Examen de procesos

Un ciclo Rankine con recalentamiento y regenerativo genera 150MW, el vapor entra a la turbina a 520 °C y 160 bar, la temperatura del vapor al final del recalentamiento también es de 520 °C, la temperatura ambiente es de 32 °C. Hay tres calentadores de agua colocados óptimamente como sigue: a) los calentadores de alta y baja presión son cerrados con cascada hacia atrás. b) el calentador depresión intermedia es abierto. Cada eficiencia de la turbina tiene la misma eficiencia isoentrópica de 90%. Las bombas tienen una eficiencia isoentrópica de 80%. Proponga usted un PCI. Calcule: a) el flujo másico de vapor en la entrada de la turbina en kg/s, b) el flujo de vapor en el condensador, c) el flujo másico de agua de enfriamiento en el condensador, en kg/s, si su temperatura se incrementa 7 °C,d) la eficiencia térmica del ciclo, e) el consumo térmico unitario, f) el flujo de combustible, g) el consumo específico de combustible y h) el consumo específico de vapor.



Diagrama esquemático






Diagrama T-s



Estado 1 (Vapor sobrecalentado o vapor vivo)
En este estado se tiene vapor sobrecalentado (vapor vivo) proveniente del generador de vapor, el cual entra la turbina de alta presión.Dados, tanto la presión del vapor como su temperatura, P1 y T1, en tablas de vapor sobrecalentado podemos conocer las propiedades restantes, v1, s1, u1 y h1.



En tablas de vapor sobrecalentado con P1 y T1, obtenemos las propiedades restantes.



















Estado 2s (expansión isoentrópica) 0.22….0.35
Como primer paso debemos de conocer la presión a la cual el vapor sobrecalentado seexpande y sale de la turbina de alta presión; para esto, es un dato conocido la relación de presiones entre el estado uno y dos.



Despejando la presión dos, se obtiene:




Considerando el estado ideal, se realiza una expansión isoentrópica hasta el estado dos, lo cual nos indica que s2s y s1 tienen el mismo valor, o sea que:



Por el postulado de estado, conociendo la presión y la entropía de ésteestado, podemos conocer las propiedades restantes en tablas de vapor sobrecalentado.















































































































Las propiedades restantes para éste estado se obtuvieron en tablas de vapor sobrecalentado con y .



















Estado 2 (Expansión real)
En éste estado se aplica la definición de eficienciaisoentrópica de la turbina, con lo cual es posible calcular el valor de h2, tomando en cuenta que la eficiencia de la turbina es del 90% (dato proporcionado por el prontuario), se tiene que:



De donde:



Por lo que:




Con el valor de la presión de éste estado, en tablas de vapor saturado seco se encuentra el valor de hg (entalpía de saturación de vapor seco) y se compara con h2, teniendo en cuentaque si:

hgP2 > h2 Vapor húmedo
hgP2 = h2 Vapor saturado seco
hgP2 < h2 Vapor sobrecalentado

En tablas de vapor saturado con , se obtiene hgP2.











Realizamos una comparación entre hgP2, h2.



Como podemos observar:



Por lo tanto, en éste estado nos encontramos en la región de vapor sobrecalentado.
Ahora, en tablas de vapor sobrecalentado, con P2 y h2, obtenemos las propiedadesrestantes.
















































































































Las propiedades restantes de éste estado se obtuvieron a partir de y





















Estado 3 (Recalentamiento)
Ahora, el vapor proveniente del estado 2 real (salida de la turbina de alta presión) se ramifica, una parte se dirige al calentador cerrado de alta presión y la mayorparte entra al generador de vapor para recalentarlo e ingresarlo a la turbina de baja presión; éste proceso se considera isobaro e isotérmico, por lo que, P3 = P2 y T3 = T1. El recalentamiento en éste estado se lleva a cabo para que, el vapor proveniente de la turbina de alta presión alcance de nuevo la temperatura de vapor vivo e ingrese a la turbina de baja presión.
Tomando en cuenta las...