Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

371
CAPÍTULO 7
Las eficiencias isentrópicas están definidas en distinta forma para diversos
dispositivos, ya que cada uno tiene tareas diferentes a realizar. A continuación
definimos las eficiencias isentrópicas de turbinas, compresores y toberas aceleradoras
comparando su rendimiento real con el que desarrollan bajo condiciones
isentrópicas para el mismo estado de entrada y presión de salida.
Eficiencia isentrópica de turbinas
Para una turbina que opera en forma estacionaria, el estado de entrada del
fluido de trabajo y la presión de escape son fijos. Por lo tanto, el proceso
ideal para una turbina adiabática es un proceso isentrópico entre el estado de
entrada y la presión de escape. La salida deseada de una turbina es el trabajo
producido y la eficiencia isentrópica de una turbina se define como la relación
entre la salida de trabajo real de la turbina y la salida de trabajo que se
lograría si el proceso entre el estado de entrada y la presión de salida fueran
isentrópicos:
h
Estado de entrada
P 1
h T
Trabajo real de la turbina
Trabajo isentrópico de la turbina w a
w s
(7-60)
h 1
1
Proceso real
Proceso isentrópico
Normalmente los cambios en las energías cinética y potencial asociados con
un flujo de fluido que circula a través de una turbina son pequeños en comparación
con el cambio en la entalpía, de manera que pueden considerarse
como insignificantes. La salida de trabajo de una turbina adiabática entonces
se vuelve simplemente el cambio en la entalpía, por lo que la ecuación 7-60
expresa
h T
h 1 h 2a
h 1 h 2s
(7-61)
donde h 2a y h 2s son los valores de la entalpía en el estado de salida para los
procesos real e isentrópico, respectivamente (Fig. 7-49).
El valor de ε T depende en gran medida del diseño de los componentes
individuales que constituyen la turbina, por eso las turbinas grandes y bien
diseñadas tienen eficiencias isentrópicas superiores a 90 por ciento. Para turbinas
pequeñas, sin embargo, puede disminuir incluso por debajo de 70 por
ciento. El valor de la eficiencia isentrópica de una turbina se determina al
medir la salida de trabajo real de la turbina y calcular la salida de trabajo
isentrópico para las condiciones de entrada y la presión de salida medidas.
Este valor puede usarse entonces convenientemente en el diseño de centrales
termoeléctricas.
h 2a
h 2s
w a
ws
2s
s 2s = s 1
2a
Presión
de salida
P 2
FIGURA 7-49
Diagrama h-s para los procesos real e
isentrópico de una turbina adiabática.
s
EJEMPLO 7-14 Eficiencia isentrópica de una turbina de vapor
Entra vapor de agua de forma estacionaria a una turbina adiabática a 3 MPa
y 400 °C, y sale a 50 kPa y 100 °C. Si la potencia de salida de la turbina es
2 MW, determine a) la eficiencia isentrópica de la turbina y b) el flujo másico
del vapor que circula a través de la turbina.
Solución Vapor de agua fluye de forma estacionaria en una turbina entre los
estados de entrada y de salida. Se determinarán la eficiencia isentrópica y el
flujo másico para una potencia especificada de salida.
Suposiciones 1 Existen condiciones estacionarias de operación. 2 Los cambios
en las energías cinética y potencial son insignificantes.