INTRODUCCIÓN

El Ciclo Rankine es un ciclo de potencia representativo del proceso termodinámico que

tiene lugar en una central térmica de vapor.

El actual proyecto de investigación tiene como propósito fundamental proponer el

diseño de un dispositivo con fines académicos que muestre cómo funciona el Ciclo Rankine

en la generación de energía para los estudiantes universitarios que cursan el Programa

Nacional de Formación de Ingeniería Mecánica en el Instituto Universitario de Tecnología

José Antonio Anzoátegui, sede El Tigre. Esto con miras a optimizar la formación

profesional de estos futuros profesionales.

Para lograr dicha meta, el trabajo se dividió en los siguientes capítulos: En el Capítulo

I, se muestra el diagnóstico de la comunidad objeto de la investigación. El Capítulo II,

describe el problema, a manera de visualizar, el planteamiento que se quiere hacer, de igual

manera se presenta la justificación y los objetivos para concretarlos. En el Capítulo III se

presenta el marco teórico, mostrando antecedentes encontrados referidos al tema

seleccionado, las bases teóricas, que explican los conceptos relacionados con el tema y las

bases legales. El Capítulo IV, explica el tipo y diseño de la investigación, también el

alcance poblacional y las técnicas utilizadas para la recolección de datos. En el Capítulo V

punto se determinan los cálculos para poder diseñar el dispositivo propuesto. Por último, en

el Capítulo VI se explican las conclusiones a las que se llegaron con la elaboración de este

proyecto y las referencias bibliográficas utilizadas y anexos para complementar el mismo.

1

CAPITULO I

DIAGNÓSTICO DE LA COMUNIDAD OBJETIVO

Nombre de la Comunidad

Instituto Universitario de Tecnológico “José Antonio Anzoátegui” (IUTJAA).

Reseña Histórica de la Comunidad Objetivo

El Instituto Universitario de Tecnología “José Antonio Anzoátegui” fue creado según

Decreto Presidencial N° 2.483 del 06 de Diciembre de 1977, publicado conforme Gaceta

Oficial N° 3.381 el 13 de Diciembre del mismo año, con el nombre de Instituto

Universitario de Tecnología El Tigre, con sede principal en la ciudad de El Tigre, Estado

Anzoátegui. Inició sus actividades el 09 de Junio de 1978 para formar Técnicos Superiores

en las especialidades de: Administración, Agropecuaria, Mecánica y Química, sin

menciones; con una duración de cuatro semestres hasta el año 1986. Basada desde sus

inicios, su filosofía de enseñanza en la premisa “Aprender Haciendo”. A partir del año

siguiente, ensaya un nuevo diseño curricular, con seis semestres de duración, ofertando:

Administración con las menciones Comercial y Contaduría; Mecánica con la mención

Fabricación Mecánica; Química con la mención Procesos Químicos y Agropecuaria con la

mención Animal y Vegetal.

La extensión de Pariaguán es creada en el mes de Mayo de 1989 y la extensión de

Barcelona en el año 2004; todas estas se conformaron en las Normas establecidas por el

Consejo Nacional de Universidades mediante la aprobación de los antiguos Ministerio de

Educación y el Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior.

El 14 de diciembre de 1989, en Gaceta Oficial N° 34.368 y mediante el Decreto N°

657, se dio el cambio de denominación a Instituto Universitario de Tecnología “José

Antonio Anzoátegui”, en honor al héroe epónimo del estado. En el año 2006, luego de un

análisis realizado por el Ministerio de Educación Superior, que constató que el IUTJAA

cumplía con las características necesarias, y por medio de la Misión Alma Mater, el

Presidente de la República, Hugo Chávez, anunció la elevación del Instituto a politécnico,

beneficiando de manera significativa a la población del Estado Anzoátegui.

2

Misión de la Comunidad Objetivo

El Instituto Universitario de Tecnología “José Antonio Anzoátegui” tiene como

misión:

Formar supervisores fundamentalmente en competencia para el mundo del trabajo,

capacitándolos para organizar la micro, pequeña o mediana empresa, incorporando

actividades de investigación aplicada y extensiones, ofreciendo una forma integral que

satisfaga sus motivaciones e intereses personales.

Garantizar la calidad de la Docencia, Investigación, Desarrollo Técnico y Extensión,

por lo cual la institución debe ofrecer a todos sus Docentes y Auxiliares, cursos de

permanente capacitación educativa, actualización y perfeccionamiento, tanto en áreas

sustantivas (Ciencia Tecnológica) como en los propósitos de la Pedagogía Tecnológica.

Desarrollar una Gestión de Servicio a la Comunidad, basada en la divulgación de

conocimientos a través de Docentes y Estudiantes con resultados positivos y satisfactorios

para la misma.

Cumplir con una Gestión Académica, Administrativa y Financiera transparente,

centrada en valores éticos y morales.

Visión de la Comunidad Objetivo

El Instituto Universitario de Tecnología “José Antonio Anzoátegui” tiene como

visión:

Crecer cada día como una Institución de Educación Superior de reconocido prestigio,

orientada a la formación de Técnicos Superiores Universitarios, a nivel de Pre-Educación

continua y Post-Grado, avalados por la transparencia de su actuación y elevada

capacitación técnica e innovadora, siendo emprendedores, generadores de su propio empleo

y contribuyendo al progreso verosímil del estado Anzoátegui.

La Institución forma una gran Comunidad Universitaria con cooperación de todos sus

miembros, logrando una excelencia académica, mediante la integración de las funciones de

docencia, investigación, extensión y producción, con el propósito de ser incorporados al

campo ocupacional y de esta manera contribuir con el impulso económico y social en el

ámbito local, regional, nacional e internacional.

3

Ubicación de la Institución

La sede principal del Instituto Universitario de Tecnología “José Antonio

Anzoátegui”, se encuentra ubicado en la ciudad de El Tigre, Municipio Simón Rodríguez,

zona Sur del Estado Anzoátegui, en el Km 8 de la carretera El Tigre-Ciudad Bolívar. Zona

Universitaria. Teléfonos: (0283) 2353901 – 2353902; Fax: (0283) 2353903.

Objetivos de la Institución

El Instituto Universitario de Tecnología “José Antonio Anzoátegui” tiene como

objetivos:

Formar Técnicos Superiores e Ingenieros y Licenciados en las áreas de

Administración, Agropecuaria, Mecánica y Química, brindando un alto nivel de

capacitación teórico-práctico requerido para el desarrollo integral y competitivo

del área laboral, atendiendo a las necesidades del desarrollo socio-económico del

país en general y la región en particular.

Contribuir, ampliar y evaluar programas de investigación institucional con fines

de ampliar nuevas tecnologías que permitan valorar el rendimiento académico y

optimizar el manejo de los recursos disponibles.

Ampliar Programas de Extensión Universitaria que promuevan en la unidad local,

regional y nacional el conocimiento y la aplicación de los resultados de las

investigaciones desarrolladas en la Institución.

Formalizar las actividades que permitan la vinculación con otras Instituciones

Tecnológicas, Científicas y Culturales, principalmente las de la región, con el fin

de lograr en forma racional y eficiente los objetivos del Sistema Educativo

Nacional.

Experimentar nuevas tácticas de aprendizaje, material educativo, sistemas y

procedimientos Académicos Administrativos que se manifiestan las exigencias de

la Educación Superior Universitaria.

Desarrollar e integrar la docencia y la investigación en función de las necesidades

y posibilidades regionales y locales.

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Establecer recursos humanos generadores de ciencia con la capacidad de

promover, comprobar y desarrollar tecnología apilable a las condiciones que lo

exijan.

Contribuir a organizar un actual Diseño Curricular que proporcione el desarrollo

de innovadores Sistemas de Aprendizajes y nuevas disposiciones curriculares.

Formular programas de perfeccionamiento y postgrado a los Técnicos Superiores

en su área respectiva.

Funciones y Estructura Organizativa

El Instituto Universitario de Tecnología “José Antonio Anzoátegui”, tiene como

funciones:

Preparar individuos profesionales para el ejercicio y funciones socioeconómicas

altamente especializadas.

Brindar un Diseño Curricular que permita adoptar y extender las oportunidades de

forma profesional que existen en el país.

Ofrecer Programas de Perfeccionamiento y Postgrado a profesionales en Áreas de

Especialización.

Desarrolla programas que permitan la vinculación con otras Instituciones

Tecnológicas, Científicas y Socio-Culturales, principalmente en la región, con el

fin de lograr en forma racional y eficiente los objetivos del nuevo Sistema

Educativo Nacional.

Forma una Comunidad Universitaria con la participación y cooperación de todos

los miembros.

Desplegar investigaciones científicas y promover la creación tecnológica y

artística de la nación.

Estructura Organizativa de la Institución

La estructura organizativa del Instituto Universitario de Tecnología “José Antonio

Anzoátegui”, ha sido planificada de acuerdo a lo establecido en el Reglamento de Institutos

y Colegios Universitario; por lo que su organización se presenta en forma jerárquica,

alcanzando así el desarrollo y cumplimiento de sus objetivos.

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Su estructura se encuentra organizada de la siguiente manera:

Nivel Directivo: En la actualidad el nivel directivo es guiado de conformidad con

lo establecido en Gaceta Oficial N° 37.854, donde designa la nueva comisión de

Modernización y Transformación del Instituto Universitario de Tecnología “José

Antonio Anzoátegui”, integrada por un (1) Coordinador General; un (1)

Subdirector Académico y un (1) Subdirector Administrativo, así mismo forma

parte de esta Comisión, un Representante de los Profesores y un (1) Representante

de la Comunidad Estudiantil.

Consejo Directivo: De acuerdo a lo asignado por el Ministerio del Poder Popular

para la Educación Universitaria, el cual es la máxima autoridad de la Institución,

está conformado por un (1) Coordinador General, un (1) Subdirector Académico

y un (1) Subdirector Administrativo, un Jefe de División, Planificación y

Desarrollo, un (1) Jefe de Investigación de Postgrado, un (1) Jefe de División

Administrativa, Jefe de División de Docentes y un jefe de División Extensión

Universitaria y Comunitaria, Jefes de la Aplicación de Pariaguán y Extensión

Anaco y Puerto La Cruz respectivamente. El Consejo Directivo, de acuerdo a su

estrategia organizativa, tiene la gran responsabilidad de custodiar el cumplimiento

del lineamiento y políticas que guían el desarrollo institucional, establecido por el

Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria.

Dirección: Es un miembro administrativo que desarrolla como función la

Dirección, Coordinación, Supervisión y Evaluación de las actividades de la

Institución. Su representante se encarga de la Gestión de los Recursos Financieros

para el funcionamiento; de igual manera administrar y ejecutar el Presupuesto del

Gasto de la Comisión, la cual es sometida a consideración del Ministerio del

Poder Popular para la Educación Universitaria, a través del Departamento de

Recursos Humanos, la contratación del personal justificado en el Plan Rector; y

debe presentar informe al Viceministro de Políticas Académicas del Ministerio

del Poder Popular para la Educación Universitaria cada treinta (30) días o cuando

éste lo considere necesario. En conclusión el Coordinador General cumple y

proyecta el desempeño de todos los lineamientos y procedimientos esenciales al

funcionamiento y desarrollo de la Institución.

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Subdirección Académica: Tiene como responsabilidad el desarrollo y

cumplimiento de las Actividades Docentes; dentro de sus funciones ejerce labores

de Investigación, Evaluación y Coordinación de todas las labores de acuerdo al

desarrollo y ejecución de Currículo y Planes de Estudio de la Institución.

Subdirección Administrativa: Tiene la facultad de Planificar, Coordinar,

Dirigir, Supervisar y Evaluar de acuerdo con la Dirección, la Actividad

Administrativa del Instituto y se encuentra representada por el Subdirector

Administrativo.

División de Planificación y Desarrollo: Es un organismo asesor de la Dirección

y centro de sus actividades específicas; desarrolla a corto y mediano plazo la

programación y elaboración de los Presupuestos Operativos Anuales, contempla

la Programación Financiera y Física, vigilando que el presupuesto se formule y

ejecute siguiendo las instrucciones y controles establecidos por la Ley.

División de Investigación y Postgrado: Es un miembro organización, encargado

de coordinar todas aquellas funciones enfocadas a estimular el desarrollo de

Proyectos de Investigación, Proyectos de Recursos de Extensiones, al igual que

aquellos recursos que procuren la aplicación de conocimientos entre los

egresados.

División Académica: Se encarga de Coordinar, Supervisar y Evaluar las

actividades Docentes, las cuales son desarrolladas con cada uno de los

Departamentos que imparten la forma profesional. La División Académica está

representada por un Jefe designado por el Consejo Directivo.

División Administrativa: Se encarga de asistir al Sub-Director Administrativo,

Asesorar, supervisar, evaluar, controlar las actividades de los Departamentos y

Unidad Administrativas: La División Administrativa se encuentra representada

por un Jefe designado por el Consejo Directivo.

División de Extensión Universitaria y Comunitaria: Se encarga de coordinar

estrategias para entender el nuevo marco de refundación de la República

contenido en la Carta Magna; dentro de este marco se convierte en el responsable

de lograr una relación entre la Institución y la Comunidad.

7

Para ellos se hace responsable de acuerdo a la normativa interna, de coordinar

todo lo concerniente al desarrollo de línea de extensión endógena traducida en el

fortalecimiento de recursos humanos de la Institución, y exógeno con la

proyección de las Instituciones hacia la comunidad y viceversa.

Unidad de Apoyo a la Dirección:

o Contraloría Interna: Su objetivo es velar por el acatamiento de las

normas y procedimientos administrativos vigentes, que codifican el

control de la ejecución presupuestaria. Estos controles son realizados en

forma procedente y posterior a la ejecución física y financiera.

o Fundación del Instituto Universitario de Tecnología “José Antonio

Anzoátegui” (FUNDEIUTJAA): Esta fundación fue creada con la

finalidad de colaborar con la Institución como una alternativa para auto

funcionamiento a través de recursos, trabajo de investigación, realiza

convenios con otros organismos del Estado, entre otras labores, para el

desarrollo integral de la organización.

o Nivel Operativo constituido por el Departamento Docente: En la

actualidad, la Institución cuenta con diecinueve (19) Departamentos

encargados de ejecutar el Centro de Línea de Mando y Autoridad, todas

las acciones que permiten el buen funcionamiento, desarrollo y logro de

los objetivos propuestos. Este departamento de acuerdo al nivel de

autoridad se distribuye de la siguiente manera:

Planificación y Desarrollo:

Departamento de Programación y Presupuesto

Departamento de Currículum

Departamento Planta Física

Departamento de Evaluaciones

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Departamento Administrativo

Departamento de Servicios Generales

Departamento de Bienestar Estudiantil.

Dirección Estudiantil:

Departamento Formación Básica

Departamento Formación Complementaria

Departamento Tecnología Mecánica

Departamento Tecnología Química

Departamento Tecnología Agropecuaria

Departamento Tecnología Administrativa

Departamento Pasantía y Seguimiento de Egresados

Departamento Admisión y Control de Estudios

Departamento Bibliotecario.

Dimensiones:

Dimensiones culturales: Eventos deportivos, Semana aniversaria los 17/ 06 de cada año.

Dimensiones ambientales: sus espacios ambientales son extensos amplios y mantienen

numerosas áreas verdes permitiendo de esta manera mayor libertad a la comunidad

estudiantil de respirar aire limpio.

Dimensiones potenciales: la comunidad estudiantil del IUTJAA posee suficiente potencial

tanto en territorio como de personal para la explotación de la rama agrícola. En

relación a la comercialización dentro de la institución, existen algunos cafetines y

loncherías que permiten el suministro de alimentos a la comunidad estudiantil.

Dimensiones Políticas:

Centro de estudiantes

Federación.

Sindicato de profesores, estudiantes y obreros.

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Línea de Investigación

Código Descripción de la línea de investigación

M01 El diseño y construcción de elementos y sistemas mecánicos

M02 La agroindustria y seguridad alimentaria.

M03 Mantenimiento de procesos industriales y de servicios.

M04 La trasformación de polímeros.

M05 La manufactura metalmecánica.

M06 Desarrollo de equipos didácticos (dotación PNF y otras instituciones)

M07 Salud, higiene y ambiente.

M08 Transformación de energía.

M09 Diseño y Desarrollo de Sistemas de Transporte.

Ubicación del Problema de la Comunidad en la línea de Investigación.

El proyecto está enmarcado en la Línea de Investigación M01 referido al diseño y

construcción de elementos y sistemas mecánicos, ya que se diseñará un dispositivo con

fines académico generador de trabajo según el Ciclo Rankine en el Instituto Universitario

de Tecnología José Antonio Anzoátegui.

Igualmente sigue las orientaciones de las políticas del Modelo Productivo Socialista

que se refiere al Incremento de la producción nacional de ciencia, tecnología e innovación

hacia necesidades y potencialidades del país, por cuanto este trabajo propone un diseño

innovador de tal dispositivo para solucionar un problema detectado en la referida

institución.

En el Instituto Universitario de Tecnología “José Antonio Anzoátegui”, en vista de

la transición de tecnológico a politécnico necesita de laboratorios dotados con suficientes

insumos por lo tanto nos vimos en la necesidad de equipar con un prototipo didáctico

basado en el Ciclo Rankine, el mismo utilizado en las centrales termoeléctricas.

10

CAPITULO II

DESCRIPCION DE LA SITUACION DEL PROBLEMA.

Planteamiento del Problema

La energía eléctrica es quizás uno de los servicios más importantes con que cuenta la

humanidad para vivir cómodamente. La manera de producir la energía eléctrica depende

del tipo de aparatos llamados generadores o alternadores, estos se componen en su forma

más simple de una espira que gira impulsada por algún medio externo y un campo

magnético uniforme, creado por un imán, en el seno del cual gira la espira anterior. Para su

funcionamiento, hace falta una fuente externa de energía (hidráulica, térmica, nuclear, entre

otras), que haga que la bobina gire con una frecuencia deseada.

Es en este sentido, que la presente investigación buscando ofrecer la mejor

alternativa para generar energía barata y efectiva propone utilizar el Ciclo Rankine, ciclo

termodinámico que tiene como objetivo la conversión de calor en trabajo, constituyendo lo

que se denomina un ciclo de potencia en los laboratorios de mecánica en el PNF de

ingeniería Mecánica de forma que contribuya a la formación integral del futuro ingeniero.

En el área de talleres y laboratorios, se detectó la problemática de que los futuros

ingenieros no cuentan con dispositivos generadores de trabajo utilizando el Ciclo Rankine,

con fines didácticos.

La institución está pasando por un momento de transición de técnica a politécnica y

no cuenta con los equipos necesarios para el estudio y práctica de las carreras del nuevo

sistema educativo a nivel universitario de los ¨PNF¨. De allí se plantea la necesidad de

contribuir en mejorar el proceso de aprendizaje al diseñar un dispositivo basado en el ciclo

Rankine.

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Objetivo General

- Diseñar un sistema de generación de trabajo, que aplique el principio del Ciclo

Rankine.

Objetivos Específicos

- Diagnosticar las condiciones de los equipos en los laboratorios y talleres del

Instituto Universitario de Tecnología José Antonio Anzoátegui.

- Establecer los componentes necesarios para el diseño del dispositivo de trabajo

basado en el ciclo Rankine.

- Determinar los cálculos para el diseño del dispositivo generador basado en el

Ciclo Rankine.

- Diseñar el generador de trabajo basado en el Ciclo Rankine.

Justificación de la Investigacion

El desarrollo tecnológico de las máquinas térmicas de producción de energía en el

contexto mundial, plantea la necesidad de mejorar los rendimientos térmicos de estas

máquinas, así como la necesidad de hacer un uso racional de los recursos energéticos

disponibles en nuestro país, haciendo necesario que el futuro ingeniero mecánico del PNF

de Ingeniería Mecánica en el IUTJAA, tenga conocimiento sobre los sistemas alternativas

de cogeneración de energía y puedan contribuir con el uso de esta tecnología para una

explotación racional y compatible con el medio ambiente y los recursos energéticos.

Sin embargo, esta no es la realidad que se vive en los talleres y laboratorios del área de

mecánica en el Instituto Universitario de Tecnología José Antonio Anzoátegui, sede El

Tigre, donde se pudo detectar que no poseen equipos generadores de trabajo basado en el

Ciclo Rankine, conocimiento necesario para los estudiantes, futuros ingenieros del PNF de

mecánica. De allí la importancia de que los estudiantes del PNF de mecánica tengan acceso

al conocimiento de generadores de energía basados en el Ciclo Rankine.

Además, el proyecto también funcionará como un prototipo didáctico para un futuro

laboratorio de termodinámica de fluidos que sirva para enseñar a los futuros ingenieros, el

funcionamiento de las centrales termoeléctricas.

12

CAPITULO III

REFERENCIAS TEORICAS

Antecedentes

Sánchez-Junco (2012) diseñó un proyecto tiene por objeto el aprovechamiento de

calor residual de corrientes de refinería, con bajo nivel térmico y su transformación en

energía eléctrica, mediante el ciclo orgánico de Rankine (ORC).

Este proceso es similar al ciclo básico de Rankine pero en vez de agua utiliza un

fluido orgánico de elevado peso molecular. Este tipo de ciclos se puede utilizar para

recuperar calor de fuentes de baja temperatura. Este calor se convierte en trabajo útil que se

transforma en electricidad.

El principio de trabajo del ciclo orgánico de Rankine es un fluido de trabajo en fase

líquida que se bombea a una caldera, donde se evapora y tras pasar a través de una turbina,

se condensa de nuevo para iniciar el ciclo.

Para la elección de las tecnologías ORC se realizó un estudio de las disponibles en el

mercado y se llevó a cabo un análisis de las corrientes con calor residual disponibles en la

refinería. Seleccionadas las tecnologías, se realizó un análisis de viabilidad del uso de

ciclos ORC para el aprovechamiento de la energía residual en la refinería.

Los resultados confirmaron que la aplicación de estos ciclos ORC es rentable, desde

el punto de vista económico, técnico y medioambiental.

Reseña Histórica del Ciclo Rankine

William John Macquorn Rankine en 1859 publica el ¨Manual of Steam Engine", en

el que realiza importantes contribuciones a la termodinámica estableciendo el ciclo que

lleva su nombre para el funcionamiento de las maquinas de vapor, e ideando la escala de

temperaturas Rankine.

El ciclo propuesto contaba con 4 etapas o evoluciones, las cuales son descritas a

continuación:

13

Proceso 1-2: Expansión isoentropica del fluido de trabajo en la turbina desde la presión de

la caldera hasta la presión del condensador.

Proceso 2-3: Transmisión de calor desde el fluido de trabajo al refrigerante a presión

constante en el condensador hasta el estado de líquido saturado.

Proceso 3-4: Compresión isoentropica en la bomba. En el se aumenta la presión del fluido

mediante un compresor o bomba, al que se le aporta un determinado trabajo.

Proceso 4-1: Transmisión de calor hacia el fluido de trabajo a presión constante en la

caldera. Existe la posibilidad de \sobrecalentar" el fluido mas allá de la línea de saturación

(1'), cuya Importancia será discutida posteriormente.

Esto dio como resultado una maquina generadora de energía erétrica la cual es

operada por vapor.

Materiales

1. Termómetro de 150°C

2. termómetro de 100°C

3. Tacómetro

4. Cronómetro

5. 2 Cubetas

6. Balanza

7. Turbina Westinghouse

Uno de los objetivos generales fue la creación de una maquina generadora de energía

eléctrica a base de vapor por el movimiento de una turbina.

Dio como resultado el prototipo que por medio de vapor genera energía eléctrica, los

cálculos realizados dieron distintas formas de consumo y de generación de la energía con

pocos materiales.

14

Bases Teóricas

Energía:

(Según Nicolas L.S.Carnot -1809.Pag245-Ocenao Uno)

La planta de generación de energía viene a ser un complejo destinado a obtener

energía de alguna fuente de la naturaleza.

Ejemplos de plantas de generación de energía son: Las centrales termoeléctricas, las

instalaciones fotovoltaicas, las centrales hidroeléctricas, los automotores etc. todas

dedicadas a transformar energía de una fuente en alguna forma de energía útil ya sea

trabajo, energía cinética, electricidad, entre otras.

Energía Térmica

La generación de vapor para el accionamiento de las turbinas se realiza en

instalaciones generadoras comúnmente denominadas calderas.

La energía térmica produce energía eléctrica a partir de la combustión de carbón,

fuel-oil o gas en una caldera diseñada al efecto, el combustible se almacena en parques o

depósitos adyacentes, desde donde se suministra a la central, pasando a la caldera, en la que

se provoca la combustión. Esta genera el vapor a partir del agua que circula por una extensa

red de tubos que tapizan las paredes de la caldera. El vapor hace girar los álabes de la

turbina, cuyo eje rotor gira con el de un generador que produce la energía eléctrica.

En la caldera propiamente dicha se produce el calentamiento, la evaporación y

posiblemente el recalentamiento y sobrecalentamiento del vapor.

Las calderas primitivas consistían en un gran recipiente lleno de agua que era

calentado por un fuego en su parte inferior. El gran volumen de agua en estado de

ebullición generaba fácilmente situaciones de gran riesgo al excederse la presión máxima

admisible.

15

Los tubos de agua se unen y conforman para formar el recinto del hogar, llamado de

paredes de agua. El recinto posee aberturas para los quemadores y la salida de gases de

combustión. La circulación del agua puede ser natural, debida a la diferencia de densidad

entre agua fría y caliente. El agua en ebullición se acumula en un recipiente llamado domo

donde se separa el vapor del agua.

Ciclo de Vapor

Circulación del Vapor

El agua que alcanza la temperatura de ebullición, empleara el calor a partir de ese

momento, para la formación de vapor de la mezcla agua-vapor y para su circulación.

De la mezcla que asciende, la parte correspondiente a la fase liquida descenderá y la

parte correspondiente a la fase vapor ascenderá separándose en lo que se llamará superficie

de evaporación.

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La recuperación de energía de una caldera que produce vapor se conoce

convencionalmente como “Proceso de Ranking”. Este permite la producción de energía en

forma de: energía eléctrica, vapor y combinaciones de energía eléctrica, vapor y agua

caliente (ver figura).

Proceso de Ranking

(Según William Jhon Macquorn Rankine -1858-Peg.129)

La energía del vapor puede convertirse a energía eléctrica mediante un arreglo de

turbina y generador. El vapor sobrecalentado y altamente presurizado de la caldera se

expande en la turbina de vapor, que transforma la energía calorífica del vapor a energía

cinética, para posteriormente transformarse en eléctrica por el generador.

El exceso de calor del vapor a baja presión se convierte en agua caliente dentro de un

condensador y se pasa ya sea a una red para calentamiento o simplemente se recircula a la

caldera.

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Cuando se produce tan sólo energía eléctrica (es decir, no hay demanda de agua caliente),

se usa una turbina con condensación completa. El exceso de calor produce tan baja

temperatura en este condensador que no es atractiva su recuperación.

Una turbina de vapor es una turbomáquina motora, que transforma la energía de un flujo

de vapor en energía mecánica a través de un intercambio de cantidad de movimiento entre

el fluido de trabajo (entiéndase el vapor) y el rodete, órgano principal de la turbina, que

cuenta con palas o álabes los cuales tienen una forma particular para poder realizar el

intercambio energético. Las turbinas de vapor están presentes en diversos ciclos de potencia

que utilizan un fluido que pueda cambiar de fase, entre éstos el más importante es el Ciclo

Rankine, el cual genera el vapor en una caldera, de la cual sale en unas condiciones de

elevada temperatura y presión.

En la turbina se transforma la energía interna del vapor en energía mecánica que,

típicamente, es aprovechada por un generador para producir electricidad. En una turbina se

pueden distinguir dos partes, el rotor y el estator. El rotor está formado por ruedas de álabes

unidas al eje y que constituyen la parte móvil de la turbina. El estator también está formado

por álabes, no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina.

Centrales Térmicas

Una central térmica para producción de energía eléctrica, es una instalación en donde la

energía mecánica que se necesita para mover el rotor del generador y por tanto para obtener

la energía eléctrica, se obtiene a partir del vapor formado al hervir el agua en una caldera.

El vapor generado tiene una gran presión, y se hace llegar a las turbinas para que su

expansión sea capaz de mover los álabes de las mismas. Las denominadas termoeléctricas

clásicas son de: carbón, de fuel o gas natural.

En dichas centrales la energía de la combustión del carbón, fuel o gas natural se emplea

para hacer la transformación del agua en vapor. Una central térmica clásica se compone de

una caldera y de una turbina que mueve al generador eléctrico. La caldera es el elemento

fundamental y en ella se produce la combustión del carbón, fuel o gas.

18

Ciclo de Rankine

El Ciclo de Rankine es un ciclo termodinámico que tiene como objetivo la conversión

de calor en trabajo, constituyendo lo que se denomina un ciclo de potencia.

Como cualquier otro ciclo de potencia, su eficiencia está acotada por la eficiencia

termodinámica de un Ciclo de Carnot que operase entre los mismos focos térmicos (límite

máximo que impone el Segundo Principio de la Termodinámica). Debe su nombre a su

desarrollador, el ingeniero y físico escocés William John Macquorn Rankine

El proceso del Ciclo

El ciclo Rankine es un ciclo de potencia representativo del proceso termodinámico que

tiene lugar en una central térmica de vapor. Utiliza un fluido de trabajo que

alternativamente evapora y condensa, típicamente agua (si bien existen otros tipos de

sustancias que pueden ser utilizados, como en los ciclos Rankine orgánicos).

Mediante la quema de un combustible, el vapor de agua es producido en una caldera a alta

presión para luego ser llevado a una turbina donde se expande para generar trabajo

mecánico en su eje (este eje, solidariamente unido al de un generador eléctrico, es el que

generará la electricidad en la central térmica).

El vapor de baja presión que sale de la turbina se introduce en un condensador, equipo

donde el vapor condensa y cambia al estado líquido (habitualmente el calor es evacuado

mediante una corriente de refrigeración procedente del mar, de un río o de un lago).

Posteriormente, una bomba se encarga de aumentar la presión del fluido en fase líquida

para volver a introducirlo nuevamente en la caldera, cerrando de esta manera el ciclo.

Calderas

Las Calderas o Generadores de vapor son instalaciones industriales que, aplicando el

calor de un combustible sólido, líquido o gaseoso, vaporizan el agua para aplicaciones en la

industria. 

19

Las calderas de vapor, básicamente constan de 2 partes principales:

Cámara de agua.

Recibe este nombre el espacio que ocupa el agua en el interior de la caldera. El nivel de

agua se fija en su fabricación, de tal manera que sobrepase en unos 15 cms. por lo menos a

los tubos o conductos de humo superiores. Con esto, a toda caldera le corresponde una

cierta capacidad de agua, lo cual forma la cámara de agua. Según la razón que existe entre

la capacidad de la cámara de agua y la superficie de calefacción, se distinguen calderas de

gran volumen, mediano y pequeño volumen de agua.

Las calderas de gran volumen de agua son las más sencillas y de construcción antigua. Se

componen de uno a dos cilindros unidos entre sí y tienen una capacidad superior a 150 H de

agua por cada m2 de superficie de calefacción.

Las calderas de mediano volumen de agua están provistas de varios tubos de humo y

también de algunos tubos de agua, con lo cual aumenta la superficie de calefacción, sin

aumentar el volumen total del agua. Las calderas de pequeño volumen de agua están

formadas por numerosos tubos de agua de pequeño diámetro, con los cuales se aumenta

considerablemente la superficie de calefacción.

Como características importantes podemos considerar que las calderas de gran volumen de

agua tienen la cualidad de mantener más o menos estable la presión del vapor y el nivel del

agua, pero tienen el defecto de ser muy lentas en el encendido, y debido a su reducida

superficie producen poco vapor. Son muy peligrosas en caso de explosión y poco

económicas.

Cámara de vapor.

Es el espacio ocupado por el vapor en el interior de la caldera, en ella debe separarse el

vapor del agua que lleve una suspensión. Cuanto más variable sea el consumo de vapor,

tanto mayor debe ser el volumen de esta cámara, de manera que aumente también la

distancia entre el nivel del agua y la toma de vapor.

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Tipos de Calderas.

Calderas de Gran Volumen de Agua.

Calderas Sencillas. Calderas con Hervidores. Calderas de Hogar Interior.

Caldera de Mediano Volumen de Agua (Ignitubulares).

Caldera Semitubular. Caldera Locomotora.  Calderas de Galloway. Locomóviles. Semifijas. Calderas Combinadas.

Calderas de Pequeño Volumen de Agua

Acuotubulares Caldera Borsig. Caldera Yarrow y Thornycroft. Con tubos de Humo y de Agua.

Turbinas Hidráulicas

La función de una planta hidroeléctrica es utilizar la energía potencial del agua almacenada

en un lago, a una elevación más alta y convertirla, primero en energía mecánica y luego en

eléctrica. Este proceso toma en consideración varios factores entre los cuales uno de los

más importantes es la caída de agua (head).

Este factor es decisivo al momento de escoger el tipo de turbina hidráulica que se instala

en la planta. La turbina hidráulica es la encargada de transformar la energía mecánica en

energía eléctrica, por esto es de vital importancia saber elegir la turbina adecuada para cada

sistema hidroeléctrico.

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Las turbinas se pueden clasificar de varias maneras estas son:

1.      Según la dirección en que entra el agua:

Turbinas axiales: el agua entra en el rodete en la dirección del eje.

Turbinas radiales: el agua entra en sentido radial, no obstante el agua puede

salir en cualquier dirección.

2.      De acuerdo al modo de obrar del agua:

Turbinas de chorro o de acción simple o directa.

Turbinas de sobrepresión o de reacción.

3.      Según la dirección del eje:

Horizontales.

Verticales.

Hay otras clasificaciones, según las condiciones de construcción, no obstante la

clasificación más importante es la que las separa de acuerdo al modo de obrar el agua, estas

son de reacción o de chorro. Aunque hay muchas turbinas que entran en estas

clasificaciones las más importantes son las turbinas Pelton, Francis y Kaplan. Una caída

alta (entre 800 a 2000 pies) requiere una turbina para alta presión, de impulso o tipo Pelton.

Si la caída es intermedia (entre 200 y 800 pies), entonces se escoge una turbina de reacción

tipo Francis. Para caídas bajas (menores de 200 pies) se utiliza un tipo de turbina de

reacción tipo Kaplan.

Bomba hidráulica

Una bomba hidráulica es una máquina generadora que transforma la energía (generalmente

energía mecánica) con la que es accionada en energía hidráulica del fluido incompresible

que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos

como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel.

22

Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas

ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para

incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el

fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud.

Tipos de bombas

Radiales o centrífugas, cuando el movimiento del fluido sigue una trayectoria

perpendicular al eje del rodete impulsor.

Axiales, cuando el fluido pasa por los canales de los álabes siguiendo una

trayectoria contenida en un cilindro.

Diagonales o helicocentrífugas cuando la trayectoria del fluido se realiza en otra

dirección entre las anteriores, es decir, en un cono coaxial con el eje del rodete.

Calentador

Un calentador de agua, o calentador de lava, calefón,[1] caldera o boiler[2] es un

dispositivo termodinámico que utiliza energía para elevar la temperatura del agua. Entre

los usos domésticos y comerciales del agua caliente están la limpieza, las duchas, para

cocinar o la calefacción. A nivel industrial los usos son muy variados tanto para el agua

caliente como para el vapor de agua. Entre los combustibles utilizados se encuentran el

gas natural, gas propano (GLP), querosén y el carbón, aunque también se usan la

electricidad, la energía solar, bombas de calor (compresor) de refrigeradores o de

acondicionadores de aire, calor reciclado de aguas residuales (no aguas negras) y hasta

energía geotérmica. En el caso de las aguas calentadas con energías alternativas o

recicladas, éstas usualmente se combinan con energías tradicionales.

Tipos de calentadores de agua

Los tipos de calentadores de agua más conocidos son:

calentador de punto

calentador de paso (sin tanque)

calentador de acumulación

23

caldera (para recirculación).

El tipo de calentador y el tipo de combustible a seleccionar depende de muchos factores

como la temperatura del agua que se desea alcanzar, disponibilidad local del combustible,

costo de mantenimiento, costo del combustible, espacio físico utilizable, caudal instantáneo

requerido, clima local, y costo del calentador.

Válvula

Una válvula es un dispositivo mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la

circulación (paso) de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u

obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos. Las válvulas son unos de los

instrumentos de control más esenciales en la industria.

Termodinámica

La termodinámica puede definirse como el tema de la Física que estudia los procesos en

los que se transfiere energía como calor y como trabajo. Sabemos que se efectúa trabajo

cuando la energía se transfiere de un cuerpo a otro por medios mecánicos. El calor es una

transferencia de energía de un cuerpo a un segundo cuerpo que está a menor temperatura. O

sea, el calor es muy semejante al trabajo. El calor se define como una transferencia de

energía debida a una diferencia de temperatura, mientras que el trabajo es una transferencia

de energía que no se debe a una diferencia de temperatura.

Primera Ley de la Termodinámica

Esta ley se expresa como:

Eint = Q - W

Cambio en la energía interna en el sistema = Calor agregado (Q) - Trabajo efectuado por el

sistema (W)

24

Notar que el signo menos en el lado derecho de la ecuación se debe justamente a que W se

define como el trabajo efectuado por el sistema. Para entender esta ley, es útil imaginar un

gas encerrado en un cilindro, una de cuyas tapas es un émbolo móvil y que mediante un

mechero podemos agregarle calor. El cambio en la energía interna del gas estará dado por

la diferencia entre el calor agregado y el trabajo que el gas hace al levantar el émbolo

contra la presión atmosférica.

Segunda Ley de la Termodinámica

La primera ley nos dice que la energía se conserva. Sin embargo, podemos imaginar

muchos procesos en que se conserve la energía, pero que realmente no ocurren en la

naturaleza. Si se acerca un objeto caliente a uno frío, el calor pasa del caliente al frío y

nunca al revés. Si pensamos que puede ser al revés, se seguiría conservando la energía y se

cumpliría la primera ley.

En la naturaleza hay procesos que suceden, pero cuyos procesos inversos no. Para explicar

esta falta de reversibilidad se formuló la segunda ley de la termodinámica, que tiene dos

enunciados equivalentes: Enunciado de Kelvin - Planck: Es imposible construir una

máquina térmica que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de

energía desde un depósito y la realización de una cantidad igual de trabajo.

Enunciado de Clausius: Es imposible construir una máquina cíclica cuyo único efecto sea la

transferencia continua de energía de un objeto a otro de mayor temperatura sin la entrada de

energía por trabajo.

Fracción molar

La fracción molar es una unidad química usada para expresar la concentración de soluto en

una solución. Nos expresa la proporción en que se encuentran los moles de soluto con

respecto a los moles totales de solución, que se calculan sumando los moles de soluto(s) y

de disolvente. Para calcular la fracción molar de una mezcla homogénea, se emplea la

siguiente expresión:

25

También puede expresarse así:

Donde nsol serían los moles de soluto y ndisol los moles de la solución completa y, todo esto,

multiplicado por 100.

La suma de todas las fracciones molares de una mezcla es:

Como el volumen de una disolución depende de la temperatura y de la presión; cuando

éstas cambian, el volumen cambia con ellas. Gracias a que la fracción molar no está en

función del volumen, es independiente de la temperatura y la presión. Además cabe notar

que en los gases ideales la variación del volumen será proporcional para cada uno de los

solutos, y por lo tanto también para la solución. De esta manera hay una relación directa

entre las fracciones molares y los volúmenes parciales. Por ejemplo, en una mezcla binaria

de 6 moles de etanol y 4 moles de agua, lo que da un total de 10 moles, la fracción molar

del etanol es de 6/10 = 0,6; mientras que la fracción molar del agua es 4/10 = 0,4. Todas las

fracciones molares de una disolución serán siempre menores que 1, y la suma de éstas dará

como resultado.

Ecuación General del Balance de Energía

Esta ecuación puede ser aplicada a un equipo individual o a toda una planta

En la ecuación (6) se pueden introducir algunas simplificaciones:

1. No hay acumulación de energía dentro del sistema

2. No hay generación de energía dentro del sistema

26

3. No se consume energía dentro del sistema

Si introducimos esas simplificaciones la ecuación (6) se reduce a:

Transferencia de energía a través = Transferencia de energía fuera

De la frontera del sistema de la frontera del sistema

Balances de Energía para Sistemas Cerrados

Se dice que un sistema es abierto o cerrado dependiendo que exista o no transferencia de

masa a través de la frontera del sistema durante el período de tiempo en que ocurre el

balance de energía. Por definición un proceso intermitente es un proceso cerrado y los

procesos semi-intermitente y continuo son sistemas abiertos.

Una ecuación integral de balance de energía puede desarrollarse para un sistema cerrado

entre dos instantes de tiempo.

Energía final del sistema – energía inicial del sistema = energía neta

transferida

Energía inicial del sistema = Ui + Eci + Epi

Energía final del sistema = Uf + Ecf + Epf

U = energía interna

Ec = energía cinética

Ep = energía potencial

Energía transferida(E) = Q + W

E = Et2 –Et1

Los subíndices se refieren a los estrados inicial y final

(Uf - Ui) + (Ecf - Eci) + (Epf - Epi) = Q +W

Si utilizamos el símbolo para indicar diferencia se tiene:

U + Ec + Ep = Q + W luego,

E = Q + W (7)

27

Donde E representa la acumulación de energía en el sistema asociada a la masa y está

compuesta por: energía interna(U), energía cinética y energía potencial(P).

La energía transportada a través de la frontera del sistema puede transferirse de dos modos:

como calor (Q) o como y trabajo (W)

Q y W representan la transferencia neta de calor y trabajo, respectivamente, entre el sistema

y su entorno

Si E = 0 ; Q = - W

La ecuación (7) es la es la forma básica de la primera ley de la termodinámica

Balance de Energía para Sistemas abiertos en Régimen Estacionario

Por definición en un sistema abierto se observa la transferencia de materia a través de sus

fronteras cuando ocurre un proceso. Debe realizarse trabajo sobre el sistema para que exista

una transferencia de materia hacia él y la masa que sale del sistema realiza trabajo sobre los

alrededores (entorno) ambos términos de trabajo deben incluirse en la ecuación de balance

de energía.

En la ecuación de balance de energía para un sistema abierto debemos incluir la energía

asociada a la masa que entra y sale del sistema, con lo cual se tiene:

ΔE=E t2−Et 1=Q+W−Δ [H+K+P ]

Significa lo que entra lo que sale del sistema menos lo que entra

Si consideramos régimen estacionario: E entrada = E salida; E = 0, no hay acumulación

de energía por lo que tenemos:

Q+W=Δ [H+K+P ] Si se considera que no hay variación de energía potencial ni de energía cinética y que W =

0 se tiene:

Q = H = Hproductos - Hreactivos

Entropía.

28

La entropía describe lo irreversible de los sistemas termodinámicos En termodinámica, la

entropía (simbolizada como S) es la magnitud física que mide la parte de la energía que no

puede utilizarse para producir trabajo.

Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el

transcurso de un proceso que se dé de forma natural. La palabra entropía procede del griego

(ἐντροπία) y significa evolución o transformación.

Interpretación estadística de la entropía En los años 1890 - 1900 el físico austríaco Ludwig

Boltzman y otros, desarrollaron las ideas de lo que hoy se conoce como mecánica

estadística, teoría profundamente influenciada por el concepto de entropía. Una de las

teorías termodinámicas estadísticas (la de Maxwell-Boltzmann), establece la siguiente

relación entre la entropía y la probabilidad termodinámica: s=k.In Ώ Donde S es la

entropía, k la constante de Boltzmann y Ω el número de microestados posibles para el

sistema (ln es la función logaritmo neperiano).

La célebre ecuación se encuentra grabada sobre la lápida de la tumba de Boltzmann en el

Zenmtralfriedhof de Viena, quien se suicidó en 1906, profundamente deprimido por la poca

aceptación de sus teorías en el mundo académico de la época. El significado literal de la

ecuación es el siguiente: La cantidad de entropía de un sistema es proporcional al logaritmo

natural de su número de microestados posibles.

Uno de los aspectos más importantes que describe esta ecuación, es la posibilidad de dar

una definición absoluta al concepto de la entropía. En la descripción clásica de la

termodinámica, carece de sentido hablar del valor de la entropía de un sistema, siendo

relevantes sólo los cambios en la misma. En cambio, la teoría estadística, permite definir la

entropía absoluta de un sistema.

Entalpia.

29

La Entalpía es la cantidad de energía de un sistema termodinámico que éste puede

intercambiar con su entorno. Por ejemplo, en una reacción química a presión constante, el

cambio de entalpía del sistema es el calor absorbido o desprendido en la reacción. En un

cambio de fase, por ejemplo de líquido a gas, el cambio de entalpía del sistema es el calor

latente, en este caso el de vaporización.

En un simple cambio de temperatura, el cambio de entalpía por cada grado de variación

corresponde a la capacidad calorífica del sistema a presión constante. El término de entalpía

fue acuñado por el físico alemán Rudolf J.E. Clausius en 1850. Matemáticamente, la

entalpía H es igual a U + pV, donde U es la energía interna, p es la presión y V es el

volumen. H se mide en julios. H = U + pV Cuando un sistema pasa desde unas condiciones

iníciales hasta otras finales, se mide el cambio de entalpía ( Δ H). ΔH = Hf – Hi La entalpía

recibe diferentes denominaciones según el proceso, así: Entalpía de reacción, entalpía de

formación, entalpía de combustión, entalpía de disolución, entalpía de enlace, etc. siendo

las más importantes.

Clases de Entalpia.

Entalpia de Reacción:

Es el calor absorbido o desprendido durante una reacción química, a presión constante.

Entalpía de formación:

Es el calor necesario para formar un mol de una sustancia, a presión constante y a partir de

los elementos que la constituyen.

Entalpía de Combustión:

Es el calor liberado, a presión constante, cuando se quema una mol de sustancia.

Entalpía Estándar

Se calcula restando las entalpías estándares de formación de los reactivos de las entalpías

estándares de formación de los productos.

30

CAPITULO IV

REFERENCIAS METODOLÓGICAS

Tipo de Investigación:

La presente es una investigación enmarcada en la investigación acción participativa

(IAP), La meta última de la investigación-acción participativa (IAP en adelante)

es conocer para transformar; siempre se actúa en dirección a un fin o un “para

qué”, pero esta acción no se hace “desde arriba” sino desde y con la base

social.

Dentro de este proceso secuencial “conocer-actuar-transformar”, la

investigación es tan sólo una parte de la “acción transformadora global”, pero

hay que tener en cuenta que se trata ya de una forma de intervención, al

sensibilizar a la población sobre sus propios problemas, profundizar en el

análisis de su propia situación u organizar y movilizar a los participantes.

Desde la óptica de la IAP, la población es el agente principal de cualquier

transformación social y de su activa colaboración dependerá el cambio efectivo

de la situación que vive.

Esta postura rechaza pues el asistencialismo que impera en la mayor

parte de los programas gestionados “desde arriba” por un Estado benefactor,

una institución social o un equipo técnico de profesionales. Por tanto, el objeto

de estudio o problema a investigar parte del interés de la propia población,

colectivo o grupo de personas y no del mero interés personal del investigador.

En consecuencia, se partirá de la propia experiencia de los participantes,

de las necesidades o problemas vividos o sentidos.

Con esta metodología se trata de explicar, es decir, de entender más y

mejor la realidad, de aplicar, o sea de investigar para mejorar la acción y de

implicar, esto es, de utilizar la investigación como medio de movilización social.

31

Diseño de la Investigación

El diseño de investigación es mixto (de campo y documental) Es de tipo documental,

por cuanto se revisaron algunos estudios sobre utilización de energía producida por turbinas

movidas a vapor y material documental bibliográfico y hemerográfico y es de campo por

cuanto se hizo la investigación in situ, donde ocurren los acontecimientos.

Cobertura Poblacional

La población objeto se trata de la comunidad integrante del alumnado del Instituto

Universitario de Tecnología José Antonio Anzoátegui, los cuales serán los beneficiados en

la ejecución del proyecto sobre dotación de un equipo didáctico para un futuro laboratorio

de termo dinámica.

32

CAPITULO V

CÁLCULOS

Una planta de potencia de vapor opera en un ciclo rankine ideal regenerativo. El vapor

entra a la turbina a 6Mpa y 450°C. Se condensa en el condensador A 20kpa se extrae vapor

de la turbina a 0.4Mpa para calentar el agua de alimentación de un calentador abierto. El

agua sale del calentador como un líquido saturado.

Realice el diagrama de la planta

Muestre en ciclo en un diagrama TS

Determine la salida neta de trabajo por Kg de vapor que pase a través de la caldera

Determine la eficiencia térmica del ciclo

Determine la fracción de vapor extraída de la turbina asía el intercambiador de

calor.

Resultados

Se realizo primeramente el cálculo de entalpias y entropías para cada una de los estados

obteniendo el conocimiento de las reacciones químicas de los fluidos, como también el

cambio de temperatura y faces por los cuales sufre alteraciones el fluido durante el siclo.

33

Estado 1

WBonba= V(P2 – P1)

Vf = 0,001017

hf1= 251,40

Balance De Energía Bomba 1

WBonba1= 0,001017 m3\kg (400 – 20 ) Kpa

WBonba1= 0,3864 kj\kg

h1 + WBonba1 = h2

252,40 + 0,3864 = h2

h2= 251,786

Estado 3

P3 = 0,4 MPA

Vf = 0,001084 m3\kg

h3= hf= 604.74 kj\ kg

WBonba2 = V( P4 -P 3)

WBonba2 = 0,001084 (6000 - 400)

WBonba2 = 6,0704

Estado 4

P4 = 6 MPA

S4 = S3

34

WBonba2 = 0,001084 m3\kg [(6000 – 400)]

WBonba2 = 6,0704 kj\kg

h4= h3 + WBonba2

h4= (604,74 + 6,0704)

h4= 610,81 kj\kg

Estado 5

P5 = 6 MPA

T5 = 450 °C

@ 6 MPA LaTsaT = 275.64 °C

T > TsaT @ Pdada V.J

450 °C 275,64 °C Agua Sobrecalentada

T > TsarT @ Pdada L.C

h5= 3.301,8

S5= 6.719,3

Estado 6

P6= 0,4 MPA

Proceso Isotrópico

S5=S6= 6,7193

S > Sg @ Pdada V.S

Vapor Sobrecalentado

S> Sf @ Pdada L.C

SF = 3,0267

Sg= 5,8892

35

Sfg= 2,8625

P= 0,4 MPA y entropía se busca ( 6,7193 )

S H

6,7193 X

6,8050 2.738,6

6,9299 2.752,8

X2 – X1 = X2 – Y2 =

Y1 - Y2 Y - Y1

6,7193 – 6,9299 =___X – 2752,8_____ = h6 = 2.715,37

6,8052 – 6,9299 = 2.738,6 – 2.752,8

Estado 7

P7 = 20 KPA

S5= S7 = 6,7193

S > Sg @ Pdada V.S

Mescla

S > SF @ Pdada L.C

SF = 0, 8320

SG = 7, 9055

Sfg=7, 0766

h7= hf + hfg

X= S- SF

X(hfg)

36

X= 6, 7193 – 0, 8320

7,0766

X= 0, 83

hf = 251, 40

hfg = 2.358, 3

h7 = [251, 40 + (0, 83) (2.358, 3)]

h7 = 2.208, 789

Vapor Extraído De la Turbina

Entra = Sale

Yh6 + h2 (1- Y) = h3 (1)

Yh6 + h2 – h2Y = h3

Yh6 – Yh2 = h2 – h3

Y= h3 – h2

h6 – h2

Y= 604,74 – 251 ,7864

2715,37 – 251,7864

Y= 0,143

37

Eficiencia térmica de ciclo

Tc = 1- Qsale Qentra

Qent = hsale – hentra

Qent = h5 - h4

Qent = (3.301,8 – 610, 81 )

Qent = 2.690,99 Kj\Kg

Balance Del Condensador

Qsale = ( 1- Y ) ( h7 – h1 ) = 0

Qsale =(1 - 0,143 )(1.949,076 – 251,40 )

Qsale = (0,857 x 1.697,676 )

Qsale = 1.454,908

Tc = 1- Qsale Qentra

Tc = 1- 1.454,908 2690,99

Tc = 0,54 = 54 %

Salida Neta del Trabajo Por Kg De Vapor Atreves De la Caldera

WNeta= entra - sale

38

WNeta= 2.690,99 – 1.454,908

WNeta= 1.236,082

CAPITULO VI

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

Se realizó un diagnóstico en las instalaciones de mecánica (áreas de talleres

y laboratorios) del Instituto Universitario de Tecnología José Antonio

Anzoátegui, sede El Tigre, y se pudo detectar que en muchos de ellos

existen carencias en cuando a los equipos necesarios para llevar a la práctica

conocimientos básicos de la especialidad.

Del diagnóstico realizado, se pudo observar que necesitan poseer los

conocimientos básicos del Ciclo Rankine, para mejorar la formación

profesional en el PNF de mecánica; razón por la cual se propuso el diseño de

un dispositivo generador de trabajo basado en el Ciclo Rankine, que a su vez

funciona como un modelo didáctico contribuir con el Programa Nacional de

Formación de Mecánica en la promoción de este conocimiento.

El estudio permitió ahondar en el conocimiento del Ciclo Rankine, y de un

prototipo generador de energía eléctrica a base de vapor el cual es utilizado

en las centrales termoeléctricas.

RECOMENDACIONES

Emplear el dispositivo para que sirva como prototipo didáctico para

demostrar a los futuros ingenieros el funcionamiento de una central termo

eléctrica basada en el Ciclo Rakine para generar energía eléctrica por medio

de vapor.

Se recomienda la creación de un Laboratorio de Termodinámica y Fluidos,

ya que el instituto no cuenta con dicho laboratorio, que es necesario ya que

estamos en proceso de evolución de universidad técnica a universidad

politécnica y las nuevas carreras requieren de este laboratorio para mejorar

39

las condiciones de formación del futuro ingeniero mecánico del PNF de

mecánica.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFIAS

Sánchez-Junco F., L (2012) Aplicación del Ciclo Orgánico de Rankine para el Aprovechamiento de Calor Residual en una Refinería. Departamento de Ingeniería Química y Combustibles.Universidad Politécnica de Madrid.

Energia generador por vapor : Disponible en:

http://html.rincondelvago.com/energia .hidraulica.html

http://www.ilustrado.com/tema/4482/desarrollo-historico-generadores-vapor-centrales-

nucleares.html

http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_de_vapor

http://energiaadebate.com/articulos/marzo2008/Sarmientomarzo2008.Htm

http://www.lenntech.es/faq-energia-agua.htm#ixzz1RXPXVQqt

40

41

42

Prototipo del Ciclo Rankine.

6Mpa

450°C

0,4 Mpa

7)20Kpa

2)0,4Mpa

4) 6Mpa

3)0,4Mpa

1)20Kpa

43

Proceso del Ciclo Rankine.

44

Ciclo Rankine Regenerativo.

45

Diagrama T-S

46

Diagrama P-V

47

Agua Saturada A.4

48

Continuación de Agua Saturada.

49

Agua Saturada A-5

50

Continuación Agua Saturada

55

51

Agua Sobrecalentada A-6

52

Continuación de Agua Sobrecalentada

53

Continuación Agua Sobrecalentada

54

Continuación Agua Sobrecalentada

55

Agua Liquida Comprimida A.7

56