Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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ENERGÍA, TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
h turbina = 0.75 h generador = 0.97
FIGURA 2-61
La eficiencia global de un conjunto de
turbina y generador es el producto de las
eficiencias de una y otro, y representa
la fracción de la energía mecánica del
fluido convertida en energía eléctrica.
1
Turbina
Generador
.
W eléctrica, salida
h turbina-generador = h turbina h generador
= 0.75 × 0.97
= 0.73
La eficiencia mecánica no debe confundirse con la eficiencia del motor y
la eficiencia del generador, definidas como
Motor:
Salida de potencia mecánica
h motor
Entrada de potencia eléctrica
W# flecha,salida
W # eléctrica,entrada
(2-47)
y
Generador:
Salida de potencia eléctrica
h generador
Entrada de potencia mecánica W# eléctrica,salida
W # flecha,entrada
(2-48)
Una bomba normalmente viene provista de un motor, y una turbina de un
generador. Por lo tanto, normalmente el interés está en la eficiencia combinada
o global de las combinaciones entre bomba-motor y turbina-generador
(Fig. 2-61), lo cual se define como
y
W# bomba,u
h bomba-motor h bomba h motor
W # eléctrica,entrada
h turbina-generador h turbina h generador W# eléctrica,salida
W # turbina,e
¢E# mecánica,fluido
W # eléctrica,entrada
W# eléctrica,salida
0 ¢E # mecánica,fluido
(2-49)
(2-50)
Las eficiencias recién definidas varían entre 0 y 100 por ciento: el límite inferior
de 0 por ciento corresponde a la conversión de toda la energía mecánica o
eléctrica que entra en energía térmica, y el dispositivo en este caso funciona como
un calentador de resistencia. El límite superior de 100 por ciento corresponde al
caso de conversión perfecta sin fricción u otras irreversibilidades y, por lo tanto,
ninguna conversión de energía mecánica o eléctrica en energía térmica.
h = 70 m
EJEMPLO 2-16 Generación de potencia en una
central hidráulica
Generador
Turbina
2
.
m = 1 500 kg/s
Se va a generar potencia eléctrica instalando un generador de turbina hidráulica
en un sitio ubicado a 70 m debajo de la superficie libre de un embalse
grande de agua que puede suministrar agua a razón de 1 500 kg/s uniformemente
(Fig. 2-62). Si la salida de potencia mecánica de la turbina es de 800
kW y la generación de potencia eléctrica es de 750 kW, determine la eficiencia
de la turbina y la eficiencia combinada turbina-generador de esta planta.
Ignore las pérdidas en tuberías.
FIGURA 2-62
Esquema para el ejemplo 2-16.
Solución Para generar electricidad, se instalará un conjunto turbina-generador
en la parte baja de un gran embalse. Se va a determinar la eficiencia
combinada de la turbina-generador y la eficiencia de la turbina.
Suposiciones 1 La elevación del agua en el embalse permanece constante.
2 La energía mecánica del agua a la salida de la turbina es insignificante.
Análisis Se toma la superficie libre del agua en el embalse como el punto 1
y a la salida de la turbina como el 2. Se toma también la salida de la turbina
como el nivel de referencia (z 2 = 0) de manera que las energías potenciales
1 y 2 sean ep 1 = gz 1 y ep 2 = 0. La energía de flujo P/p en ambos puntos es
cero ya que 1 y 2 están abiertos a la atmósfera (P 1 = P 2 = P atm ). Además, la
energía cinética en ambos puntos es cero (ec 1 = ec 2 = 0) ya que el agua en el
punto 1 está prácticamente sin movimiento, y se supone que la energía cinética
del agua a la salida de la turbina es muy pequeña. La energía potencial
del agua en el punto 1 es
ep 1 gz 1 19.81 m>s 2 2170 m2a 1 kJ>kg
b 0.687 kJ>kg
1 000 m 2 2
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