Termo2

Ciclos de Potencia

Curso 2007

Ejercicios
Cuando no se indica otra cosa, los dispositivos y ciclos se asumen ideales. En todos los casos, bosqueje los
ciclos y realice los diagramas apropiados. Se indican las respuestas para que controle su trabajo. En los
ejercicios con aire, suponga CP constante, a menos que se indique lo contrario.

1)

Un colector solar opera basado en un cicloRankine ideal con agua como fluido de
trabajo. El vapor saturado deja el colector a 150 ºC y la presión en el condensador es de
10 kPa.
a) Eficiencia térmica del ciclo.
b) ¿A que temperatura media recibe calor el fluido de trabajo?
c) ¿Cuál es la eficiencia de Carnot entre esta temperatura y la temperatura en el
condensador?
o

R: a) 0,227; b) 140 C; c) 0.227
2)

Se propone la plantageneradora de la figura para operar basada en la diferencia de
temperatura entre las aguas profundas (5 ºC) y las aguas superficiales (25 ºC). La planta
usa amoniaco como fluido de trabajo. La bomba y la turbina tienen eficiencia adiabática

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0,80 y el flujo másico de amoniaco es m = 1000kg / s

a)
b)

Determine la potencia entregada por la turbina y la consumida por la bomba.
Determineel flujo de masa de agua por cada uno de los intercambiadores de calor
(supuestos asilados del ambiente).
c) Cual es la eficiencia térmica de la planta?
R: a) 33,4 MW, 490 kW; b) 147,3 ton/s, 143,3 ton/s; c) 2,7%

Instituto de Física – Facultad de Ingeniería – UDELAR

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Ciclos de Potencia
3)

Curso 2007

Un ciclo Rankine con recalentamiento usa agua como fluido de trabajo. El vaporentra a
la turbina de alta a 3,5 MPa, 350 ºC y se expande a 0,8 MPa. Luego se lo recalienta a
350 ºC y se expande hasta 10 kPa en la turbina de baja.
a) Calcule la eficiencia térmica del ciclo y la calidad del vapor que sale de la turbina de
baja.
b) ¿A que temperatura media recibe calor el fluido de trabajo?
o

R: a) 34,7%, 0,9012; b) 215,5 C
4)

Un ciclo Rankine con regeneración usaagua como fluido de trabajo. El vapor entra a la
turbina (adiabática) a 3,5 MPa, 350 ºC y sale al condensador a 10 kPa. Se drena vapor
en dos puntos de la turbina a 0,8 MPa y 0,2 MPa para alimentar dos intercambiadores
abiertos que precalientan el suministro de agua a la caldera. El agua sale de los
intercambiadores como líquido saturado. Se usan bombas adiabáticas apropiadas para
laspresiones involucradas. Calcule la eficiencia térmica del ciclo y el trabajo neto
generado por kg de vapor circulante.
R: 36,9%; 877 kJ/kg

5)

Un ciclo Rankine con regeneración y recalentamiento usa agua como fluido de trabajo.
El vapor entra a la turbina de alta a 3,5 MPa, 350 ºC y se drena a 0,8 MPa para
precalentar el agua suministrada a la caldera. El resto del vapor se recalienta (a lamisma presión de 0,8 MPa) a 350 ºC y se suministra a la turbina de baja. De la misma,
se drena vapor a 0,2 MPa para precalentar el agua suministrada a la caldera. La presión
en el condensador es de 10 kPa y ambos intercambiadores de calor son abiertos.
Calcule la eficiencia térmica del ciclo y el trabajo neto generado por kg de vapor
circulante.
R: 37,2%, 1018 kJ/kg

6)

Una planta depotencia opera en un ciclo Rankine simple en el cual el vapor sale de la
caldera sobrecalentado a 4 MPa, 400 ºC, como se indica en la Figura.

Hay caídas de presión en las cañerías (etapas 2-3 y 4-5) y en la caldera, como se
indica en la figura. No hay pérdidas de presión en el condensador ni en las cañerías que
entran y salen del mismo. La eficiencia adiabática de la turbina es de 86% y la de labomba es de 80%.
Halle la eficiencia térmica del ciclo y compare con la que tendría si no hubiese
pérdidas, y la turbina y la bomba fuesen ideales, con la presión de alta en 4 MPa.
R: 29,1%; sin pérdidas 35,3%

Instituto de Física – Facultad de Ingeniería – UDELAR

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7)

Curso 2007

En un ciclo de refrigeración ideal por compresión de vapor, la temperatura del...