termodinamica

1. Ciclo de Potencia con Vapor – Ciclo Rankine.
Un ciclo de Rankine opera con vapor de agua que entra a la turbina a 4800 kPa y 500 °C.
A la salida del condensador, que opera a 20 kPa, se obtiene agua líquida saturada.
Construye el diagrama de flujo del proceso empleando Hysys. Emplea las tablas de la American Society of Mechanical Engineers para la descripción de las propiedades delfluido.






















a) Considera dispositivos isoentrópicos y determina el trabajo neto, el calor aportado en la caldera, la calidad del vapor a la salida de la turbina y el rendimiento del ciclo asumiendo que no hay pérdidas de presión en la caldera y el condensador.Trabajo neto = 1114,01 kJ/h; calor caldera= 2067 kJ/h; calidad del vapor turbina= 0,876; rendimiento ciclo= (Wt – Wb)/Qc = 0,35


b) Indica las temperaturas, presiones y los estados de los fluidos en el diagrama de fase TS.
Punto 1: temperatura=500ºC presión= 4800 kPa vapor sobrecalentado
Punto 2: temperatua= 60ºC presión= 20kPa x vapor=0,876
Punto 3: temperatura= 60ºC presión= 20kPa xvapor= 0
Punto 4: temperatura= 60.3ºC presión= 4800 kPa x vapor= 0

c) Repite el cálculo considerando eficiencias isoentrópicas del 75% en turbina y bomba.
Trabajo neto= -847,6 + 6,485 = 841,1 kJ/h
Calor caldera= 3179 kJ/h
Calidad vapor turbina= 0,991
Rendimiento del ciclo= W/Q = 0,26

d) Determina el flujo másico necesario para que la turbina produzca 150 MW.

Para 150 MW el flujomásico es de 637000 kg/h aproximadamente

e) Determina qué fracción del calor aportado en la caldera se invierte en calentar el agua, vaporizarla, y sobrecalentar el vapor.




Calor aportado en la caldera para calentar el agua = 884,1 kJ/h 884,1/3178,9 = 0.27
Calor aportado en la caldera para vaporizar = 1654 kJ/h 1654/3178,9 = 0,52
Calor aportado en la caldera parasobrecalentar el vapor = 640,8 kJ/h 640,8/3178,9 = 0,20

f) Determina el rendimiento de un ciclo en el que no se sobrecalienta el vapor.
¿Qué calidad tiene el vapor a la salida de la turbina?

Rendimiento del ciclo = 0,24
Calidad del vapor de salida de la turbina = 0,8164

g) Analiza el efecto de las siguientes medidas para incrementar el rendimiento del ciclo:
i) variar la presión en elcondensador entre 5 y 100 kPa
ii) variar la presión de la caldera entre 1500 y 5000 kPa
iii) variar la temperatura de sobrecalentamiento del vapor entre 300 y 600 °C.
En cada caso se mantienen las demás condiciones igual que en el apartado a).
Explica el efecto de las tres medidas en la gráfica TS del ciclo de Rankine.

i) Para una presión de 5 kPa en el condensador el rendimiento del ciclo esde 0,25
Para una presión de 50 kPa el rendimiento es de 0,22
Para una presión de 100 kPa el rendimiento es de 0,20



ii) Para una presión en la caldera de 1500 kPa el rendimiento del ciclo es 0,2641
Para una presión de 2500 kPa el rendimiento es de 0,2638
Para una presión de 5000 kPa el rendimiento es de 0,2630


iii) Para una temperatura de 300ºC al vapor sobrecalentado el rendimientodel ciclo es de 0,2442
Para una temperatura de 450ºC al vapor sobrecalentado el rendimiento es de 0,2589
Para una temperatura de 600ºC al vapor sobrecalentado el rendimiento es de 0,2768




h) Considera dos plantas que operan en lugares distintos, de modo que el agua de refrigeración empleada en el condensador se encuentra a temperaturas diferentes.
En un caso, el agua se capta a 10 °C,mientras en otro caso la planta se encuentra en una zona mucho más cálida con el agua entrando a 20 °C. Considera que la diferencia de temperaturas en el intercambiador debe ser al menos de 10 °C. El condensador trabaja a la mínima presión posible en cada caso. Determina las características de funcionamiento del ciclo y su rendimiento. Explica la diferencia observada.

Rendimiento para el...