Cuestionario Maquinas A Vapor 1q391m

CUESTIONARIO MAQUINAS MOTRICES I año 2.013

1. Dibuje el esquema de una instalación que describe un ciclo básico de Rankine y su correspondiente diagrama termodinámico en el plano h – s. 2. Explique brevemente cuatro principales modificaciones a un dado ciclo básico de Rankine, para mejorar el rendimiento. 3. ¿Qué factor define el limite más bajo, teóricamente, de la presión del condensador? ¿Qué impide llegar a tal límite, en la práctica y qué solución tecnológica suele emplearse para acercarse más a él? 4. Explique muy brevemente los principios en que se basan los actuales generadores de vapor de las grandes centrales térmicas y sus ventajas, en relación a las antiguas calderas de circulación natural. 5. Indicar gráficamente la evolución de la presión, volumen específico y velocidad a lo largo de una turbina: a- de acción con dos etapas de velocidad. b- de acción con etapas de presión c- de reacción con grado de reacción del 50%. 6. Defina los conceptos de Arrastre y Recalentamiento. 7. ¿Explique qué significa el Factor de Recalentamiento R y entre que límites suele encontrarse? 8. Exprese el par motor [Nm] y la potencia [Kw] entregada por una corona de acción en función de las velocidades relativas del vapor a través del paleteado. 9. Obtener una expresión para el rendimiento de paleta de una corona de acción, en función de: relación de velocidades ; ángulo de inclinación de tobera ; ángulos de las aristas de entrada y salida de las paletas móviles  y , respectivamente y coeficiente de paleta kp (suponer kp independiente de la velocidad y constante). 10. En relación a la pregunta 6, demostrar que el rendimiento de paleteado de una corona de acción alcanza el valor = cos2() y se obtiene, teóricamente, para una relación = ½ cos (). Indicar bajo que hipótesis se llega a estas expresiones. 11. Expresar el rendimiento de paleta solamente en función de los módulos de las velocidades relativas y absolutas del vapor. 12. Suponga disponer de un salto entálpico grande (por ejemplo 600 kj/kg) ¿Qué dificultades advierte ante la propuesta de aprovechar tal salto con:

a. una turbina de una sola corona de acción. b. Una turbina con dos o tres etapas de velocidad 13. ¿Qué desventajas presentaría una turbina de muchas etapas de velocidad? 14. En el proyecto de una turbina con etapas de presión ¿Qué espera que ocurra con el rendimiento, a medida que aumenta la cantidad de etapas? Suponga que el rendimiento de arrastre es unitario. 15. Indique las dos principales razones que limitan la cantidad de etapas de presión 16. Estimar la cantidad de etapas de presión en un proyecto de turbina de acción, si el salto entálpico ideal es ht, la velocidad de paleta Vp, el coeficiente de tobera kt = 0.95, el coeficiente de paleta kp =1 y la velocidad de salida en cada corona móvil es axial. 17. De acuerdo a la expresión del punto 7, el rendimiento de paleteado es mayor cuanto menor sea el ángulo de inclinación del eje de la tobera respecto al plano de rotación, el cual generalmente vale entre 10 y 30 grados. ¿Explicar la razón que impide adoptar ángulos menores? 18. Explicar que efectos limiten la altura mínima de las toberas. Como varía el rendimiento de tobera con la relación de esbeltez. 19. Explicar las razones que limitan la altura máxima de paletas y toberas. Que valores suele alcanzar la altura de paleta en relación al diámetro medio. 20. El trabajo que se obtiene de una corona móvil, de acción, aumenta con el ángulo de desviación del flujo que provoca la curvatura de la paleta, Explicar las razones que limitan esta curvatura y su relación con el ancho de paleta. 21. Explicar como afecta al rendimiento el paso de tobera (o cantidad de toberas), en el proyecto de una turbina de vapor. 22. Explique, con ayuda de un esquema, como se obtienen las pérdidas en un ensayo de toberas para turbinas de vapor y demuestre que la energía perdida en cualquier tubo de corriente que pasa por su interior es proporcional a la diferencia de presiones totales entre la entrada y la salida. 23. Explique qué factores influyen, fundamentalmente, en el coeficiente de paleta kp. 24. Explicar mediante un diagrama de velocidades el efecto sobre el rendimiento de una turbina trabajando a carga parcial. Explicar la adopción de ángulos de paleta a entrada p, mayores que el ángulo de la velocidad relativa  25. Explicar mediante un diagrama de velocidades como, en una turbina embalada, se alcanza una velocidad de fuga igual al doble, aproximadamente, de la velocidad de la paleta normal. 26. Defina Grado de reacción.

27. A partir del principio de conservación de la cantidad de movimiento, encontrar una expresión para el trabajo de paleteado específico para una etapa de turbina de reacción, en función del ángulo de tobera , relación de velocidades  y velocidad de paleta Vp. Considerar paletas idénticas para coronas fijas y móviles, 50% de reacción. 28. Demostrar que el rendimiento de paleteado de una turbina de reacción, en condiciones óptimas de funcionamiento, puede alcanzar un valor igual a cos2() y que el mismo se obtiene para una relación óptima op = cos() . Explicar bajo que hipótesis se obtienen estas expresiones. 29. Demostrar que, para una velocidad de pala Vp, con una etapa de presión (de una turbina de acción) se obtiene el doble de trabajo por unidad de masa, respecto a una etapa de reacción, trabajando ambas en condiciones teóricamente óptimas. 30. Calcular el empuje de una corona de reacción a partir del teorema de Variación de Cantidad de Movimiento, si los coeficientes de tobera kp son unitarios, el grado de reacción 50% y relación de velocidades  = cos α. 31. Demostrar que, a igual salto entálpico, por etapa, las velocidades óptimas de paleta de una turbina de reacción y de una turbina de acción guardan la relación: Vpr = 21/2Vpa (los subíndices a y r significan acción y reacción respectivamente). 32. Demostrar que en una rueda de dos coronas de velocidad se obtiene 4 veces más trabajo que en una rueda de una corona de acción, a igual velocidad de paleta. 33. Explique el concepto de parcializado en las turbinas de reacción.