Calculo Tobera Turbina de Vapor

Universidad Distrital Francisco José de Caldas Cálculo de una tobera de una turbina de vapor.

Johan Adolfo Suárez, Andrés Felipe Romero. .

1

TALLER 1

CÁLCULO DE UNA TOBERA DE TURBINA DE VAPOR.

JOHAN ADOLFO SUÁREZ

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

[email protected]

ANDRÉS FELIPE ROMERO

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

[email protected]

1. Memorias de cálculos de las dimensiones de la tobera.

Mediante el diagrama de Mollier se define el punto de cruce de la línea de presión con la línea de

saturación (donde la calidad de la mezcla es igual a 1) por lo tanto obtenemos la entalpia inicial del

proceso; la entropía es constante en el ejercicio debido a que se asume como un proceso adiabático

he ideal por que no se tiene en cuenta la fricción dentro de la tobera. De esta manera encontramos el

cruce con la línea de presión de salida la cual nos muestra el valor de la entalpia final como se

ilustra en la siguiente figura:

Figura 1



2

Tabla 1

Tabla 2

En la tabla anterior se muestran los principales datos para el desarrollo del ejercicio planteado para

la clase. Pero es necesario encontrar datos como la presión critica (Pc = 0.58(P1)), la cual es

importante para definir el tipo de tobera que se debe diseñar. En nuestro caso resulto ser

convergente y divergente ya que la presión en la salida de la tobera es menor que el valor de la

presión critica encontrado (110.2 psi).

Conjunto a esto, el flujo másico es constante en todo el recorrido y tenemos un ángulo de salida

de 3.35°, con ese ángulo se garantiza que no se presentaran explosiones en la parte divergente de la

PRESION ENTRADA TOBERA (P1 psi) 190

PRESIÓN CRÍTICA (Pc psi) 110,2

PRESION SALIDA TOBERA (P2 psi) 4

FLUJO MÁSICO (Lb/s) 9,5

VELOCIDAD ENTRADA TOBERA (V1 ft/s) 1,23

CTE JOULE ( J Lb*ft/BTU) 777,8

GRAVEDAD (ft/s) 32,2

ENTROPIA S (BTU/Lbm R) CTE=Sg 1,5503

ENTALPIA H ( BTU/Lbm) h1=hg 1198,1

DATOS INICIALES DEL EJERCICIO

190 0,02 31,6752159 2,404 1 2,404 0,0758953 0,310858355 3,73030026 125,1724421

180 4,58071265 479,010308 2,5322 0,99555816 2,52095238 0,005262835 0,081858729 0,98230475 1805,110623

170 9,36958036 685,074296 2,6749 0,99098558 2,65078734 0,003869343 0,070189753 0,84227703 2455,197265

160 14,41153767 849,635243 2,8347 0,98624587 2,79571117 0,003290484 0,064726928 0,77672314 2887,113271

150 19,72670628 994,04152 3,015 0,98134381 2,9587516 0,002976487 0,061561203 0,73873443 3191,682075

140 25,36481022 1127,17921 3,2202 0,9762395 3,14368642 0,002788985 0,059590665 0,71508798 3406,256561

130 31,37446823 1253,61823 3,4557 0,97090681 3,35516265 0,002676383 0,058375316 0,70050379 3549,566573

120 37,80979425 1376,19265 3,7289 0,96531565 3,59956554 0,002615597 0,057708599 0,69250319 3632,057823

110 44,72573232 1496,77245 4,041 0,95942483 3,87703572 0,002590264 0,057428453 0,68914143 3667,579892

100 52,21923455 1617,3063 4,4327 0,95318369 4,22517733 0,002612478 0,057674181 0,69209017 3636,394097

90 60,41326512 1739,57503 4,8972 0,94650374 4,63521813 0,002664569 0,058246336 0,69895603 3565,30423

80 69,44843522 1865,12623 5,4733 0,93930623 5,14110481 0,002756438 0,059241933 0,71090319 3446,476941

70 79,52755505 1995,88632 6,2075 0,93147349 5,78212168 0,00289702 0,060733851 0,72880621 3279,232275

60 90,9750288 2134,70603 7,1766 0,92280007 6,62256698 0,003102332 0,062849126 0,75418952 3062,212481

50 104,2300786 2284,93315 8,5175 0,91302222 7,77666675 0,003403455 0,065828673 0,78994407 2791,281358

40 120,0848853 2452,56842 10,501 0,90166449 9,46837878 0,003860597 0,070110385 0,84132462 2460,759178

30 139,9102511 2647,29121 13,749 0,88790824 12,2078504 0,00461145 0,076625592 0,91950711 2060,089669

20 166,7542967 2890,11723 20,093 0,86993396 17,479583 0,006048053 0,087753189 1,05303827 1570,753357

10 209,9043998 3242,55764 38,425 0,84225785 32,3637578 0,009980935 0,112730316 1,35276379 951,814613

8 223,0984854 3342,9143 47,347 0,83402471 39,4885678 0,011812617 0,12263888 1,47166656 804,2248081

6 239,6557258 3464,74148 61,982 0,82381841 51,0619124 0,014737582 0,136983489 1,64380187 644,610483

4 262,2006394 3624,04683 90,629 0,81013853 73,4220448 0,020259684 0,160609578 1,92731494 468,9115511

vs=vg

( ft^3/lb)CALIDAD(X) X*vs A(ft^2) D(ft) D(in) FLUJO DE MASA (lb/ft)PRESIÓN(PSI)

SALTO TERMICO h1-h

(BTU/lb)V(ft/s^2)



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tobera porque es menor que el ángulo máximo recomendado (6°), el cual encontramos mediante la

siguiente formula:

tan−1 α =D − d

2l

D= 1,92731494 in d= 0,68914143 in l=10,60 in

2. Dibujo en tres dimensiones y vista longitudinal.

Figura 2

Figura 3



4

Figura 4

Figura 5



5

3. Especificaciones y análisis de la presión critica.

Tabla 3

Tabla 4

A partir de los datos obtenidos en la tabla anterior encontramos una reducción en la presión y

calidad inicial hasta el punto crítico, de manera inversa el salto térmico y la velocidad del vapor

aumentan, desde el inicio del proceso hasta el punto crítico el flujo de masa aumenta para luego

reducirse hasta la salida de la tobera.

Como segunda medida encontramos que antes del punto crítico la tobera presenta forma

convergente, cuando supera la presión crítica se convierte en una tobera divergente.

4. Análisis de flujo másico por unidad de área.

Figura 6

110 44,72573232 1496,77245 4,041 0,95942483 3,87703572 0,002590264 0,057428453

vs=vg

( ft^3/lb)CALIDAD(X) X*vs A(ft^2) D(ft)PRESIÓN(PSI)

SALTO TERMICO h1-h

(BTU/lb)V(ft/s^2)

0,68914143 3667,579892 305,78 883,44 0,48341 1,11201 1153,37427

h

DATOS SUMINISTRADOS TABLA A-5E

Sf Sfghf hfgD(in) FLUJO DE MASA (lb/ft)



6

Se evidencia un aumento del flujo de masa desde la entrada de la tobera hasta el punto crítico,

llegado a un punto máximo de 3667,57 lbm/ft2 a 110 psi y una longitud de 8 in; desde este momento

se presenta caída de flujo hasta llegar a 468,91 lbm/ft2 con 4 psi y 18.6 in A la salida de la tobera.

5. Suposición para la distribución de presiones a lo largo de la tobera explicar

∆𝑷

∆𝑿= 𝑲

∆𝑷 = 𝟏𝟎 𝒑𝒔𝒊

∆𝑿 = 𝟏 𝒊𝒏 𝑲 = 𝟏𝟎

La caída de presión respecto a la longitud utilizada es lineal, siendo K la pendiente de la relación

entre la variación de presión y cada sección transversal de la longitud de la tobera.

∆𝑿 =∆𝑷

𝑲

∆𝑷 = 𝟐 𝒑𝒔𝒊 𝑲 = 𝟏𝟎

Cuando se presenta una caída de presión de 2 psi se despega la variación de longitud de cada plano

obtenido una distancia entre planos de 0.2 in

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