Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 10
10-133 Considere una planta termoeléctrica de va por de
agua que ope ra en el ci clo Ran ki ne re ge ne ra ti vo con un ca lenta
dor abier to de agua de ali men ta ción. La en tal pía del va por
es 3.374 kJ/kg a la en tra da de la tur bi na, 2.797 kJ/kg en la
ubi ca ción de la purga y 2.346 kJ/kg a la sa li da de la tur bi na.
La producción ne ta de potencia de la planta es de 120 MW,
y la frac ción de va por purgada de la tur bi na para la regeneración
es 0.172. Si el trabajo de la bomba es despreciable, el
flujo másico de vapor a la entrada de la turbina es
a) 117 kg/s b) 126 kg/s c) 219 kg/s
d) 268 kg/s e) 679 kg/s
10-134 Considere una planta eléctrica de cogeneración modificada
con regeneración. El vapor de agua entra a la turbina
a 6 MPa y 450 °C a razón de 20 kg/s, y se expande a una
presión de 0.4 MPa. A esta presión, 60 por ciento del vapor
de agua se extrae de la turbina, y el resto se expande a una
presión de 10 kPa. Parte del vapor extraído se usa para calentar
el agua de alimentación en un calentador abierto de agua
de alimentación. El resto del vapor extraído se usa para calentamiento
de proceso, y sale del calentador de proceso como
líquido saturado a 0.4 MPa. Luego se mezcla con el agua de
alimentación que sale del calentador de agua de alimentación,
y la mezcla se bombea a la presión de la caldera. El vapor en
el condensador se enfría y se condensa por el agua de enfriamiento
de un río cercano, que entra al condensador adiabático
a razón de 463 kg/s.
1. La producción total de potencia por la turbina es
a) 17.0 MW b) 8.4 MW c) 12.2 MW
d) 20.0 MW e) 3.4 MW
2. La elevación de temperatura del agua de enfriamiento del
río en el condensador es
a) 8.0 °C b) 5.2 °C c) 9.6 °C
d) 12.9 °C e) 16.2 °C
3. El flujo másico de vapor a través del calentador de proceso es
a) 1.6 kg/s b) 3.8 kg/s c) 5.2 kg/s
d) 7.6 kg/s e) 10.4 kg/s
4. La tasa de calor proporcionado por el calentador de proceso
por unidad de masa del vapor que pasa por él es
a) 246 kJ/kg b) 893 kJ/kg c) 1 344 kJ/kg
d) 1 891 kJ/kg e) 2 060 kJ/kg
5. La tasa de transferencia de calor al vapor en la caldera es
a) 26.0 MJ/s b) 53.8 MJ/s c) 39.5 MJ/s
d) 62.8 MJ/s e) 125.4 MJ/s
Pro ble mas de di se ño y en sa yo
10-135 Di se ñe un ci clo de po ten cia de va por que pue da
al can zar una efi cien cia tér mi ca del ci clo de por lo me nos 40
por cien to ba jo las con di cio nes de que to das las tur bi nas tengan
efi cien cias isen tró pi cas de 85 por cien to y to das las bombas
de 60 por cien to. Pre pa re un in for me de in ge nie ría que
des cri ba su di se ño. Es te do cu men to de be in cluir, pe ro no li mitar
se a, lo si guien te:
a) Un análisis de los diferentes ciclos sustentados para alcanzar
la me ta, así co mo los as pec tos po si ti vos y ne ga ti vos de
su di se ño.
b) Las fi gu ras del sis te ma y los dia gra mas T-s con los es tados
in di ca dos, así co mo la in for ma ción de tem pe ra tu ra,
pre sión, en tal pía y en tro pía pa ra su di se ño.
c) Cál cu los de mues tra.
10-136 Una cen tral geo tér mi ca de 10 MW se es tá to man do
en cuen ta en un si tio don de se dis po ne agua geo tér mi ca a 230
°C, la cual se eva po ra rá en par te de ma ne ra ins tan tá nea den tro
de una cá ma ra a una pre sión in fe rior. El lí qui do se re gre sa al
sue lo mien tras el va por se uti li za pa ra im pul sar la tur bi na de
va por. Las pre sio nes a la en tra da y a la sa li da de la tur bi na se
man ten drán por arri ba de 200 kPa y 8 kPa, res pec ti va men te.
Las cá ma ras de va po riza ción ins tan tá nea de al ta pre sión produ
cen una pe que ña can ti dad de va por con al ta exer gía, en
tan to que las cá ma ras de va po riza ción ins tan tá nea de pre sión
in fe rior pro du cen con si de ra ble men te más va por, pe ro a una
exer gía in fe rior. Prue be va rias pre sio nes y de ter mi ne la presión
óp ti ma de la cá ma ra de va po riza ción ins tan tá nea pa ra
mejorar la producción de potencia por uni dad de ma sa de agua
Turbina
Turbina
Caldera
Calentador
de proceso
Cámara
de vaporización
instantánea
B II
CAA
Condensador
B I
Agua
geotérmica
a 230 °C
FIGURA P10-134
FIGURA P10-136