Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 10
ción, así co mo re ca len ta mien to. La ener gía pa ra el pro ce so de re ca len ta mien to
pue de ser su mi nis tra da que man do al gún com bus ti ble adi cio nal en los ga ses de
es ca pe ri cos en oxí ge no.
Los re cien tes de sa rro llos tec no ló gi cos pa ra las tur bi nas de gas han lo gra do
que el ci clo com bi na do de gas y va por re sul te muy atrac ti vo des de el pun to de
vis ta eco nó mi co, ya que el ci clo com bi na do au men ta la efi cien cia sin in cremen
tar mu cho el cos to ini cial. Así, mu chas cen tra les eléc tri cas nue vas ope ran
en ci clos com bi na dos, y mu chas cen tra les de va por o de tur bi na de gas existen
tes se es tán con vir tien do en cen tra les de ci clo com bi na do. Co mo re sul ta do
de es ta con ver sión, se han re por ta do efi cien cias tér mi cas muy por en ci ma de
40 por cien to.
Una cen tral com bi na da To ho ku de 1 090 MW que se pu so en ope ra ción
co mer cial en 1985 en Nii ga ta, Ja pón, se re por ta con una ope ra ción que po see
una efi cien cia tér mi ca de 44 por cien to. Es ta cen tral tie ne dos tur bi nas de
va por de 191 MW y seis tur bi nas de gas de 118 MW. Los ga ses de com bustión
ca lien tes en tran a la tur bi na de gas a 1 154 °C, mien tras que el va por
en tra a las tur bi nas de va por a 500 °C. El va por se en fría en el con den sa dor
me dian te agua fría que se ha lla a una tem pe ra tu ra pro me dio de 15 °C. Los
com pre so res tie nen una re la ción de pre sión de 14 y el flu jo má si co del ai re a
tra vés del com pre sor es de 443 kg/s.
Una cen tral eléc tri ca de ci clo com bi na do de 1 350 MW cons trui da en 1988
por la com pa ñía ale ma na Sie mens en Am bar li, Tur quía, es la pri me ra ter moe
léc tri ca en ope ra ción co mer cial en el mun do que al can za un ni vel de efi ciencia
tan al to co mo 52.5 por cien to ba jo las con di cio nes de ope ra ción de di se ño.
Es ta cen tral tie ne seis tur bi nas de gas de 150 MW y tres tur bi nas de va por de
173 MW. Al gu nas cen tra les mo der nas de ci clo com bi na do han al can za do eficien
cias por arriba de 60 por cien to.
EJEMPLO 10-9 Un ci clo de po ten cia com bi na do de gas y va por
Con si de re el ci clo de po ten cia com bi na do de gas y va por mos tra do en la fi gu ra
10-26. El ci clo su pe rior es un ci clo de tur bi na de gas que tie ne una re lación
de pre sión de 8. El ai re en tra al com pre sor a 300 K y a la tur bi na a
1 300 K. La efi cien cia isen tró pi ca del com pre sor es de 80 por cien to, mientras
que la de la tur bi na de gas es de 85 por cien to. El ci clo in fe rior es un
ci clo Ran ki ne ideal sim ple que ope ra en tre los lí mi tes de pre sión de 7 MPa
y 5 kPa. El va por se ca lien ta en un in ter cam bia dor de ca lor por me dio de los
ga ses de es ca pe has ta una tem pe ra tu ra de 500 °C. Los ga ses de es ca pe sa len
del in ter cam bia dor de ca lor a 450 K. De ter mi ne a) la re la ción en tre los flu jos
má si cos del va por y de los ga ses de com bus tión y b) la efi cien cia tér mi ca del
ci clo com bi na do.
Solución Se con si de ra un ci clo com bi na do de gas y va por. Se de ter mi na rán
la re la ción en tre los flu jos má si cos del va por y los ga ses de com bus tión, así
co mo la efi cien cia tér mi ca.
Análisis Los dia gra mas T-s de am bos ci clos se pre sen tan en la fi gu ra 10-26.
En el ejem plo 9-6 se ana li zó so la men te el ci clo de la tur bi na de gas, mien tras
que el ci clo de va por fue ana li za do en el ejem plo 10-8b), con los si guien tes
re sul ta dos:
Ciclo de gas:
h 4 ¿ 880.36 kJ >kg 1T 4 ¿ 853 K2
q entrada 790.58 kJ >kg w neto 210.41 kJ >kg h tér 26.6 %
h 5
¿ h a 450 K 451.80 kJ > kg
T, K
1 300
450
300
2¿
1¿
2
1
5¿
5 kPa
7 MPa
3¿
3
4
4¿
500 °C
7 MPa
FIGURA 10-26
Diagrama T-s del ciclo combinado
de gas y vapor descrito en el ejemplo 10-9.
s