Termodinamica II

Asignatura: Termodinámica II

Introducción.

Debido a la demanda energética en la actualidad, cada día se buscan nuevas formas de producir energía, principalmente la eléctrica, una de las formas más conocidas y que abarca más del 70 % de la energía eléctrica generada en el mundo se produce mediante turbinas accionadas por vapor. Esto debido principalmente a que son métodos de generación ya desarrollados y relativamente sencillos.

Objetivo general: Evaluación N°2 Método Caso (2019) Resolver problemas técnicos asociados a las energías y eficiencia térmica, en sistemas de generación de vapor, de acuerdo a su aplicación industrial. 

Objetivos específicos: Evaluación N°2 Método Caso (2019) 

-Calcular propiedades de estado, en sistemas de generación de vapor, a través de balances térmicos y tablas de propiedades termodinámicas.

• Calcular las energías intercambiadas en sistemas de generación de vapor, a través de balances térmicos.
• Calcular la eficiencia de la transformación de energía, intercambiadas en sistemas de generación de vapor de uso industrial.

-Describir las comprobaciones que deben realizarse a una caldera de vapor.

Alcance: El alcance de este informe está centrado en los equipos de vapor, específicamente en calderas de vapor, para realizar los diferentes cálculos correspondientes y el análisis de esta.

Finalidad del informe: Determinar mediante cálculos termodinámicos las eficiencias de una planta de generación térmica convencional y otra con recalentamiento para determinar en conjunto cual sería la más adecuada para la sustitución de la planta hidroeléctrica Chivilingo por un ciclo Rankine.

Descripción del problema: Evaluación N°2 Método Caso (2019)  Para prevenir problemas ambientales ocasionados por la falta de agua en la cuenca del rio Chivilingo, y el deterioro de las turbinas Pelton se construirá una planta de generación térmica en este complejo histórico. En donde se trabajará como un equipo de apoyo en la sustitución de la capacidad de Generación de electricidad de la planta Hidroeléctrica por un ciclo Rankine. 

[pic 2] 

Ilustración 1 Ubicación planta Chivilingo 

Desarrollo.

Actividad N°1.

Se quiere instalar un ciclo Rankine con recalentamiento como el que se muestra en la figura 1, con vapor sobrecalentado, entra a 2,5 MPa y 300 ºC a la primera etapa de una turbina de vapor. El vapor abandona la primera etapa a una presión 500 kPa y regresa al generador de vapor, el cual abandona a una temperatura de 300 ºC y reingresa a la segunda etapa de la turbina, que finalmente abandona a 10 kPa. Evalúa la eficiencia del ciclo y la calidad del vapor a la salida de las dos etapas de la turbina. Utilice las tablas termodinámicas.

[pic 3] 

Ilustración 2 Ciclo Rankine con recalentamiento

a) Análisis de la turbina en la primera y la segunda etapa. Represéntelo en un diagrama TS con recalentamiento.  

Primera etapa:

Punto 3 se presenta una presión de 2,5MPa y una temperatura de 300°C. Según tablas (A-6):

Entalpía h3: 3009,6 𝑘𝐽 

𝑘𝑔

Entropía S3: 6,6459        𝑘𝐽  [pic 4]

𝑘𝑔∗𝐾

Como se presenta un proceso isotrópico, entonces s3 = s4. Y también se observa que s4g=s4. Por lo tanto:

Datos (obtenidos por tabla A-5):

𝑘𝐽

𝑠4 = 6,6459          

𝑘𝑔∗𝐾

𝑘𝐽

𝑠𝑓4 = 1,8604           Se obtiene por tabla a una presión de 500 kPa [pic 5]

𝑘𝑔∗𝐾

𝑘𝐽

 𝑠𝑓𝑔4 = 4,9603         Aquí se utiliza este valor obtenido de tabla, donde está evaporado.

𝑘𝑔∗𝐾

Fórmula:

        𝑘𝐽        𝑘𝐽

        𝑠4−𝑠𝑓4        6,6459𝑘𝑔∗𝐾−1,8604𝑘𝑔∗𝐾[pic 6]

𝑥 =        =        = 0,9647 

𝑠𝑓𝑔[pic 7]

𝑘𝑔∗𝐾

Una vez con todos los datos calculados, se reemplaza en la fórmula para encontrar la entalpía punto 4:

Datos:

𝑘𝐽

ℎ𝑓4 = 640,09 

𝑘𝑔

𝑘𝐽 ℎ𝑓𝑔4 = 2108,0          [pic 8]

𝑘𝑔

𝑥 = 0,9647 Fórmula: ℎ4 = ℎ𝑓4 + 𝑥 ∗ ℎ𝑓𝑔4 = 640,09 [pic 9]𝑘𝐽 + (0,9647) ∗ (2108,0 [pic 10]𝑘𝐽) = 2673,6776 [pic 11]𝑘𝐽 

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