Question

Considere una planta termoeléctrica de vapor de agua que opera en el ciclo Rankine ideal con recalentamiento. La planta mantiene la caldera a 7000kPa, la sección de recalentamiento a 800kPa, y el condensador a 10kPa. La cantidad del vapor húmedo a la salida de ambas turbinas es de 93%. Determine la temperatura a la entrada de cada turbina y la eficiencia térmica del ciclo.

Answer 1

La temperatura a la entrada de cada turbina y la eficiencia térmica del ciclo son respectivamente : T3 = 373.3 °C;  T5 = 416.2 °C y n = 37.57%.

 De acuerdo a las tablas de propiedades termodinámicas se encuentra la entalpía y volumen especifico del estado 1 :

  P1 = 10kPa

 h1 = 191.81 kJ/kg

 v1 = 0.001010 m³/kg

El trabajo especifico de la bomba es:

W = v1 (P2 - P1)

W = 0.001010 m³/kg ( 7000kPa - 10kPa) (1kJ/1kPam³)

W = 7.06 kJ/kg

La  entalpía a la entrada de la caldera es:

h2 = h1 + W

h2 = 191.81 kJ/kg + 7.06 kJ/kg

h2 = 198.87 kJ/kg

calidad de salida de la caldera es :  x = 93%/100 = 0.93 y  P4 = 800kPa se encuentran :

hf = 720.81kJ/kg

hfg = 2047.5 kJ/kg

sf = 2.0457 kJ/kgK

sfg  = 4.6160 kJ/kgK

h4 = hf + xfg  

s4 = sf + xsfg  

h4 = 2625 kJ/kg

s4 = 6.3385 kJ/kgK    

El proceso 3 - 4 es isoentropico s3 = s4 = 6.3385 kJ/kgK y P3 = 7000kPa

en tabla de vapor sobrecalentado se interpola:

h3 = 3085.5 kJ/kg

T3 = 373.3 °C

  En el estado 5 entrada de la segunda turbina está sobrecalentado con

P6 = 10 KPa :

hf = 191.81kJ/kg

hfg = 2392.1kJ/kg

sf = 0.6492 kJ/kgK

sfg  = 7.4996 kJ/kgK

h6 = hf + xfg  

s6 = sf + xsfg  

h6 = 2416.4 kJ/kg

s6 = 7.6239 kJ/kgK    

El proceso 5 - 6 es isoentropico s6 = s5 = 7.6239 kJ/kgK    y P5 = 800kPa en tabla de vapor sobrecalentado se interpola:

h5 = 3302 kJ/kg

T5 = 416.2 °C

La eficiencia del ciclo es:

Qentrada = (h3 - h4) + (h5 - h4) = 3563.6 kJ/kg

Qssalida  = h6 -h1 = 2224.6 kJ/kg

  η = 1 - Qs/Qe

  η = 1 - 2224.6 kJ/kg/3563.6 kJ/kg

 η = 0.3757 = 37.57%