Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
El agua entra a la bomba en el estado 1 como líquido saturado y se condensa
isentrópicamente hasta la presión de operación de la caldera. La temperatura
del agua aumenta un poco durante este proceso de compresión isentrópica
debido a una ligera disminución en el volumen específico del agua.
La distancia vertical entre los estados 1 y 2 en el diagrama T-s se exagera de
manera considerable para mayor claridad. (Si el agua fuera realmente incompresible,
¿habría un cambio de temperatura durante este proceso?)
El agua entra a la caldera como líquido comprimido en el estado 2 y sale
como vapor sobrecalentado en el estado 3. La caldera es básicamente un gran
intercambiador de calor donde el calor que se origina en los gases de combustión,
reactores nucleares u otras fuentes, se transfiere al agua esencialmente a
presión constante. La caldera, junto con la sección (sobrecalentador) donde el
vapor se sobrecalienta, recibe el nombre de generador de vapor.
El va por so bre ca len ta do en el es ta do 3 en tra a la tur bi na don de se ex pan de
isen tró pi ca men te y pro du ce tra ba jo al ha cer gi rar el eje co nec ta do a un ge nera
dor eléc tri co. La pre sión y la tem pe ra tu ra del va por dis mi nu yen du ran te
es te pro ce so has ta los va lo res en el es ta do 4, don de el va por en tra al con densa
dor. En es te es ta do el va por es por lo ge ne ral un vapor húmedo con una al ta
ca li dad. El va por se con den sa a pre sión cons tan te en el con den sa dor, el cual
es bá si ca men te un gran in ter cam bia dor de ca lor, re cha zando el calor ha cia un
me dio de en fria mien to co mo un la go, un río o la at mós fe ra. El va por sa le del
con den sa dor co mo lí qui do sa tu ra do y en tra a la bom ba, com ple tan do el ci clo.
En áreas don de el agua es muy va lio sa, las cen tra les eléc tri cas son en friadas
con ai re en lu gar de agua. Es te mé to do de en fria mien to, que tam bién se
em plea en mo to res de au to mó vil, es conocido como en fria mien to se co. Va rias
cen tra les eléc tri cas en el mun do, in clui das al gu nas en Es ta dos Uni dos, uti li zan
en fria mien to se co pa ra con ser var el agua.
Recuerde que el área bajo la curva del proceso en un diagrama T-s representa
la transferencia de calor para procesos internamente reversibles; y
observe que el área bajo la curva del proceso 2-3 representa el calor transferido
hacia el agua en la caldera y que el área bajo la curva del proceso 4-1
representa el calor rechazado en el condensador. La diferencia entre estas dos
(el área encerrada por el ciclo) es el trabajo neto producido durante el ciclo.
Análisis de energía del ciclo Rankine ideal
Los cuatro componentes asociados con el ciclo Rankine (la bomba, la caldera,
la turbina y el condensador) son dispositivos de flujo estacionario, por lo tanto
los cuatro procesos que conforman el ciclo Rankine pueden ser analizados
como procesos de flujo estacionario. Por lo general, los cambios en la energía
cinética y potencial del vapor son pequeños en relación con los términos de
trabajo y de transferencia de calor, de manera que son insignificantes. Entonces,
la ecuación de energía de flujo estacionario por unidad de masa de vapor
se reduce a
1q entrada q salida 2 1w entrada w salida 2 h s h e
1kJ>kg2
(10-1)
La caldera y el condensador no incluyen ningún trabajo y se supone que la
bomba y la turbina son isentrópicas, entonces la relación de conservación de
la energía para cada dispositivo puede expresarse como:
Bomba (q 0): (10-2)
w bomba,entrada h 2 h 1