agua

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CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
Comentario Este problema se trabajó en el ejemplo 10-3c) para los mismos
límites de presión y temperatura pero sin el proceso de regeneración. Una
comparación de los dos resultados revela que la eficiencia térmica del ciclo
ha aumentado de 43.0 a 46.3 por ciento debido a la regeneración. La salida
neta de trabajo disminuye en 171 kJ/kg, pero la entrada decalor se reduce en
607 kJ/kg, lo que produce un incremento neto en la eficiencia térmica.

EJEMPLO 10-6

El ciclo Rankine ideal regenerativo
con recalentamiento

Considere una central eléctrica de vapor que opera en un ciclo Rankine ideal
regenerativo con recalentamiento, con dos calentadores de agua de alimentación, uno abierto y otro cerrado, además de un recalentador. El vapor entra ala turbina a 15 MPa y 600 °C y se condensa a una presión de 10 kPa. Una
parte de vapor se extrae de la turbina a 4 MPa para el calentador cerrado,
mientras que el resto se recalienta a la misma presión hasta 600 °C. El vapor
extraído se condensa por completo en el calentador y se bombea hasta 15
MPa antes de mezclarse con el agua de alimentación a la misma presión. El
vapor para el calentadorabierto se extrae de la turbina de baja presión a una
presión de 0.5 MPa. Determine las fracciones de vapor extraído de la turbina,
así como la eficiencia térmica del ciclo.

Solución Se tiene una central eléctrica de vapor que opera en un ciclo
Rankine ideal regenerativo con recalentamiento, equipada con un calentador
abierto de agua de alimentación, otro cerrado y un recalentador. Sedeterminarán las fracciones de vapor extraído de la turbina y la eficiencia térmica.
Suposiciones 1 Existen condiciones estacionarias de operación. 2 Los cambios en las energías cinética y potencial son insignificantes. 3 En ambos
calentadores de agua de alimentación, abierto y cerrado, el agua de alimentación es calentada a una temperatura de saturación a la presión del calentador
de agua dealimentación. (Observe que ésta es una suposición conservadora
porque el vapor extraído entra al calentador cerrado a 376 °C y la temperatura
de saturación a una presión de 4 MPa es de 250 °C.)
Análisis El esquema de la central eléctrica y el diagrama T-s del ciclo se
muestran en la figura 10-19. La central eléctrica opera en un ciclo Rankine
ideal regenerativo con recalentamiento y por lo tantolas bombas y las turbinas
son isentrópicas; no hay caídas de presión en la caldera, el recalentador, el
condensador y los calentadores de agua de alimentación; además, el vapor
sale del condensador y de los calentadores de agua de alimentación como
líquido saturado.
Las entalpías en los diversos estados y el trabajo de las bombas por unidad
de masa del fluido que circula a través de ellas son10Chapter_10.indd 582

h 1 ϭ 191.81 kJ>kg

h9 ϭ 3 155.0 kJ>kg

h 2 ϭ 192.30 kJ>kg

h10 ϭ 3 155.0 kJ>kg

h 3 ϭ 640.09 kJ>kg

h11 ϭ 3 674.9 kJ>kg

h 4 ϭ 643.92 kJ>kg

h12 ϭ 3 014.8 kJ>kg

h5 ϭ 1 087.4 kJ>kg

h 13 ϭ 2 335.7 kJ>kg

h6 ϭ 1 087.4 kJ>kg

wbomba I,entrada ϭ 0.49 kJ>kg

h7 ϭ 1 101.2 kJ>kg

wbomba II,entrada ϭ 3.83 kJ>kg

h8 ϭ 1 089.8 kJ>kg

wbombaIII,entrada ϭ 13.77 kJ>kg

3/1/12 12:16:31

583

CAPÍTULO 10
1 kg
9

Turbina
de baja
presión

Turbina
de alta
presión
10

y

P10 = P11 = 4 MPa

z
600 °C

1–y

1–y –z

11

4 MPa

12
0.5 MPa

CAA
cerrado

5

Cámara
de
mezclado

8

Condensador

4 MPa

y 10

1–y

6

3

z

12
1–y–z

10 kPa
1

13

1

3
Bomba II

4

2

2

6Bomba III

10 kPa

7

0.5 MPa

CAA
abierto
4

7

15 MPa

13
5

8

1–

y

11

9

g

Recalentador

T

1k

Caldera

15 MPa
600 °C

s

Bomba I

FIGURA 10-19
Esquema y diagrama T-s para el ejemplo 10-6.

Las fracciones de vapor extraído se determinan a partir de los balances de
masa y de energía de los calentadores de agua de alimentación:
Calentador...