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UNIVERSIDAD FERMIN TORO
VICE-RECTORADO ACADEMICO
FACULTAD DE INGENIERIA
TRABAJO ESCRITO
Ernesto Mendoza 25753822
Pedro Jiménez 20351504
Ciclo Rankine con sobrecalentamiento y recalentamiento
En un ciclo Rankine con sobrecalentamiento y recalentamiento se utiliza vapor de agua como fluido de trabajo. El vapor entra en la primera etapa de la turbina a 10,0 MPa, 500 ºC y se expande hasta 0,7 MPa. Este se recalienta entonces hasta 470 ºC antes de entrar en la segunda etapa de la Turbina, donde se expande hasta la presión del condensador de 0,01 MPa. La potencia neta obtenida es 180 MW. Determine:
(a) El rendimiento térmico del ciclo.
(b) El flujo másico de vapor, en kg/h.
(c) El flujo de calor QS cedido por el vapor en el condensador, en MW.
Observaciones:
i) Deben aparecer tanto el diagrama de máquinas como el diagrama Temperatura – Entalpía.
ii) Cada uno de los procesos deben estar explicados, basándose en la teoría mostrada.
iii) Los resultados deben ser interpretados y comparados con el problema original que se presenta en el material del ciclo Rankine.
SOLUCION:
Suponiendo un ciclo ideal, en el que las irreversibilidades no ejercen cambios significativos al sistema. Existen condiciones estables de operación, los cambios en las energías cinética y potencial son despreciables.
i) Diagrama de sistema
Diagrama de Temperatura - Entalpia
Si se analiza por puntos se tiene:
Punto1
Vapor sobrecalentado
P1=10MPaT 1=500 °C }⟹
por tablade vapor
sobrecalentado⟹ {T 1=480 ° C⟹ { h=3321,4 kJ
kg
s=6,5282 kJkg .° K
T 1=520 °C⟹{ h=3425,1 kJkg
s=6,6622 kJkg . ° K
Interpolando
h−3321,43425,1−3321,4
=500−480520−480
S−6,52826,6622−6,5282
=500−480520−480
}⟹ { h1=3373,25 kJkgS1=6,595kJ
kg .° K
PUNTO2
P2=P1=0,7MPa
S2=S1=6,595kJ
kg .° K }⟹ por tablade vaporsaturado
⟹{Ssobrecalentadomenor=6,7080
kJkg .° K
S2<Ssobrecalentado→liq+vap
S2v=6,7080kJ
kg .° K
S2l=1,9922kJ
kg . ° K
h2l=697,22kJkg
h2v=2763,5kJ /kg
Se determina el título de vapor
X2=S1−S2 lS2 v−S2 l
⟹ X2 s=6,595−1,99226,7080−1,9922
⟹ X2=0,976
X2=h2−h2 lh2v
⟹h2=h2 l+X2 sh2v⟹h2 s=697,22kJkg
+0,976(2763,5 kJkg )h2=3394,396kJ /kg
PUNTO3
Vapor sobrecalentado
P3=0,7MPa=7 ¿ T1=440 °C }⟹por tablade vapor
sobrecalentado⟹ { h3=3353,3
KJkg
S3=7,7571KJ
kg .° K
PUNTO4
¿
interpolando
S−8,33047,7158−8,3304
= 0,01−0,0060,035−0,006
⟹Ssobrecalentadomenor=8,246kJ
kg .° K
¿
X 4 s=S4−S4 lS4 v−S4 l
⟹ X4 s=7,7571−0,64938,246−0,6493
⟹ X 4 s=0,936
X 4 s=h4−h4 lh4 v
⟹h4=h4 l+X4 sh4v⟹h4=191,83kJkg
+0,936(2584,7 kJkg )h4=2610,187kJ /kg
PUNTO5
¿
Punto 6
¿
h6 s=υ5 (P6−P5 )+h5⟹h6=1,0102.10−3 m
3
kg(10−0,01 ) MPa+191,83 kJ
kg
h6=1,0102.10−3m
3
kg(10−0,01 )MPa 10
5N /m2
1MPa.1kJ
103N .m+191,83 kJ
kg
h6=192,839kJkg
a) Rendimiento térmico:
Potencia neta desarrollada
Pneto=m [PT 1+PT 2+Pbomba ]
Pneto=m [ (h1−h2 )+(h3−h4 )+(h5−h6 ) ]
Qs=m [ (h1−h6 )+ (h3−h2 ) ]
η=Pneto
Qs
η=m [ (h1−h2 )+(h3−h4 )+(h5−h6 ) ]
m [ (h1−h6 )+(h3−h2 ) ]
η=[ (3373,25−3394,396 )+(3353,3−2610,187 )+(191,83−192,839 ) ] kJ
kg
[ (3373,25−192,839 )+ (3353,3−3394,396 ) ] kJkg
η=0,23
η=23%
b) El flujo de masa de vapor
Pneto=m [ (h1−h2 )+(h3−h4 )+(h5−h6 ) ]
m=Pneto
[ (h1−h2 )+(h3−h4 )+(h5−h6 ) ]
m=180MW .
103kW
1MW
[ (3373,25−3394,396 )+(3353,3−2610,187 )+(191,83−192,839 ) ] kJkg.1kW . s1kJ
.1h3600 s
m=8,988.105 kg /h
c) Calor que sale del condensador
Qs=m (h4−h5 )
Qs=¿603,78 MW
RESULTADOS
Rendimiento térmico 23%
El flujo de masa de vapor es 8,988.105 kg/h
Calor que sale del condensador es de 603,78 MW
Comparándolo con el ejercicio modelo se observa que al aumentar la temperatura y presión a la salida de la caldera el rendimiento disminuye y el flujo de vapor aumenta