Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 10
turbina a 10 MPa y 500 °C y al condensador a 10 kPa. La
eficiencia isentrópica de la turbina es de 80 por ciento, y la
de las bombas es de 95 por ciento. Se extrae vapor de la turbina
a 0.5 MPa para calentar el agua de alimentación en un
calentador abierto. El agua sale del calentador como líquido
saturado. Muestre el ciclo en un diagrama T-s y determine a)
el flujo másico de vapor a través de la caldera y b) la eficiencia
térmica del ciclo. También determine la destrucción
de exergía asociada con el proceso de regeneración. Suponga
una temperatura de fuente de 1.300 K y una temperatura de
sumidero de 303 K.
10-101 Repita el problema 10-100 suponiendo que tanto la
bomba como la turbina son isentrópicas.
10-102 Considere un ciclo Rankine ideal con recalentamiento
y regeneración, con un calentador abierto de agua de
alimentación. La presión de la caldera es de 10 MPa, la presión
del condensador es de 15 kPa, la presión del recalentador
es de 1 MPa y la presión del agua de alimentación es de 0.6
MPa. El vapor entra tanto a la turbina de alta presión como a
la de baja presión a 500 °C. Muestre el ciclo en un diagrama
T-s con respecto a las líneas de saturación, y determine a) la
fracción de vapor que se extrae para la regeneración y b) la eficiencia
térmica del ciclo.
Respuestas: a) 0.144, b) 42.1 por ciento
10-103 Repita el problema 10-102 suponiendo una eficiencia
isentrópica de 84 por ciento para las turbinas y 100 por
ciento para las bombas.
10-104 Una planta termoeléctrica de vapor de agua que
opera en el ciclo Rankine ideal regenerativo con tres calentadores
de agua de enfriamiento, como se muestra en la figura,
mantiene la caldera a 6.000 kPa, el condensador a 7.5 kPa, el
recalentador a 800 kPa, el calentador cerrado de agua de alimentación
de alta presión a 3.000 kPa, el calentador cerrado
de agua de alimentación de baja presión a 1 800 kPa, y el
calentador abierto de agua de alimentación a 100 kPa. La temperatura
a la entrada de ambas turbinas es 500 °C. Determine
las siguientes cantidades para este sistema por unidad de flujo
másico a través de la caldera:
a) El flujo necesario para dar servicio al calentador cerrado
de agua de alimentación de alta presión.
b) El flujo necesario para dar servicio al calentador cerrado
de agua de alimentación de baja presión.
c) El flujo necesario para dar servicio al calentador abierto
de agua de alimentación.
d) El flujo a través del condensador.
e) El trabajo producido por la turbina de alta presión.
f) El trabajo producido por la turbina de baja presión.
g) El calor suministrado en la caldera y el recalentador.
h) El calor rechazado en el condensador.
i) La eficiencia térmica.
10-105 Reconsidere el problema 10-104. Usando software
EES (u otro), determine la presión óptima
de purga para el calentador abierto de agua de alimentación
que maximice la eficiencia térmica del ciclo.
10-106 Se va a suministrar vapor de agua de una caldera a
una turbina de alta presión cuya eficiencia isentrópica es de 75
por ciento en condiciones que se deben determinar. El vapor
debe salir de la turbina de alta presión como vapor saturado
a 1.4 MPa, y la turbina debe producir 1 MW de potencia. El
vapor a la salida de la turbina se extrae a razón de 1 000 kg/min
y se conduce a un calentador de proceso, mientras el resto del
vapor se alimenta a una turbina de baja presión cuya eficiencia
isentrópica es 60 por ciento. La turbina de baja presión permite
que el vapor se expanda a una presión de 10 kPa y produce
0.8 MW de potencia. Determine la temperatura, la presión y el
flujo de vapor a la entrada de la turbina de alta presión.
10-107 Una planta textil necesita 4 kg/s de vapor de agua
saturado a 2 MPa, que se extrae de la turbina de una planta
de cogeneración. El vapor entra a la turbina a 8 MPa y 500
°C a razón de 11 kg/s, y sale a 20 kPa. El vapor extraído sale
del calentador de proceso como líquido saturado, y se mezcla
con el agua de alimentación a presión constante. La mezcla se
bombea a la presión de la caldera. Suponiendo una eficiencia
isentrópica de 88 por ciento tanto para la turbina como para las
bombas, determine a) la tasa de suministro de calor de proceso,
b) la producción neta de potencia y c) el factor de utilización
de la planta.
Respuestas: a) 8.56 MW, b) 8.60 MW, c) 53.8 por ciento
FIGURA P10-104 FIGURA P10-107