos, ríos o mares, debe vaporizarse o tratarse apropiadamente antes de introducirla en los generadores de vapor. Con la tendencia a hacer trabajar las calderas a presiones y temperaturas cada vez más elevadas, ha aumentado la necesidad de trabajar con aguas de alimentación puras, dando como resultado que la mayoría de los condensadores instalados sean del tipo de superficie, los cuales permiten recuperar el condensado.

TIPOS DE CONDENSADORES Y APLICACIONES

En las centrales térmicas se utilizan dos tipos de condensadores:

(1) de superficie,

(2) de chorro.

Los condensadores de superficie proporcionan una baja presión de escape y al mismo tiempo permiten recuperar el condensado.

Las condensadores de chorro solamente proporcionan una baja presión de escape, pues el condensado se mezcla con el agua de refrigeración. En las centrales equipadas con grandes turbinas de vapor no pueden emplearse condensadores de chorro, porque aun prescindiendo de la pérdida del condensado, el consumo de energía delas bombas de estos condensadores y el costo inicial de las necesarias para evacuar el aire neutralizan los beneficios conseguidos con el elevado vacío obtenido con este tipo de condensadores. Sin embargo, tratándose de turbinas de tamaño moderado, así como de máquinas de vapor de émbolo, los condensadores de chorro tienen bastante aplicación, especialmente en el caso que abunde el agua de alimentación de buena calidad. Un condensador de superficie consiste generalmente en un cilindro de hierro colado, o de chapa de hierro con una tapa porta-tubos en cada extremo, las cuales unen entre sí una multitud de tubos que forman la superficie de enfriamiento.

El vapor de escape entra al condensador por un orificio situado en la par te superior dela envolvente y el agua de refrigeración pasa por el interior de los tubos. Cuando el condensador se emplea con una máquina de émbolo, se adopta corrientemente la disposición inversa, es decir, el agua pasa por fuera de los tubos y el vapor por el interior de los mismos. Otra forma de condensación de superficie conocida por condensadores vaporativo, es aquella en que el cilindro -envolvente se ha suprimido. El vapor pasa por el interior de los tubos del condensador sobre los cuales se lanza agua pulverizada. El enfriamiento se produce principalmente por la evaporación del agua en la atmósfera. Los condensadores de chorro pueden ser de nivel bajo y barométrico. Los dos tipos son similares por lo que se refiere a la forma en la cual el vapor de escape y el agua de refrigeración se ponen en contacto; la diferencia estriba en el método de evacuar el agua y el condensado.

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Los condensadores de chorro en los cuales el aguade refrigeración, el condensado y los gases no condensables son evacuados por 2.

medio de una de una sola bomba, se denominan condensadores de chorro, de vació reducido y de nivel bajo, debido a la limitada capacidad de aire de la bomba .En el condensador representado en la figura 1, los gases no condensables son evacuados por medio de una bomba o eyector independiente, consiguiéndose un vacío más elevado. Este tipo de condensador se denomina se chorro, de vacío elevado y de nivel bajo. En determinadas condiciones el aire y el agua pueden ser evacuados por la acción cinética de la vena de fluido, en cuyo caso el condensador de chorro se denomina condensador eyector o sifón.

CONDENSADORES DE SUPERFICIE En los condensadores de superficie se puede recuperar el condensado por qué no se mezcla con el agua de refrigeración. El vapor que hay que condensar normalmente circula por fuera de los tubos, mientras que el agua de enfriamiento o circulante pasa por el interior de los mismos. Esto se hace porque el vapor limpio no ensucia la superficie externa de los tubos, la cual es difícil de limpiar. El agua de refrigeración, frecuentemente está sucia y deja sedimento en el interior de los tubos. El método usual de limpiarlos consiste en desmontar las tapas del condensador y hacer pasar por dentro de los tubos cepillos de alambre movidos por un motor eléctrico. Esta tarea no es tan sencilla como puede parecer, porque un condensador puede tener de mil a once m in tubos.

Condensador de superficie Westinghouse, radial de dos pasos. Los condensadores de superficie pueden ser de paso único, en los cuales el agua circula en un solo sentido a través de todos los tubos, o de dos pasos, en los cuales el agua circula en un sentido en la mitad de los tubos y regresa a través de los restantes. La mayoría de los grandes condensadores están equipados con una bomba centrífuga para evacuar el condensado líquido, y un eyector de aire de tipo chorro para evacuar el aire y los gases. El condensador de dos pasos se halla suspendido directamente del fondo de la turbina, no necesitándose ninguna junta de dilatación. Soportes de muelle ayudan a sostener el peso del condensador, y, al mismo tiempo, permiten cierto movimiento para compensar las dilataciones y contracciones.

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JUNTA DE DILATACIÓN DE CAUCHO

Juntas de dilatación de caucho, debido a que solamente han de soportar la baja presión del agua de refrigeración. La bomba del condensador evacua el agua tan pronto como ésta va cayendo en el pozo caliente. El condensado actúa de refrigerante en los condensadores intermedio y posterior al ser bombeado al depósito de almacenamiento o al calentador de baja. Instalación de una turbina y condensador Elliot. El aire y gases no condensables son evacuados del condensador principal por medio de eyectores de vapor. Dos eyectores trabajan en paralelo entre el condensador principal y el condensador intermedio. Estos eyectores hacen pasar el aire del condensador principal al intermedio, en donde la presión absoluta vale aproximadamente 0,5 kg/cm². Otros dos condensadores trabajan en paralelo para hacer pasar el aire del condensador intermedio al condensador posterior, el cual se haya a la presión atmosférica. Por tanto, el aire y los gases no condensables son comprimidos en dos etapas, con una elevación depresión de casi 0,5 kg/cm² en cada una, para poderlos descargar a la atmósfera. El vapor de alta presión utilizado en los eyectores se condensa en los condensadores intermedio y posterior y, por lo general, se evacua por medio de purgadores para ser enviado a la instalación del agua de alimentación. Un condensador de superficie y su equipo auxiliar debe cumplir con los requisitos siguientes. El vapor debe entrar en el condensador con la menor resistencia posible y la caída de presión a través del mismo deberá ser reducido al mínimo.

CONDENSADORES DE CHORRO, DE NIVEL BAJO

un condensador de chorros múltiples, de nivel bajo. El condensador consiste en una cámara cilíndrica cerrada, en cuya parte superior hay una caja de boquillas de agua, la cual va acoplada a un tubo en forma de Venturi, cuyo extremo inferior se halla sumergido en el agua. El agua inyectada pasa por las boquillas por la presión de la bomba y por el vació existente. Los chorros están dirigidos a la garganta del tubo en donde se reúnen para formar un solo chorro. El vapor de escape en el condensador por la par te superior se pone en contacto directo con los chorros de agua convergentes, y se condensa. Por el efecto combinado de la presión de agua externa, el vacío existente dentro del condensador, y la acción de la gravedad, los chorros de agua alcanzan una velo suficiente para arrastrar el vapor condensado, el aire y los gases no condensables, ypara descargarlos en el pozo caliente venciendo la presión atmosférica. Los chorros de agua crean el vacío al condensar el vapor, y lo mantienen al arrastrar y evacuar el aire y los gases no condensables. De esta forma no se requiere bomba alguna para evacuar el aire y el agua. La unión que aparece en la figura entre la turbina y el condensador consiste en un tubo de cobre ondulado con bridas de hierro colado. Esta unión permite las dilataciones y contracciones producidas por las variaciones de temperatura.

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3.13_ EYECTORES DE AIRE

Son equipos capaces de incrementar la presión de un líquido o un gas mediante el arrastre del fluido en cuestión por un fluido motriz a alta velocidad a través de una boquilla.

Los eyectores no tienen piezas móviles, pero son menos eficientes que las bombas o compresores. Se usan cuando se dispone de grandes cantidades de vapor o gas como fluidos motrices a bajo costo. Su uso más amplio es para producir vacío.

Principio de operaciónEl chorro de fluido a alta velocidad (presión estática baja) produce el arrastre de otro fluido, al entrar en contacto con él, produciendo la mezcla de los fluidos. Un eyector consta de tres partes: una boquilla, una cámara de succión y un difusor. La boquilla permite la expansión del fluido motriz a una velocidad más alta. Este chorro a alta velocidad entra en contacto con el gas a ser comprimido (P1) en la cámara de succión. La compresión del gas se produce a medida que la energía por velocidad se convierte en presión al desacelerar la mezcla a través del difusor, P2.

Ordinariamente cuando uno se refiere a los aparatos de chorro se acostumbra usar el término "eyector " que cubre todos los tipos de bombas de chorro que no cuentan con partes móviles, que utilizan fluidos en movimiento bajo condiciones

controladas y que descargan a una presión intermedia entre las presiones del fluido motor y de succión. El eyector a chorro de vapor es el aparato más simple que hay para extraer el aire,gases o vapores de los condensadores y de los equipos que

operan a vacío en los procesos industriales. Es un tipo simplificado de bomba de vacío o compresor, sin partes móviles, como válvulas, pistones, rotores, etc. Su funcionamiento está dado por el principio de conservación de la cantidad de

movimiento de las corrientes involucradas.Los eyectores o bombas de chorros, son máquinas cuyo trabajo se basa en la transmisión de energía por impacto de un

chorro fluido a gran velocidad, contra otro fluido en movimiento o en reposo, para proporcionar una mezcla de fluido a una velocidad moderadamente elevada, que luego disminuye hasta obtener una presión final mayor que la inicial del fluido de

menor velocidad.

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Los eyectores se emplean muy comúnmente para extraer gases de los espacios donde se hace vacío, por ejemplo, en los condensadores, en los sistemas de evaporación, en torres de destilación al vacío y en los sistemas de refrigeración, donde

los gases extraídos son generalmente incondensables, tales como el aire. Aunque también se usan en el mezclado de corrientes como por ejemplo en los procesos de sulfitación en ingenios azucareros.

Los intervalos típicos del vacío producido por lo diferentes arreglos de eyectores son los siguientes:

Un eyector no es más que una combinación de tobera con un difusor, acoplado convenientemente en un mismo equipo y está formado, en general, por cinco partes como se muestra en la figura:

La tobera permite la expansión de la corriente o fluido motriz (también llamado primario o actuante) hasta un estado con alta velocidad. La cámara de eyección incluye la sección de entrada de la corriente o fluido eyectado (también llamado secundario); en esta cámara, el fluido eyectado es arrastrado por el fluido motriz. La cámara de mezcla permite el mezclado íntimo entre los fluidos motriz y eyectado, lo que implica la aceleración del fluido eyectado y la desaceleración del fluido mezclado (mezcla del motriz y el eyectado), con el consiguiente aumento de presión.De acuerdo al fluido motriz el eyector, se denomina: de vapor, cuando lo que circula por su interior es vapor de agua o hidráulico, cuando su fluido motriz es agua.Los cálculos para el diseño de un eyector son engorrosos (ocurren tres procesos distintos: expansión, compresión y mezclado, por lo que hay métodos específicos para cada tipo de eyector), el mismo consiste en determinar las longitudes de la tobera, el difusor y la cámara de mezcla, así como las áreas de flujo y sus ángulos. Una vez diseñado el equipo, el mismo debe operar a las condiciones estacionarias para las cuales se diseñó y el cálculo fundamental es el del coeficiente de eyección o relación de arrastre:

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coeficiente de eyección = flujo motor / flujo arrastradoCon el objetivo de aumentar la capacidad de arrastre del eyector y disminuir la presión en la succión, se pueden utilizar sistemas de eyectores, en cuyo caso entre eyector y eyector se acopla un condensador barométrico.VentajasSon de diseño simple con gran flexibilidad, fáciles de construir, ocupan poco espacio, son fáciles de manejar, confiables.Su costo de mantenimiento (no necesita lubricación, ni se desgasta) es bajo, no tienen partes móviles como válvulas, pistones, rotores, etc. y las sustituciones de piezas o partes son poco frecuentes (los más comunes son de toberas de acero inoxidable y de cámara y difusor de hierro fundido, los materiales cambian según su uso), y bajo costo de servicio o operación.No necesita cimentación y puede ser sujetado conectando las tuberías.DesventajasSu costo operacional es relativamente alto debido al consumo de fluido motor, generalmente vapor. En este caso utiliza vapor tomado directamente de los generadores (alta presión), el que, después de expandirse, mezclarse y comprimirse es totalmente condensado, descargándose al pozo barométrico con pérdidas de todo su calor latente. Sobre base anual el costo de operación es generalmente mayor que el costo inicial del equipo, de aquí que su rendimiento económico sea bajo.Tienen una baja eficacia mecánica y falta de flexibilidad para las variaciones de las condiciones de operación.3. ClasificaciónDe acuerdo con las condiciones mantenidas en la cámara de mezcla se clasifican en dos tipos, de sección que permite mantener la presión constante y con sección de área constante.Dadas sus ventajosas características de construcción, operación, instalación, mantenimiento y costo, las bombas de chorro han encontrado una vasta aplicación en la industria, desarrollándose constantemente nuevos usos para los mismos. Esta variedad de aplicaciones ha originado a su vez una nueva terminología que describe grupos de aparatos con características especificas como sigue:Eyector: Cubre todos los tipos de bombas de chorro descargando a una presión entre las presiones motriz y de succión.Inyector: Usa un gas condensable para introducir o aspirar un liquido y descargar contra una presión mayor que cualquiera de las de succión o motriz. En la actualidad está restringido a los alimentadores de las calderas de vapor.Sifón: Es una bomba de chorro para liquido que usa vapor como fluido motriz.Eductor: Bomba de chorro para liquido que usa un liquido como fluido motor.Extractor: Bomba de chorro para gas que utiliza un liquido o un gas como fluido motriz.Soplador de chorro: Bomba de chorro para gas que bombea gases contra presiones diferenciales muy bajas.Compresor de chorro: Bomba de chorro para gas usada para levantar la presión de gases.Lavador de gas: Para bombear aire y gases contra presiones diferenciales muy bajas usando un liquido como fluido motor. Son llamados también "lavadores de vapor, aspirador de humos o absorbedores de vapores" y se usan para lavar gases, así como vapores y emanaciones molestas.Termocompresor: Para comprimir un vapor utilizando como fluido motriz vapor.

3.14_ CRITERIOS DE SELECCIÓN

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