Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
y
h tér 1 q salida 2 143.3 kJ >kg
1 0.450 o 45.0%
q entrada 3 896.1 kJ >kg
Comentario Este problema fue resuelto en el ejemplo 10-3c) para los mismos
límites de presión y temperatura, pero sin el proceso de recalentamiento. Una
comparación de los dos resultados revela que el recalentamiento reduce el
contenido de humedad de 19.6 a 10.4 por ciento mientras que incrementa la
eficiencia térmica de 43.0 a 45.0 por ciento.
10-6 ■ EL CICLO RANKINE IDEAL REGENERATIVO
T
Adición de calor
a baja temperatura
2
1
2´
Líquido que entra
a la caldera
Vapor que sale
de la caldera
FIGURA 10-14
La primera parte del proceso de adición
de calor en la caldera sucede a temperaturas
relativamente bajas.
4
3
s
Un examen cuidadoso del diagrama T-s del ciclo Rankine dibujado en la
figura 10-14 revela que el calor se transfiere al fluido de trabajo durante el
proceso 2-2′ a una temperatura relativamente baja. Esto reduce la temperatura
promedio a la que se añade el calor y por consiguiente la eficiencia del ciclo.
Pa ra re me diar es ta de fi cien cia, bus que mos la ma ne ra de ele var la tem pera
tu ra del lí qui do que sa le de la bom ba (lla ma do agua de ali men ta ción) an tes
de que en tre a la cal de ra. Una po si bi li dad es trans fe rir ca lor al agua de alimen
ta ción del va por de ex pan sión en un in ter cam bia dor de ca lor a con tra flu jo
in te gra do a la tur bi na, es to es, uti li zar re ge ne ra ción. Sin em bar go, es ta so lución
es im prác ti ca de bi do a que es di fí cil di se ñar tal in ter cam bia dor de ca lor
por que in cre men ta ría el con te ni do de hu me dad del va por en las eta pas fi na les
de la tur bi na.
Un proceso de regeneración práctico en las centrales eléctricas de vapor se
lo gra con la ex trac ción o “dre na do” o “purga” del va por de la tur bi na en di versos
pun tos. Es te va por, que po dría pro du cir más tra ba jo si se ex pan diera aún
más en la tur bi na, se uti li za en cam bio pa ra ca len tar el agua de ali men ta ción.
El dispositivo donde el agua de alimentación se calienta mediante regeneración
se lla ma regenerador o calentador de agua de alimentación (CAA).
La regeneración no sólo mejora la eficiencia del ciclo, también proporciona
un medio conveniente de desairear el agua de alimentación (al eliminar el aire
que se filtra al condensador) para evitar la corrosión en la caldera. Asimismo,
ayuda a controlar el gran flujo volumétrico del vapor en las etapas finales de
la turbina (debido a los grandes volúmenes específicos a bajas presiones). Por
consiguiente, la regeneración se utiliza en todas las centrales eléctricas de vapor
modernas desde su introducción a principios de la década de 1920.
Un calentador del agua de alimentación es un intercambiador de calor
donde éste se transfiere del vapor al agua de alimentación mediante la mezcla
de ambos flujos de fluido (calentadores de agua de alimentación abiertos) o
sin mezclarlos (calentadores de agua de alimentación cerrados). La regeneración
con ambos tipos de calentadores de agua de alimentación se estudia a
continuación.
Calentadores abiertos de agua de alimentación
Un calentador abierto de agua de alimentación (o de contacto directo) es
básicamente una cámara de mezclado en la que el vapor extraído de la turbina
se mezcla con el agua de alimentación que sale de la bomba. Idealmente, la
mezcla sale del calentador como líquido saturado a la presión del calentador.
El esquema de la central eléctrica de vapor con un calentador abierto de agua
de alimentación (denominado también ciclo regenerativo de una sola etapa) y
el diagrama T-s del ciclo se muestran en la figura 10-15.