Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

.
Q ent
10-114 En seguida se muestra un ciclo de vapor ideal Rankine
modificado para recalentamiento, dos calentadores cerrados
de agua de alimentación y un calentador de proceso. El
ciclo de potencia produce 300 MW de potencia neta. Los
estados del calentador de agua de alimentación para el agua
de alimentación de la caldera y el vapor condensado son los
estados ideales que normalmente se suponen. La fracción de
la masa que entra a la turbina de alta presión en el estado 5
que se extrae para el calentador de agua de alimentación que
opera a 1 400 kPa es y = 0.1160. El 15 por ciento (z = 0.15)
del vapor que entra a la turbina de alta presión se extrae de
la turbina de baja presión a 245 kPa para usarse en un calentador
de proceso de presión constante, y este vapor se envía
al calentador cerrado de agua de alimentación a 150 kPa por
una trampa de vapor. Use los datos que se proporcionan en las
tablas que se dan en seguida para
a) Trazar el diagrama T-s para el ciclo ideal.
b) Determinar la fracción de la masa, w, que se extrae para el
calentador cerrado de agua de alimentación que opera a la
presión de extracción de 150 kPa para el ciclo ideal.
c) Determinar el flujo másico a través de la caldera, la tasa de
calor de proceso suministrado y la eficiencia de utilización
de esta planta de cogeneración.
Caldera
4
7
8
5
HP
turbina
6
y
3
LP
turbina
9
z
.
Q proceso
13
12
Trampa de vapor
10
w
.
W turb
14 Trampa de 15
16 Trampa de 17
vapor
vapor
FIGURA P10-114
Condensador
2
11
1
.
W bomba
Entrada de
agua de
enfriamiento
Salida de
agua de
enfriamiento
611
CAPÍTULO 10
10-115 Usando el software EES (u otro), investigue
el efecto de la presión del condensador sobre
el desempeño de un ciclo Rankine ideal simple. Las condiciones
del vapor de agua a la entrada a la turbina se mantienen
constantes a 10 MPa y 550 °C, mientras la presión del
condensador varía de 5 a 100 kPa. Determine la eficiencia
térmica del ciclo y grafíquela contra la presión del condensador
y discuta los resultados.
10-116 Usando el software EES (u otro), investigue el
efecto de sobrecalentar el vapor sobre el desempeño
de un ciclo Rankine ideal simple. El vapor entra a la
turbina a 3 MPa y sale a 10 kPa. La temperatura de entrada a
la turbina se hace variar de 250 a 1.100 °C. Determine la eficiencia
térmica del ciclo y grafíquela contra la temperatura de
entrada de la turbina, y explique los resultados.
10-117 Usando el software EES (u otro), investigue el
efecto del número de etapas de recalentamiento
sobre el desempeño de un ciclo Rankine ideal. Las presiones
máxima y mínima en el ciclo son 15 MPa y 10 kPa, y el vapor
de agua entra a todas las etapas de la turbina a 500 °C. Para
cada caso, mantenga aproximadamente la misma relación de
presiones a través de cada etapa de turbina. Determine la eficiencia
térmica del ciclo y grafíquela contra el número de etapas
de recalentamiento 1, 2, 4 y 8, y explique los resultados.
10-118 Usando el software EES (u otro), investigue el
efecto del número de etapas de regeneración
sobre el desempeño de un ciclo Rankine ideal regenerativo. El
vapor de agua entra a la turbina a 10 MPa y 500 °C, y al condensador
a 10 kPa. Para cada caso, mantenga alrededor de la
misma diferencia de temperatura entre dos etapas de regeneración
cualesquiera. Determine la eficiencia térmica del ciclo y
grafíquela contra el número de etapas de regeneración para 1,
2, 3, 4, 5, 6, 8 y 10 etapas de regeneración.
10-119 Demuestre que la eficiencia térmica de un ciclo
combinado de gas-vapor para planta eléctrica h cc se puede
expresar
h cc h g h s h g h s
donde h g W g /Q entrada y h s W s /Q g ,salida son las efi cien cias
térmicas de los ciclos de gas y vapor, respectivamente. Usando
esta expresión, determine la eficiencia térmica de un ciclo combinado
de potencia que consiste en un ciclo superior de turbina
de gas con una eficiencia de 40 por ciento y un ciclo inferior de
turbina de vapor con una eficiencia de 30 por ciento.