Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
T
2
1
Punto
crítico
FIGURA 10-9
Un ciclo Rankine supercrítico.
4
3
s
Observe que para una temperatura de entrada fija en la turbina, el ciclo se
corre a la izquierda y aumenta el contenido de humedad del vapor en la salida
de la turbina. Sin embargo, este efecto colateral indeseable puede corregirse al
recalentar el vapor, como se analiza en la siguiente sección.
Las pre sio nes de ope ra ción de las cal de ras se han in cre men ta do en for ma
gra dual a lo lar go de los años des de 2.7 MPa (400 psia) en 1922, has ta más de
30 MPa (4 500 psia) en la ac tua li dad, ge ne rando el su fi cien te va por pa ra produ
cir una sa li da ne ta de po ten cia de 1 000 MW o más en una cen tral eléc tri ca
gran de de va por. Ac tual men te mu chas de es tas mo der nas cen tra les ope ran a
pre sio nes su per crí ti cas (P > 22.06 MPa) y tie nen efi cien cias tér mi cas de 40
por cien to en el ca so de cen tra les que fun cio nan con com bus ti bles fó si les y de
34 por cien to pa ra las nu cleoe léc tri cas. En Es ta dos Uni dos ope ran más de 150
cen tra les eléc tri cas de va por de pre sión su per crí ti ca. Las me no res efi cien cias
de las nu cleoe léc tri cas se de ben a las in fe rio res tem pe ra tu ras má xi mas uti liza
das en esas cen tra les por ra zo nes de se gu ri dad. El dia gra ma T-s del ci clo
Ran ki ne su per crí ti co se pre sen ta en la fi gu ra 10-9.
Los efectos de reducir la presión del condensador, sobrecalentar a una temperatura
más elevada e incrementar la presión de la caldera en la eficiencia
térmica del ciclo Rankine se ilustran a continuación con un ejemplo.
EJEMPLO 10-3 Efecto de la presión y la temperatura
de la caldera sobre la eficiencia
Considere una central eléctrica de vapor que opera con el ciclo Rankine ideal.
El vapor entra a la turbina a 3 MPa y 350 °C y se condensa en el condensador
a una presión de 10 kPa. Determine a) la eficiencia térmica de esta central
eléctrica, b) la eficiencia térmica si el vapor se sobrecalienta a 600 °C en lugar
de 350 °C, c) la eficiencia térmica si la presión de la caldera se eleva a 15
MPa mientras la temperatura de entrada de la turbina se mantiene en 600 °C.
Solución Se considera una central eléctrica de vapor que opera con el ciclo
Rankine ideal. Se determinarán los efectos que produce sobrecalentar el vapor
a una temperatura más elevada e incrementar la presión de la caldera sobre
la eficiencia térmica.
T
T
T
T 3 = 600 °C
3
3
T 3 = 600 °C
3 MPa
3
T 3 = 350 °C
3 MPa
15 MPa
2
1
10 kPa
4
2
1
10 kPa
4
2
1
10 kPa
4
a )
s
b )
s
c )
s
FIGURA 10-10
Diagramas T-s de los tres ciclos estudiados en el ejemplo 10-3.