Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
Problemas de repaso
Electricidad
4
Generador
Vapor
9
Turbina
3
Vaporizador
Vapor
Condensador
6
8
Aire
5
Bomba de fluido
Precalentador
ṁ geo
10-96 Una planta de potencia de vapor que opera en un
ciclo Rankine ideal simple mantiene la caldera a 6 000 kPa,
la entrada de la turbina a 600 °C, y el condensador a 50 kPa.
Compare la eficiencia térmica de este ciclo cuando se opera
de manera que el líquido entra a la bomba como líquido saturado
contra la correspondiente al caso en que el líquido entra
a la bomba 11.3 °C más frío que un líquido saturado a la presión
del condensador
10-97E La planta geotérmica de producción de energía eléctrica
de Stillwater, en Nevada, que inició su operación a escala
comercial en 1986, está diseñada para operar con siete unidades
idénticas. Cada una de estas siete unidades consiste en un
par de ciclos de potencia, llamados Nivel I y Nivel II, que
operan en el ciclo Rankine simple, usando un fluido orgánico
como fluido de trabajo.
La fuente de calor para esta planta es agua geotérmica
(salmuera) que entra al vaporizador (caldera) del Nivel I de
cada unidad a 325 °F y a razón de 384,286 lbm/h, dando
22.79 MBtu/h. (“M” significa “millones”). El fluido orgánico
que entra al vaporizador a 202.2 °F a razón de 157,895 lbm/h,
sale a 282.4 °F y 225.8 psia como vapor saturado. Este vapor
saturado se expande en la turbina a 95.8 °F y 19.0 psia, y produce
1.271 kW de potencia eléctrica. Alrededor de 200 kW de
esta potencia los consumen las bombas, los equipos auxiliares
y los seis ventiladores del condensador. Luego se condensa
el fluido orgánico de trabajo en un condensador enfriado por
aire que entra al condensador a 55 °F a razón de 4,195,100
lbm/h y sale a 84.5 °F. El fluido de trabajo se bombea y se
precalienta en un precalentador a 202.2 °F absorbiendo 11.14
MBtu/h de calor del agua geotérmica (que viene del vaporizador
del Nivel II) que entra al precalentador a 211.8 °F y sale
a 154.0 °F.
Tomando el calor específico promedio del agua geotérmica
como 1.03 Btu/lbm · °F, determine a) la temperatura de
salida del agua geotérmica del vaporizador, b) la tasa de rechazo
de calor del fluido de trabajo al aire en el condensador,
c) el flujo másico del agua geotérmica en el precalentador y
d) la eficiencia térmica del ciclo de Nivel I de esta planta
eléctrica geotérmica. Respuestas: a) 267.4 °F, b) 29.7 MBtu/h,
c) 187,120 lbm/h, d) 10.8 por ciento
10-98 Una planta termoeléctrica de vapor de agua opera en
un ciclo Rankine ideal con dos etapas de recalentamiento y
tiene una producción neta de potencia de 75 MW. El vapor
entra en las tres etapas de la turbina en 550 °C. La presión
máxima en el ciclo es 10 MPa, y la presión mínima es 30 kPa.
El vapor se recalienta a 4 MPa la primera vez y a 2 MPa la
segunda vez. Muestre el ciclo en un diagrama T-s con respecto
a las líneas de saturación, y determine a) la eficiencia térmica
del ciclo y b) el flujo másico del vapor.
Respuestas: a) 40.5 por ciento, b) 48.5 kg/s
10-99 Considere una planta termoeléctrica de vapor de agua
que opera en el ciclo Rankine ideal con recalentamiento entre
los límites de presión de 25 MPa y 10 kPa con una temperatura
máxima de ciclo de 600 °C y un contenido de humedad
de 8 por ciento a la salida de la turbina. Para una temperatura
de recalentamiento de 600 °C, determine las presiones de
recalentamiento del ciclo para los casos de recalentamiento a)
sencillo y b) doble.
10-100 Considere una planta termoeléctrica de vapor de
agua que opera en un ciclo Rankine regenerativo y tiene una
producción neta de potencia de 150 MW. El vapor entra a la
7
1
Fluido de trabajo
Superficie del terreno
2
Bomba de
inyección
5
Turbina
Bomba de producción
Caldera
CAA
abierto
y
6
1 – y
7
Salmuera geotérmica más fría
Salmuera geotérmica caliente
4
B II
3
2
Condensador
B I
1
FIGURA P10-97E
Esquema de una central geotérmica binaria.
Cortesía de ORMAT Energy Systems, Inc.
FIGURA P10-100