Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
turbina de alta presión a 12.5 MPa y 550 °C, a razón de 7.7
kg/s y sale a 2 MPa. El vapor luego se recalienta a presión
constante a 450 °C antes de expandirse en la turbina de baja
presión. Las eficiencias isentrópicas de la turbina y la bomba
son 85 por ciento y 90 por ciento, respectivamente. El vapor
sale del condensador como líquido saturado. Si el contenido
de humedad del vapor a la salida de la turbina no debe exceder
5 por ciento, determine a) la presión de condensador, b) la
producción neta de potencia y c) la eficiencia térmica.
Respuestas: a) 9.73 kPa, b) 10.2 MW, c) 36.9 por ciento
Agua de
alimentación
Vapor de purga
(de la turbina)
m˙
3
2 1
3
m˙
1
Ciclo Rankine regenerativo
10-42C ¿Cómo cambian las siguientes cantidades cuando
el ciclo Rankine ideal simple se modifica con regeneración?
Suponga que el flujo másico a través de la caldera es el mismo.
4
Hacia agua
de alimentación
5
Producción de tra ba jo a) au men ta, b) dis mi nu ye,
por la turbina:
c) per ma ne ce igual
Calor suministrado: a) au men ta, b) dis mi nu ye,
c) per ma ne ce igual
Ca lor rechazado: a) au men ta, b) dis mi nu ye,
c) per ma ne ce igual
Con te ni do de hu me dad a a) au men ta, b) dis mi nu ye,
la sa li da de la tur bi na: c) per ma ne ce igual
10-43C Durante el proceso de regeneración se extrae algo
de vapor de agua de la turbina y se usa para calentar el agua
líquida que sale de la bomba. Esto no parece muy inteligente,
pues el vapor extraído podría producir algo más de trabajo en
la turbina. ¿Cómo justifica usted esta acción?
10-44C ¿En qué se distinguen los calentadores abiertos de
agua de alimentación de los calentadores cerrados de agua
de alimentación?
10-45C Considere un ciclo Rankine ideal simple y un ciclo
ideal Rankine regenerativo con un calentador abierto de agua
de alimentación. Los dos ciclos son muy parecidos, salvo que
el agua de alimentación en el ciclo regenerativo se calienta
extrayendo algo de vapor justo antes de que entre a la turbina.
¿Cómo compararía usted las eficiencias de estos ciclos?
10-46C Invente un ciclo Rankine regenerativo que tenga la
misma eficiencia térmica que el ciclo Carnot. Muestre el ciclo
en un diagrama T-s.
10-47E El vapor de extracción de turbina entra a un calentador
abierto de agua de alimentación de un ciclo regenerativo
Rankine a 20 psia y 250 °F, mientras que el agua fría de enfriamiento
entra a 110 °F. Determine la relación de flujo másico
de vapor de extracción a flujo másico de entrada de agua necesaria
para calentar el agua de alimentación a 225 °F.
10-48 El calentador cerrado de agua de alimentación de un
ciclo regenerativo Rankine debe calentar agua a 7 000 kPa
desde 260 °C hasta líquido saturado. La turbina suministra a
esta unidad vapor de purga a 6 000 kPa y 325 °C. Este vapor
se condensa como líquido saturado antes de entrar a la bomba.
Calcule la cantidad de vapor de purga necesaria para calentar
1 kg de agua de alimentación en esta unidad.
Respuesta: 0.0779 kg/s
FIGURA P10-48
10-49E El ciclo ideal regenerativo Rankine con un calentador
abierto de agua de alimentación usa agua como fluido de
trabajo. La entrada a la turbina se opera a 500 psia y 600 °F,
y el condensador a 5 psia. El vapor se suministra al calentador
abierto de agua de alimentación a 40 psia. Determine el trabajo
que produce la turbina, el trabajo que consumen las bombas,
y el calor rechazado en el condensador para este ciclo por
unidad de flujo a través de la caldera.
10-50E Determine el cambio en eficiencia térmica del ciclo
en el problema 10-49E, cuando el vapor suministrado al calentador
abierto de agua está a 60 psia en vez de 40 psia.
10-51E Reconsidere el problema 10-49E. Usando el
software EES (u otro), determine la presión
óptima de extracción para el calentador abierto de agua de alimentación
para elevar al máximo la eficiencia térmica del
ciclo.
10-52 Una planta eléctrica de vapor opera en un ciclo ideal
regenerativo Rankine con dos calentadores abiertos de agua de
alimentación. El vapor entra a la turbina a 10 MPa y 600 °C
y escapa al condensador a 5 kPa. El vapor se extrae de la turbina
a 0.6 y 0.2 MPa. El agua sale de ambos calentadores de
agua de alimentación como líquido saturado. El flujo másico
de vapor a través de la caldera es 22 kg/s. Muestre el ciclo en
un diagrama T-s y determine a) la producción neta de potencia
de la planta eléctrica y b) la eficiencia térmica del ciclo.
Respuestas: a) 30.5 MW, b) 47.1 por ciento
10-53 Considere una planta termoeléctrica de vapor de agua
que opera en el ciclo ideal Rankine regenerativo con un calentador
cerrado de agua de alimentación como se muestra en la
figura. La planta mantiene la entrada a la turbina a 3.000 kPa
y 350 °C, y opera el condensador a 20 kPa. Se extrae vapor
a 1.000 kPa para servicio del calentador cerrado de agua de
alimentación, que se descarga en un condensador después de
estrangularse a la presión del condensador. Calcule el trabajo
que produce la turbina, el trabajo que consume la bomba y el
suministro de calor en la caldera para este ciclo, por unidad de
flujo en la caldera.
Respuestas: 741 kJ/kg, 3.0 kJ/kg, 2.353 kJ/kg