Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
El ciclo de recalentamiento fue introducido a mediados de la década de
1920, pero fue abandonado en los años de 1930 debido a las dificultades operacionales.
Con el tiempo, al final de los años de 1940 el aumento constante
en las presiones de la caldera hizo necesario reintroducir un solo recalentamiento,
así como el doble recalentamiento a principios de la década de 1950.
Las temperaturas de recalentamiento son muy cercanas o iguales a la temperatura
de entrada a la turbina. La presión de recalentamiento óptima se
acerca a un cuarto de la presión máxima del ciclo. Por ejemplo, la presión
óptima de recalentamiento para un ciclo con una presión de caldera de 12
MPa es aproximadamente de 3 MPa.
Recuerde que el único propósito del ciclo de recalentamiento es reducir el
contenido de humedad del vapor en las etapas finales del proceso de expansión.
Si se contara con materiales que soportaran temperaturas suficientemente
altas, no habría necesidad del ciclo de recalentamiento.
EJEMPLO 10-4 El ciclo Rankine ideal con recalentamiento
Con si de re una cen tral eléc tri ca de va por que ope ra en el ci clo Ran ki ne ideal
con re ca len ta mien to. El va por en tra a la tur bi na de al ta pre sión a 15 MPa y
600 °C y se con den sa a una pre sión de 10 kPa. Si el con te ni do de hu me dad
del va por a la sa li da de la tur bi na de ba ja pre sión no ex ce de 10.4 por cien to,
de ter mi ne a) la pre sión a la que el va por se de be re ca len tar y b) la efi cien cia
tér mi ca del ci clo. Su pon ga que el va por se re ca lien ta has ta la tem pe ra tu ra de
en tra da de la tur bi na de al ta pre sión.
Solución Se tiene una central eléctrica de vapor que opera con el ciclo
Rankine ideal con recalentamiento. Se determinarán la presión de recalentamiento
y la eficiencia térmica para un contenido de humedad especificado a
la salida de la turbina.
Suposiciones 1 Existen condiciones estacionarias de operación. 2 Los cambios
en las energías cinética y potencial son insignificantes.
Análisis El esquema de la central y el diagrama T-s del ciclo se presentan
en la figura 10-13. Se observa que la central opera en el ciclo Rankine ideal
con recalentamiento, la turbina y la bomba son isentrópicas, no hay caídas de
presión en la caldera ni en el condensador, y el vapor sale del condensador y
entra a la bomba como líquido saturado a la presión del condensador.
a) La presión de recalentamiento se determina a partir del requerimiento de
que las entropías en los estados 5 y 6 sean las mismas:
Estado 6:
Además,
De modo que,
P 6 10 kPa
x 6 0.896 1vapor húmedo2
s 6 s f x 6 s fg 0.6492 0.896 17.49962 7.3688 kJ>kg # K
h 6 h f x 6 h fg 191.81 0.896 12 392.12 2 335.1 kJ>kg
Estado 5: T 5 600 °C
f P 5 4.0 MPa
s 5 s 6 h 5 3 674.9 kJ>kg
Por lo tanto, el vapor debe recalentarse a una presión de 4 MPa o menor para
evitar un contenido de humedad superior a 10.4 por ciento.
b) Para determinar la eficiencia térmica, es necesario saber las entalpías en
todos los demás estados: