Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
Por lo tan to, la efi cien cia tér mi ca au men ta de 33.4 a 37.3 por cien to co mo
re sul ta do de so bre ca len tar el va por de 350 a 600 °C. Al mis mo tiem po, la
ca li dad del va por au men ta de 81.3 a 91.5 por cien to (en otras pa la bras, el
con te ni do de hu me dad des cien de de 18.7 a 8.5 por cien to).
c) El estado 1 permanece igual en este caso, aunque los otros estados cambien.
Las entalpías en los estados 2 (15 MPa y s 2 s l ), 3 (15 MPa y 600 °C)
y 4 (10 kPa y s 4 s 3 ) se determinan de manera similar como
Por lo tanto,
h 2 206.95 kJ >kg
h 3 3 583.1 kJ >kg
h 4 2 115.3 kJ >kg 1x 4 0.804 2
y
q entrada h 3 h 2 3 583.1 206.95 3 376.2 kJ >kg
q salida h 4 h 1 2 115.3 191.81 1 923.5 kJ >kg
El dia gra ma T-s del ci clo Ran ki ne ideal con re ca len ta mien to y el es que ma
de la cen tral eléc tri ca que ope ra en es te ci clo se mues tran en la fi gu ra 10-11.
El ci clo Ran ki ne ideal con re ca len ta mien to di fie re del ci clo Ran ki ne ideal simple
en que el pro ce so de ex pan sión su ce de en dos eta pas. En la pri me ra (la turh
tér 1 q salida 1 923.5 kJ >kg
1 0.430 o 43.0%
q entrada 3 376.2 kJ >kg
Comentario La eficiencia térmica aumenta de 37.3 a 43.0 por ciento como
consecuencia de elevar la presión de la caldera de 3 a 15 MPa mientras se
mantiene en 600 °C la temperatura a la entrada de la turbina. Sin embargo,
al mismo tiempo la calidad del vapor disminuye de 91.5 a 80.4 por ciento (en
otras palabras, el contenido de humedad aumenta de 8.5 a 19.6 por ciento).
10-5 ■ EL CICLO RANKINE IDEAL
CON RECALENTAMIENTO
En la última sección se mencionó que el aumento en la presión de la caldera
incrementa la eficiencia térmica del ciclo Rankine, pero que también incrementa
el contenido de humedad del vapor a niveles inaceptables. Entonces, es
natural formular la siguiente pregunta:
¿Cómo podemos aprovechar las mayores eficiencias a presiones más altas de la
caldera sin tener que enfrentar el problema de humedad excesiva en las etapas
finales de la turbina?
Se puede pensar en dos posibilidades:
1. Sobrecalentar el vapor a temperaturas muy altas antes de que entre a
la turbina. Ésta sería la solución deseable porque la temperatura promedio a la
que se añade calor también se incrementaría, lo cual aumentaría la eficiencia
del ciclo. Sin embargo, no es una solución viable ya que requiere elevar la temperatura
del vapor hasta niveles metalúrgicamente inseguros.
2. Expandir el vapor en la turbina en dos etapas y recalentarlo entre ellas.
En otras palabras, modificar el ciclo Rankine ideal simple con un proceso
de recalentamiento. El recalentamiento es una solución práctica al problema de
humedad excesiva en turbinas y es comúnmente utilizada en modernas centrales
eléctricas de vapor.