Taller Termodinamica

TALLER 21 - 2012

Considere una planta de energía a vapor que opera con un ciclo de Rankine con recalentamiento y genera una potencia neta de 80 MW. El vapor entra a la turbina de alta presión a 10 MPa y 500ºC y a la turbina de baja presión a 1 MPa y 500ºC, además, deja el condensador como líquido saturado a una presión de 10 kPa. Las eficiencias termodinámicas de las turbinas son de un 80% y la de la bomba de un 95%.

Muestre el ciclo en un diagrama T-s con respecto a la campana de saturación y determine:

a) La calidad del vapor (o la temperatura si está sobrecalentado) a la salida de las turbinas.

b) La eficiencia térmica del ciclo.

c) El flujo másico con el que opera el sistema.

a) Podemos ver que tenemos el Estado 1, 3 y 5

En el Estado 1:

Liquido Saturado a p=0.1bar.

h1= 191.83 kJ/kg

s1=0.6493kJ/KgK

v1=0.000101m3/kg

En el Estado 3: p=100bar y 500°C

h3= 3373.7kJ/kg

s3=9.5966/KgK

Estado 5: p=10 bar y 500°C

h5= 3478.5kJ/kg

s5=7.7622/KgK

Ahora, con el rendimiento del 95%

W= (0.000101m3/kg)*(Δp)/0.95= 10.6kJ/kg

Luego, h2= h1+ W/m = 202.43 kJ/kg

Una vez obtenido esto, vemos el valor de h4s con nuestro s4s=s3=9.5966/KgK y una presión de 10 bar.

Nos queda, h4s= 2782.8 kJ/kg

Luego, nuestro n= [(h3 – h4) + (h5-h6)]/[(h3-h4s) +( h5 – h6s)]= 0.8

De aquí, podemos sacar el valor de h4= 2900.98 kJ/kg

Como s6s=s5= 7.7622/KgK y la presión en este punto corresponde a 0.1bar, nos encontramos en una región liquido-vapor.

Por lo tanto podemos calcular su calidad:

X= (s6s – sliq)/(sgas-sliq) = 0.948

y por lo tanto

h6s= hliquido +x(hgas – hliquido)= 2460.86. kJ/Kg

Ahora vamos a determinar h6 para saber en que estado sale de la turbina.

0,8= (h5-h6)/(h5-h6s) => h6=2664,39 kJ/Kg

Comparando este valor con la entalpia en p=0,1bar, vemos que h6 es menos que la entalpia del gas, por lo tanto esta en un estado sobrecalentado, por lo tanto calcularemos su temperatura.

interpolamos=> (2687,5-2592)/(100-50)=(2664.39-2592)/(T6-50)

=> T6= 87.8°C

b) Qin = h3 – h2 + h5 – h4 = 3748.8 KJ/Kg

Qout = h6 – h1 = 2472.6 Kj/Kg

n = W/Qin=1-Qout/Qin=0.34=34%

c) (m=W/(h3-h4+h5-h6)= 80/(472.72+814.11 )= 62.17 kg/s) ̇

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