Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
10-108E Entra aire atmosférico, a 14.7 psia y 80 °F, al compresor
de aire de un sistema de generación eléctrica de ciclo
combinado de gas-vapor. La relación de compresión del compresor
de aire es 10; la temperatura máxima del ciclo es 2.100
°F, y el compresor de aire y la turbina tienen una eficiencia
isentrópica de 90 por ciento. El gas sale del intercambiador
de calor 50 °F más caliente que la temperatura de saturación
del vapor de agua en el intercambiador de calor. La presión del
vapor en el intercambiador de calor es de 800 psia, y el vapor
sale del intercambiador de calor a 600 °F. La presión del condensador
de vapor es de 5 psia y la eficiencia isentrópica de la
turbina de vapor es de 95 por ciento. Determine la eficiencia
térmica total de este ciclo combinado. Para el aire, use calores
específicos constantes a temperatura ambiente. Respuesta:
46.4 por ciento
b) Determinar la fracción de la masa y extraída para el calentador
abierto de agua de alimentación.
c) Si, además del resultado que usted obtuvo del inciso b),
la fracción de la masa que entra a la turbina de alta presión
en el estado 7 extraída para el calentador de agua de
enfriamiento que opera a 140 kPa es z = 0.0655, y a 1 910
kPa la fracción de extracción es w = 0.0830, determine la
elevación de la temperatura del agua de enfriamiento en el
condensador, en °C, cuando el caudal del agua de enfriamiento
es 4 200 kg/s. Suponga c p = 4.18 kJ/kg · K para el
agua de enfriamiento.
d) Determine la tasa de rechazo de calor en el condensador y
la eficiencia térmica de la planta.
10-109E Se ha sugerido que el vapor de agua que pasa por
el condensador del ciclo combinado en el problema 10-108E
se dirija a los edificios durante el invierno para calentarlos.
Cuando se hace esto, la presión en el sistema de calentamiento
donde ahora se condensa el vapor tendrá que aumentarse a 10
psia. ¿Cómo cambia esto la eficiencia térmica total del ciclo
combinado?
10-110E Durante el invierno, el sistema del problema
10-109E debe suministrar 2 10 6 Btu/h de calor a los edificios.
¿Cuál es flujo másico de aire por el compresor de aire
y la producción total de potencia eléctrica del sistema en el
invierno? Respuestas: 27,340 lbm/h, 1.286 kW
10-111 El ciclo de turbina de gas de una planta eléctrica de
ciclo combinado de gas-vapor tiene una relación de presiones
de 12. El aire entra al compresor a 310 K y a la turbina a
1.400 K. Los gases de combustión que salen de la turbina de
gas se usan para calentar el vapor a 12.5 MPa a 500 °C en
un intercambiador de calor. Los gases de combustión salen
del intercambiador de calor a 247 °C. El vapor se expande
en una turbina de alta presión a una presión de 2.5 MPa, y se
recalienta en la cámara de combustión a 550 °C antes de que
se expanda en la turbina de baja presión a 10 kPa. El flujo
másico de vapor es 12 kg/s. Suponiendo que todos los procesos
de compresión y expansión son isentrópicos, determine a)
el flujo másico de aire en el ciclo de turbina de gas, b) la tasa
de adición total de calor y c) la eficiencia térmica del ciclo
combinado.
Respuestas: a) 154 kg/s, b) 1.44 10 5 kJ/s, c) 59.1 por ciento
10-112 Repita el problema 10-111 suponiendo eficiencias
isentrópicas de 100 por ciento para la bomba, 80 por ciento
para el compresor y 85 por ciento para las turbinas de gas y
de vapor.
10-113 En seguida se muestra un ciclo Rankine ideal modificado
con dos calentadores cerrados de agua de alimentación
y un calentador abierto de agua de alimentación. El ciclo de
potencia recibe 100 kg/s de vapor a la entrada de alta presión
a la turbina. Los estados de salida de agua de alimentación
para el agua de alimentación de la caldera y el vapor condensado
son los estados ideales que normalmente se suponen. Use
los datos que se dan en las tablas siguientes para
a) Trazar el diagrama T-s para el ciclo ideal.
6
7
Caldera
.
Q ent
8 9 10
w y z
5
4
3
2
.
12
W bomba
14
Trampa de vapor
Turbina
.
W turb
11
Condensador
.
W bomba
13 Trampa de vapor 15
FIGURA P10-113
1
Entrada de
agua de
enfriamiento
Salida de
agua de
enfriamiento