Tercera Serie Problemas Balances De Materia Y Energía
Sem. 2009-2
Tercera Serie de Problemas
Ciclos de Generación de Potencia
REALIZAR DOS PROBLEMAS:
1. En un proceso se generan 650,000 lb/h de vapor sobrecalentado mediante el siguiente
esquema que opera a régimen permanente:
650,000 lb/h
80 °F de sobrecalentamiento
Vapor saturado
líquido (1 00 °F)
Q2
Líq. Sat.
P = 1410 psia
50% líq.
50%vapor (masa)
Q1
Purga
(2% del vapor generado)
a) Calcule las cargas térmicas Q1 y Q2.
b) Determine el flujo másico, la temperatura, presión, entalpía y estado de cada corriente.
c) Calcule el número de tubos de 1’’ de diámetro interno que serán necesarios en la parte de
generación de vapor (Q1) si la velocidad del líquido a la salida del tanque es de 1 ft/s.
2. Determine lascondiciones (temperatura y presión) de cada corriente en el siguiente ciclo de
generación de potencia que opera con agua. ¿Cuál es la eficiencia de transformación de
energía térmica a mecánica?
Q1 = ?
Caldera
MH2O = 2 00 lb/h
T urbina
reversible
W 1 = 4 5.95 HP
Q2 = 2 07,500 BT U/h
W2 = ?
vapor saturado
T = 100 °F
Condensador
Bomba
reversible
03/06/2009
1
3. Se deseanproducir 2000 HP en la turbina del vapor.
Q2
Q1
Q3
vapor sobrecalentado
260 psia
1500 °F
vapor
saturado
líquido
saturado
4
1
6
5
líquido
260 psia
AGUA
ε = 8 5%
T urbina
Generador
ε = 7 0%
Condensador
3
2
Q4
líq. sat.
5 psia
30 °C
Agua
45 °C
Calcular:
a) Cantidad de agua que circula en el proceso.
b) Los calores Q1, Q2, Q3, Q4.c) La potencia requerida en la bomba.
d) La cantidad de agua de enfriamiento en el condensador.
e) Las propiedades de todas las corrientes.
NOTA:
Bomba (hsalrev – hent) = ventL (Psal – Pent)
4. Para el siguiente ciclo de generación de potencia con vapor de agua, calcule:
a) La carga térmica en cada uno de los equipos de intercambio de calor.
b) La potencia generada por las turbinas(adiabáticas con una eficiencia del 85%).
c) Las propiedades de cada corriente (T, P, h, s, v, fase).
d) La generación de entropía en cada equipo y en todo el proceso. Además encuentre el
trabajo perdido (T0 = 540 °R)
BASE: Tome como base 100 lb/h de vapor saturado en el domo.
NOTA: La descarga de la primera turbina, 2/3 se sobrecalienta y 1/3 se manda al cambiador
de calor.
W2
Q2
Q3
1400°F
1400 °F
W1
Gases a 1500 °F
200 psia
vapor
saturado
40% mezcla
de vapor
90 °F
Corriente de
proceso a
350 °F
Q4
Q5
Gases a 2500 °F
Agua 80 °F
líquido sat.
W4
03/06/2009
350 °F
líquido sat.
Q1
líquido sat.
100 °F
2000 psia
W3
2
5. Determine la eficiencia del siguiente ciclo de generación de potencia.
W − W1 − W2
η= T
Q1 + Q2Q2
Vapor Saturado
300 PSIA
Q1
Vapor Saturado
90 °F
Vapor 30 PSIA
WT
Q3
W2
L.S.
30 PSIA
W1
L.S.
NOTA: La turbina es adiabática con una eficiencia del 80%.
Las bombas son adiabáticas con una eficiencia del 60%.
W1
6. Se desean producir 1000 kW de potencia neta (Wneto = W3 + W4 + W1 + W2 = -1000 kW) por
el siguiente ciclo de generación de potencia que operacon vapor de agua:
W2
Q3
BOMBA
W3
Vapor Saturado
100 °F
TURBINA
35 PSIA, 800 °F
SOBRECALENTADOR
Q2
SATURADOR
CALDERA
LIQ. SAT., 35 PSIA
BOMBA
35 PSIA
W4
LIQ. SAT.
100 °F
600 PSIA
CONDENSADOR
Q1
600 PSIA, 900 °F
TURBINA
Vapor Saturado
35 PSIA
03/06/2009
3
Considere que se opera a régimen permanente y que las turbinas,bombas y saturador están
aislados. Las bombas tienen una eficiencia del 75%. Calcule: Q1, Q2, Q3, W1, W2, W3, W4, y
la masa de agua que circula por cada línea.
Pista: Tome una base y resuelva el problema. Después escale los resultados para que Wneto =
-1000 kW.
Calcule además la eficiencia de cada turbina.
7. En la siguiente página se tienen diferentes esquemas de procesos para generar...
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