Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 10
Bajo condiciones óptimas, una planta de cogeneración simula a una planta
de cogeneración ideal como la anteriormente analizada. Es decir, todo el
vapor se expande en la turbina hasta la presión de extracción y continúa hacia
la unidad de calentamiento de proceso. Nada de vapor pasa por la VRP o el
condensador, por lo tanto, no se rechaza calor de desecho (m . 4 m. 6 y m. 5
m . 7 0). Esta condición es difícil de lograr en la práctica debido a las variaciones
constantes en las cargas de calor requerido para proceso y de potencia.
Pero la planta se debe diseñar de tal manera que las condiciones de operación
se aproximen a las óptimas la mayor parte del tiempo.
El uso de la co ge ne ra ción da ta de prin ci pios del si glo XX, cuan do las cen trales
eléctricas se integraron a la comunidad para proporcionar calentamiento en
zonas urbanas, es decir, para espacios, agua caliente y calentamiento de unos
procesos en edificios residenciales y comerciales. Los sistemas de calentamiento
en zonas urbanas perdieron su popularidad en la década de 1940 debido a los
ba jos pre cios de los com bus ti bles. Sin em bar go, el rá pi do au men to de los precios
en los com bus ti bles du ran te los años de 1970 re no vó el in te rés por el ca lentamiento
en zonas urbanas.
Las plantas de cogeneración han probado ser económicamente muy atractivas.
Consecuentemente, más y más de éstas se han instalado en los últimos
años y se pronostica que serán instaladas aún más.
EJEMPLO 10-8 Una planta ideal de cogeneración
Con si de re la planta de co ge ne ra ción que se mues tra en la fi gu ra 10-24. El
va por de agua en tra a la tur bi na a 7 MPa y 500 °C. De la tur bi na se ex trae una
parte de va por a 500 kPa pa ra ca len ta mien to de pro ce so, mien tras el res tan te
con ti núa su ex pan sión has ta 5 kPa. Des pués el va por se con den sa a pre sión
cons tan te y se bom bea has ta la pre sión de la cal de ra que es tá a 7 MPa. En
mo men tos de al ta de man da de ca lor de pro ce so, una par te del va por que sa le
de la cal de ra se es tran gu la has ta 500 kPa y se en vía al ca len ta dor de pro ce so.
Las frac cio nes de ex trac ción se ajus tan de mo do que el va por que sa le del
ca len ta dor de pro ce so lo ha ga co mo lí qui do sa tu ra do a 500 kPa. En se gui da
se bom bea has ta 7 MPa. El flu jo má si co de va por a tra vés de la cal de ra es
de 15 kg/s. Si se desprecia cual quier caí da de pre sión y cual quier pér di da de
ca lor en la tu be ría y se su po ne que la turbina y la bom ba son isen tró pi cas,
de ter mi ne a) la ta sa má xi ma a la cual pue de su mi nis trar se el ca lor de pro ce so,
b) la po ten cia pro du ci da y el fac tor de uti li za ción cuan do no se su mi nis tra ca lor
de pro ce so y c) la ta sa de su mi nis tro de ca lor de pro ce so cuan do 10 por cien to
del va por se ex trae an tes de que en tre a la tur bi na, y cuan do 70 por cien to del
va por se ex trae de la tur bi na a 500 kPa pa ra el ca len ta mien to de pro ce so.
So lu ción Se tie ne una planta de co ge ne ra ción. Se de ter mi na rá la ta sa
má xi ma del ca lor de pro ce so su mi nis tra da, la po ten cia pro du ci da y el fac tor
de uti li za ción cuan do no se su mi nis tra ca lor de pro ce so, así co mo la ta sa de
su mi nis tro de ca lor de pro ce so cuan do se ex trae va por de la lí nea de va por y
de la tur bi na a las ta sas es pe ci fi ca das.
Suposiciones 1 Existen condiciones estacionarias de operación. 2 La caída de
presión y las pérdidas de calor en la tubería son insignificantes. 3 Los cambios
en las energías cinética y potencial son insignificantes.
Análisis El esquema de la planta de cogeneración y el diagrama T-s del ciclo
se muestran en la figura 10-24. La planta opera en un ciclo ideal y en consecuencia
las bombas y las turbinas son isentrópicas; no existen caídas de
presión en la caldera, el calentador de proceso y el condensador; además, el
vapor sale del condensador y el calentador de proceso como líquido saturado.