TRABAJO DE TERMODINÁMICA 2 CICLO SIMPLE DE POTENCIA DE VAPOR
EJERCICIO 5.125 En un ciclo simple de potencia, cuya potencia de salida neta es 9 MW, el vapor de agua entra a la turbina a 10 MPa, 560°C y sale a 0.010 MPa y una calidad del 86%. Del condensador sale líquido saturado a 0.010 Mpa y la variación de la temperatura en la bomba adiabática es despreciable. Determínese: a) El trabajo de la bomba y de la turbina, ambos en kJ/kg. b) El porcentaje de calor suministrado que se convierte en trabajo neto de salida. c) El flujo de calor cedido en el condensador en kJ/s.
CONSIDERACIONES Para el análisis del ciclo de potencia mostrado, se toma en cuenta las siguientes consideraciones: 1. En los elementos del ciclo (caldera, Turbina, Condensador, Bomba), se toma como despreciable los efectos de la energía potencial y cinética sobre la energía interna del fluido; esto es debido a que los cambios inducidos por el flujo de calor y la potencia consumida, son cambios sobre la entalpia del fluido, y son considerablemente mayores que los cambios causados por las
ligeras variaciones de altura o velocidad que se provocan en esta clase de elementos. 2. En los elementos en los que se produce variación de presión, tales como la turbina y la bomba, es posible tomar la transferencia de calor de estos elementos hacia el medio ambiente como nula; es decir, su tasa de transferencia hacia el exterior, es despreciable comparada con los requerimientos de potencia (tanto de entrada como de salida) que son necesarios para el mantenimiento del flujo necesario en el ciclo. Por lo tanto, se toman como adiabáticos, y sus respectivos procesos se toman a temperatura constante. 3. A su vez, los elementos en los que se produce cambios de temperatura, tales como el condensador y el intercambiador de calor, se toma la salida o entrada de potencia, como nula, debido a que en estos dispositivos, no existe un mecanismo de producción o consumo de esta; por lo tanto, se les asocia una producción nula de esta variable, y se toman sus procesos como a presión constante. 4. En la bomba, además de la consideración de ser adiabática, se tiene en cuenta que el fluido que circula antes y después de esta, se encuentra en etapa de líquido saturado. debido a la baja compresibilidad de los líquidos, es plausible afirmar que en esta etapa, no existe un cambio neto de volumen, y por ello ha de existir relaciones adicionales, que permitan el cálculo de las propiedades solicitadas.
SOLUCIÓN
a) Se halla el trabajo producido por la turbina y el trabajo consumido por la bomba, ambos en kJ/kg.
Balance de energia de la turbina
[ ]
Estado 2
⁄ ⁄ () ⁄ ⁄ ⁄
Estado 1
⁄ ⁄ ⁄ ⁄ El trabajo sale de la turbina
Balance de energía de la bomba
] [
Estado 3
⁄ ⁄ ⁄ b) Se halla el porcentaje de calor suministrado que se convierte en trabajo neto de salida.
Balance de energía de la caldera
] [ ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ Se despeja
del balance de energía de la bomba
⁄ ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ ⁄
⁄ ⁄ El 38.09% de calor suministrado se convierte en trabajo
c) Se halla el flujo de calor cedido en el condensador en kJ/s.
Balance de energía del condensador
[ ] ̇ ̇ ̇ ⁄ ⁄ ̇ ⁄ ̇ ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ El calor sale del condensador
