Cierta fábrica desea calentar el agua de alimentación utilizando un intercambiador de calor y el vapor de agua extraído de una etapa intermedia de una turbina. El vapor de la turbina entra al intercambiador con una presión 1.5MPa y una temperatura 250°C y sale como líquido saturado a la misma presión. El agua de alimentación entra al intercambiador a una presión 1.8MPa y una temperatura 65°C y sale 10 °C por debajo de la temperatura de salida del
vapor de turbina. Se considera que no hay pérdidas de calor por las superficies externas del calentador. Determinar la relación de los flujos másicos del vapor extraído y del agua de alimentación a través del calentador.
Respuestas
Respuesta:
1. Semana 10 Ciclos de potencia de vapor y combinados Dr. Renzon Cosme Pecho
2. • Analizar ciclos de potencia de vapor. • Ciclo Rankine • Analizar ciclos de potencia combinados y ciclos binarios. Ciclo de potencia de vapor
3. Considere un ciclo de Carnot de flujo estacionario ejecutado dentro de la curva de saturación de una sustancia pura. Ciclo de potencia de vapor Recordando la curva
5. • Ciclo ideal para ciclos de potencia de vapor • Ciclo ideal para centrales eléctricas de vapor Ciclo de Rankine
6. Diagrama T-S: Ciclo Rankine Ideal El Diagrama T-s de un Ciclo Rankine Ideal está formado por cuatro procesos: 2 Isentrópicos , 2 Isobáricos, Adiabático. Proceso Isentrópico Entropía permanece constante. Proceso Adiabático No intercambia calor con su entorno. Proceso Isobárico Ocurre a Presión Constante.
7. Tiene 4 procesos: 1-2 Compresión isentrópica en una bomba, 2-3 Adición de calor a presión constante en una caldera, 3-4 Expansión isentrópica en una turbina, 4-1 Rechazo de calor a presión constante en un condensador Ciclo de Rankine
8. • Los cuatro componentes asociados con el ciclo Rankine (la bomba, la caldera, la turbina y el condensador) son dispositivos de flujo estacionario, por lo tanto, pueden ser analizados como procesos de flujo estacionario. • Ep y Ec son pequeños, por tanto consideramos insignificante. Ciclo de Rankine: Análise de energía
9. La ecuación de energía de flujo estacionario, por unidad de masa de vapor. Ciclo de Rankine: Análise de energía La caldera y el condensador no incluyen ningún trabajo y se supone que la bomba y la turbina son isentrópicas, la ecuación de energía para cada dispositivo es:
10. Ciclo de Rankine: Análise de energía
11. Problemas Considere una central eléctrica de vapor que opera en el ciclo Rankine ideal simple. El vapor de agua entra a la turbina a 3 MPa y 350°C y es condensado a una presión de 75 kPa. Determine la eficiencia térmica de este ciclo. Solución:
12. Problemas Solución:
13. Ciclo de Rankine Desviación de ciclos de potencia de vapor reales respecto de los idealizados El ciclo real de potencia de vapor difiere del ciclo Rankine ideal, como se ilustra en la figura, como resultado de irreversibilidades de diversos componentes: fricción del fluido e perdida de calor.
14. Ciclo de Rankine Desviación de ciclos de potencia de vapor reales respecto de los idealizados Las irreversibilidades que suceden dentro de la bomba y la turbina son importantes. La bomba requiere entrada de trabajo mayor y la turbina produce la salida de trabajo más pequeña como consecuencia de las irreversibilidades. La desviación existente entre bombas y turbinas reales con respecto de las isentrópicas es:
15. Como incrementar la eficiencia del ciclo de Rankine. • Reducción de la presión del condensador • Sobrecalentamiento del vapor a altas Temperaturas • Incremento de la presión de la caldera
16. Incrementar la Temperatura Promedio en la Caldera ¿Cómo incrementar la Eficiencia? Disminuir la Temperatura Promedio en el Condensador
17. Formas de incrementar la Eficiencia 1. Reducción de la presión del condensador: Reduce automáticamente la temperatura del vapor. Reduce la temperatura a la cual el calor se rechaza.
18. 2. Incremento de la presión de la caldera: Elevando la temperatura de ebullición. Esto, a su vez, incrementa la temperatura promedio a la que se añade calor al vapor. Formas de incrementar la Eficiencia
19. 3. Sobrecalentamiento del vapor a altas temperaturas: Es posible elevar la temperatura promedio a la que se añade calor al vapor sin aumentar la presión de la caldera. logrando un incremento en el trabajo de la turbina. Formas de incrementar la Eficiencia
20. Problemas Considere una central eléctrica de vapor que opera con el ciclo Rankine ideal. El vapor entra a la turbina a 3 MPa y 350°C y se condensa en el condensador a una presión de 10 kPa. Determine a) la eficiencia térmica de esta central eléctrica, b) la eficiencia térmica si el vapor se sobrecalienta a 600°C en lugar de 350°C, c) la eficiencia térmica si la presión de la caldera se eleva a 15 MPa mientras la temperatura de entrada de la turbina se mantiene en 600°C. Solución:
21. Problemas Solución: Los diagramas T-s del ciclo para los tres casos
22. Problemas Solución:
23. Problemas Solución:
24. Problemas Solución:
25. Ciclo Rankine con Recalentamiento: Consideraciones generales El recalentamiento es una solución práctica al problema de humedad excesiva en turbinas y es comúnmente utilizada en modernas centrales eléctricas de vapor. Aumentando la presión de operación en la caldera. Pero: Origina un mayor grado de humedad. Sin Embargo: Puede solucionarse haciendo uso de recalentamiento.
Explicación paso a paso: