Turbina de vapor y condensadores, Prof. AGUILAR REYES JAIME ING.

1. REPORTE 7: TURBINA DE VAPOR
Y CONDENSADORES
NOMBRE: LEGAZPI ASCENCIO AXHEL
GRUPO: 8
LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS
FECHA DE REALIZACIÓN/: 8/09/2016
FECHA DE ENTREGA: 20/09/2016

2. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. TURBINA DE VAPOR Y CONDENSADORES
Objetivos particulares
El alumno:
I. Describe detalladamente cómo se transforma la energía en una turbina de vapor.
II. Calcula la eficiencia total de una turbina de vapor, determinando para esto, las entalpías de cada
uno de los estados termodinámicos del ciclo y gasto de vapor que circula por la instalación.
III. Realiza un análisis del comportamiento del condensador de flujo cruzado instalado.
Reporte:
1. Revise el video anexo y conteste. (20%)
1.1 ¿Cuál es la función de la carcasa de la turbina?
Es una cubierta envolvente que actúa como barrera de presión y minimiza la perdida de vapor al mismo
tiempo que conduce el flujo de la energía de una manera eficiente también soporta anillos de alabes
estacionarios que sirven para dirigir el flujo de vapor en la dirección adecuada contra los alabes rotatorios y
cuenta con una serie de montajes de sellos del cuello en los puntos donde pasa el rotor.
1.2 Describa como se equilibran los esfuerzos mecánicos a la que está sometido el rotor de la
turbina
El vapor después de pasar por el componente de alta presión es regresado a la caldera para calentarlo a su
temperatura original y después pasa por el componente de presión intermedia que está diseñado para que el
vapor tenga una trayectoria en dirección contrario a la del componente de alta presión , al expandirse el vapor
al empujar los alabes de la turbina se impone en el rotor una fuerza en dirección del flujo de vapor, pero se
requiere de extracciones controladas y posicionamiento de alabes estacionarios porque las fuerzas no son
iguales.
1.3 ¿Cómo se controla el flujo de vapor que ingresa a la turbina?
Con la caja de vapor , valvula de marcha y las válvulas gobernadoras montados a ambos lados de la turbina y
son controladas de manera electro hidráulica y para la admisión del vapor recalentado incluyen válvulas
interceptoras de admisión.
1.4 ¿De qué tipo es la turbina del video y por qué? (Acción (pasos de presión o velocidad) o
reacción)
Es una turbina de reacción porque tiene una corona de paletas fijas y otra de paletas móviles

3. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. TURBINA DE VAPOR Y CONDENSADORES
2. Resolver: (25%) En un ciclo Rankine con sobrecalentamiento y recalentamiento se utiliza vapor de agua
como fluido de trabajo. El vapor entra en la primera etapa de la turbina a 8.0 MPa y 480°C y se expande hasta
0.7 MPa. Este se recalienta entonces hasta 440°C antes de entrar en la segunda etapa de la turbina, donde se
expande hasta la presión del condensador de 0.008 MPa. La potencia neta obtenida es 100 MW. Considerar la
eficiencia isentrópica de la turbina de 90% en sus dos etapas. Para las bombas despreciar su desviación de la
condición ideal. Verificar, completar y calcular:
Estado Presión Temperatura calidad Entropía Entalpía
1 80 480 NA 6.6444 3345.7
2t 7 164.95 0.9865 6.6444 2734.91
2r 7 178 NA 6.78175 2794.65
3 7 440 NA 7.75962 3353.89
4t 0.08 41.5 0.9384 7.75962 2428.07
4r 0.08 41.51 0.976 8.04535 2520.65
5 0.08 41.51 0 0.5925 173.88
6 80 41.74 NA 0.5925 181.89
bar °C KJ/Kg K KJ/Kg
Calculo de entalpias
 Para h1 y s1
De tablas de vapor sobrecalentado
h1=3345.7 (KJ/Kg)
S1=6.6444 (KJ/Kg K)
 Para h2t
De tablas con P2t=7 bar obtenemos hf2t y hfg2t de tablas de vapor húmedo
Datos
hf2t =697 (KJ/Kg) sustituyendo hf2t, hfg2t y x2t en
hfg2t =2065.8 (KJ/Kg) h2t=hf+x2t *hfg2t= 2734.91 (KJ/Kg)
x2t=0.9865
 Para h2r
Con la eficiencia isentropica de la turbina del 90%
Datos
η isentropica =.9 Despejando h2t y sustituyendo
h1=3345.7 (KJ/Kg) η isentropica =
ℎ1−ℎ2𝑟
ℎ1−ℎ2𝑡
h2t=2734.91(KJ/Kg)
h2r=h1- η isentropica (h1-h2t)= 2794.65 (KJ/Kg)

4. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. TURBINA DE VAPOR Y CONDENSADORES
Obteniendo calidad x2r
Datos de tabla de vapor húmedo
hf2t =697(KJ/Kg) sustituyendo hf2t, hfg2t y h2r en x2r
hfg2t =2065.8 (KJ/Kg) x2r=(h2r-hf)/hfg =1.015
h2r=2794.65 (KJ/Kg) ∴ = 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒𝑐𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜
 Para T2r
Interpolando h para P2r= 7 bar con presión de 6 bar y 8 bar y temperatura
158.83 °c y 170.41°c respectivamente, en tablas de vapor sobrecalentado:
P=0.7 y T=164.95 °C  ha=2762.25 (KJ/Kg)
Interpolando h para P2r=7 bar con presión de 6 bar y 8 bar y temperatura
de 200°c, en tablas de vapor sobrecalentado:
P=0.7 y T=200 °C  hb=2845.2 (KJ/Kg)
Interpolando T para h2r =2794.65 (KJ/Kg) con T=164.95°c y ha=2762.25
(KJ/Kg) y con , T=200 °C y hb=2845.2 (KJ/Kg)
h2r =2794.65 (KJ/Kg) T2r=178 °C
 Para s2r
Interpolando S para P2r= 7 bar con presión de 6 bar y 8 bar y temperatura
158.83 °c y 170.41°c respectivamente, en tablas de vapor sobrecalentado:
P=0.7 y T=164.95 °C ------ Sa= 6.71045 (KJ/Kg K)
Interpolando S para P2r=7 bar con presión de 6 bar y 8 bar y temperatura
de 200°c , en tablas de vapor sobrecalentado:
P=0.7 y T=200 °C ------ Sb=6.893 (KJ/Kg K)
Interpolando S para T2r=178 °C con T=164.95°c y Sa= 6.71045 (KJ/Kg K)
y con, T=200 °C y Sb=6.893 (KJ/Kg K)
T2r=178.002 °C ------------------S2r= 6.78175 (KJ/Kg K)
 Para s3 y h3
De tablas de vapor sobrecalentado interpolando S para P3=7 bar
T [°C] S[KJ/Kg K] Interpolando para T3=440 °C
400--------7.6416  S3=7.75962 (KJ/Kg K)
500--------7.93665
De tablas de vapor sobrecalentado interpolando h para P3=7 bar

5. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. TURBINA DE VAPOR Y CONDENSADORES
T [°C] h[KJ/Kg ] Interpolando para T3=440 °C
400--------3269.25  h3= 3353.89 (KJ/Kg)
500--------3482.35
 Para x4t
Obteniendo calidad x4t
Datos de tabla de vapor húmedo con P4=0.08 bar
sf2t =0.59088 (KJ/Kg K) sustituyendo hf2t, hfg2t y h2r en
sfg2t =7.6389 (KJ/Kg K) x2r= (s3-sf)/sfg =0.93844
s3=7.75962 (KJ/Kg K)
 Para h4t
De tablas con P4=0.08 bar obtenemos hf4t y hfg4t de tablas de vapor húmedo
Datos
hf4t =173.36 (KJ/Kg) sustituyendo hf2t, hfg2t y x4t en
hfg4t =2402.62 (KJ/Kg) h4t=hf+x4t *hfg4t= 2428.07 (KJ/Kg)
x4t=0.93844
 Para h4r
Con la eficiencia isentropica de la turbina del 90%
Datos
η isentropica =0.9 Despejando h4t y sustituyendo
h3=3353.89 (KJ/Kg) η isentropica =
ℎ3−ℎ4𝑟
ℎ3−ℎ4𝑡
h4t=2428.07 (KJ/K) h4r=h3- η isentropica (h3-h4t)= 2520.65 (KJ/Kg)
Obteniendo x4r con h4r,hf4, hfg4
x4r=0.976
 Para s4r
Datos de tabla de vapor húmedo con presión 0.08 bar
Sf4r =0.54288(KJ/Kg K) sustituyendo sf2t, sfg2t y x4r en
Sfg4r =7.687 (KJ/Kg K) s4r=sf4r+x4r (sfg4r) =8.04535( KJ/Kg K)
x4r=0.976
 Para S5 y h5

6. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. TURBINA DE VAPOR Y CONDENSADORES
De tablas de vapor humedo
s5=Sf5=0.5925(KJ/Kg K)
h5=hf5=173.88(KJ/Kg )
• Para h6
De tablas de agua comprimida
h6=181.89 (KJ/Kg)

7. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. TURBINA DE VAPOR Y CONDENSADORES
b) El flujo másico de vapor, en toneladas/h
 Trabajo de salida (turbinas)
 Turbina 1
Balance de energía
wt1=h1-h2r=3345.7-2794.65=551.05(KJ/Kg)
 Turbina 2
Balance de energía
wt2=h3-h4r=3353.89-2520.65=833.24(KJ/Kg)
 Trabajo de entrada (bomba)
wb=h6-h5=181.89-173.88=8.01(kJ/Kg)
 Trabajo neto
wneto =wt1+wt2-wb=1376.28(KJ/Kg)
Flujo masico despejando flujo másico
𝑊̇ neto=𝑚̇ ∗ 𝑤𝑛𝑒𝑡𝑜 𝑚̇ =
𝑊̇ 𝑛𝑒𝑡𝑜
𝑤𝑛𝑒𝑡𝑜
=
100000 𝑘𝑤
1376 .28(KJ/Kg)
=72.77 (Kg/s)
𝑚̇ =72.77 *(1 Ton/1000Kg) *(3600s/1h)=261.972(Ton/h)
c) Las perdidas internas y externas en la turbina, en MW
 Perdidas internas
Winternas = 𝑚̇ (ℎ2𝑟 − ℎ2𝑡 + ℎ4𝑟 − ℎ4𝑡) =0.01106 Mw
 Perdidas externas
Wf1=h1-h2t=610.79 (KJ/KG)
Wf2=h3-h4t=925.82 (KJ/KG)
Wexternas = 𝑚̇ ( 𝑤𝑓1 − (ℎ1 − ℎ2𝑟) + 𝑤𝑓2 − (ℎ3 − ℎ4𝑟)) = 0.0110675Mw

8. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. TURBINA DE VAPOR Y CONDENSADORES
3. Reporte de la actividad práctica. Memoria de cálculos (incluir cálculos condensador) y línea Willan’s. (50%)
5-6 suministrode calorisobárico(caldera)
6.1 suministrode calorisobárico
1-2 expansiónisentálpicah1=h2
2-3t expansiónadiabáticaisentropica
2-3r expansiónreal (politropica)
3-4 Rechazode calor isobárico
4-4’ trabajo de bombeo(adiabáticoisentropico) externo
Lectura N F MT t 5ta lectura
1 5000 4.3 4.9 60 P1 6.2 Kg/cm2
2 5000 6.5 5.68 60 P3 16.5 inHg
3 5000 8.4 6.7 60 T1 196 °C
4 5000 10.8 7.7 60 T2 180 °C
5 5000 13.2 8.95 60 T3 104 °C

9. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. TURBINA DE VAPOR Y CONDENSADORES
RPM lbf Kg s T4 48 °C
Ta1 39 °C
Ta2 52 °C
T5 30 °C
a) Calculo de entalpias
 Para h5
Cp=4.186 (KJ/Kg K)
h5=Cp(T5-0°C)=4.186(303.15-273.15)=125.58(KJ/Kg)
 Para h4
h4=Cp(T4-0°C)=4.186(321.15-273.15)=200.928(KJ/Kg)
 Para h6
De tablas de vapor húmedo con P1 absoluta
Datos Sustituyendo datos
P1abs= P1+Patm= 608.012+78.0876=686.308KPa h6=hf+x hfg=2679.18(KJ/Kg)
hf6=693.462(KJ/Kg)
hfg6=2068.46 (KJ/Kg)
x=96
 Para h1
De tablas de vapor con P1 absoluta
Datos De tablas de vapor sobrecalentado
P1abs=686.308KPa h1= 2837.044(KJ/Kg)
T1=196°C
Interpolando con P1abs con temperatura de 196°C
T (°C) h(KJ/Kg)
164.1  2761.42  Interpolando para T=196 °C
200  2845.94
 Para h2

10. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. TURBINA DE VAPOR Y CONDENSADORES
h2=h1=2837.044(KJ/Kg)
 Para h3r
Datos
P3abs= Patm-P3=78.0876-55.87541=22.2122 KPa
T3=104°C
h3r de tablas de vapor sobrecalentado con P3 abs y T3
Interpolando
h3r=2693.62 (KJ/Kg)
 Para h3t
El estado 3t puede estar dentro o fuera de la campana
Comprobación
S2=S3t
S2 de tablas digitales de vapor sobrecalentado con T2 y h2
S3t=7.91733(KJ/Kg k)
De TVS Sg con P3 abs
Sg3=7.873 sg3<s3t
Esta afuera de la campana
De tablas de vsc interpolando con presión P3abs y s3t
h3t=2628.81
b) Gasto de vapor
M tara=0.25 [kg]
M condensado =masa total – masa tara =8.95-0.25=8.7 [Kg]
𝑚̇ =masa de condensado/tiempo =8.7/60=0.145 [Kg/s]
c) Potencia al freno
d=0.4 m
N=5000
F=13.2 lbs *(0.4535 kg /1lbs)*9.81(m/s2)=58.7246 N
Wf=T*w=(F*d)(2πN/60)=
F(N) Wf(Kw) 𝑚̇
19.1339 4.00739 0.0775
28.9233 6.05768 0.0905
37.3779 7.82841 0.1075
48.0572 10.0651 0.1241

11. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. TURBINA DE VAPOR Y CONDENSADORES
58.7246 12.2993 0.145
d) Eficiencia de la turbina
 Interna
ηi=trabajo real/trabajo teórico*100=(h1-h3r)/(h1-h3t)*100=68.87%
 Mecánica
ηmec=Wf/potencia real*100=Wf/m(h2-h3r)*100=59.1412%
 Total
ηtot=potencia efectiva/potencia real*100=Wf/m(h2-h3t)*100=40.7343%
e) Perdidas de energía en la turbina
 Internas
Pi=m*((h2-h3t)-(h2-h3r))=9.39 kw
 Externas
Pe=wf-(h2-h3r) m=-8.497 Kw
g) Cálculos condensador
 g.1 gasto de agua de enfriamiento [Kg/H]
Aplicando la primera ley de la termodinámica
MH2O*Cp*(Ta2-Ta1)=m (h3r-h4)
Despejamos MH2O
MH2O=(.145*(2693.62-200.92.8))/(4.186(325.15-312.15))=6.6419 [Kg/s]
 g.2 Área o superficie de transferencia de calor
A=diámetro*Lt*nt
Diámetro=19 mm
Lt=1.28 m
Nt=134
A=3.2588 m2
 g.3 Coeficiente total de transferencia de calor
RT Resistencia térmica
Q  Calor transferido
ΔTml Diferencia de temperatura media logarítmica para condensador
Tsat  de TVH para P3abs

12. LAB. DE MÁQUINAS TÉRMICAS. TURBINA DE VAPOR Y CONDENSADORES
Q=m(h3r-h4)=A*u*ΔTml
ΔTml=(Ta2-Ta1)/log[(Tsat-Ta2)/(Tsat-Ta1)]=-15.969K
Tsat=62.341
Despejando u
U=(m(h3r-h4))/(A* ΔTml)=-6.9456 Kw/m2 K
Resistencia térmica
Rt=1/u=-0.143.976 m2 K/Kw
Línea Willan’s
4. Reflexión de lo aprendido, de lo requiere estudiar y profundizar, de su
desempeño y compromiso con su aprendizaje, de lo que requiere mejorar, etc.
Fuentes de consultadas. (5%)
.
Fuentes consultadas
 Yunus A Cengel, Termodinámica, McGraw hill 7ma edición, México, 2012
 R.K. Rajput, ingeniería Termodinamica, Cengage, 3ma edición, México, 2011