TC_2_Grupo201015_52

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA- UNAD TERMODINÁMICA

TERMODINÁMICA TRABAJO COLABORATIVO N° 2

Presentado a: CAROLINA LEON Tutor

Entregado por:

LUIS FELIPE RODRIGUEZ DIEGO ARMANDO PEÑA JOSE DIDIER MACIAS LEIDY LIZETH DIAZ

Grupo: 201015_52 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS DE TECNOLOGÍA E INGENIERÍA MAYO DE 2017


DESARROLLO ACTIVIDAD

1. Con base en el diagrama de bloques elaborado en la fase anterior, y teniendo en cuenta los datos asignados, el grupo deberá realizar los cálculos pertinentes para responder a las siguientes preguntas: Datos:

a. Encuentre la cantidad de trabajo producida en cada turbina. b. Determine la eficiencia térmica del ciclo. Una planta termoeléctrica que usa vapor de agua, opera en un ciclo Rankine con recalentamiento (Revisar Capítulo 10 Termodinámica de Yunus Cengel ). Durante el funcionamiento de la planta, el vapor ingresa a la turbina de alta presión a 8MPa y 5 00°C y sale a 3MPa. Luego, el vapor se recalienta a una presión constante hasta una temperatura de 500°C, posteriormente ingresa a la turbina de baja presión donde se expande hasta 20kPa. CICLO RANKINE DIAGRAMA DE BLOQUES

3

500° C

TURBINA BAJA PRESIÓN

TURBINA ALTA PRESIÓN

2 3Mpa E O L A D R C A E T R N

20KPa 8MPa

4

500° C 1 CONDENSADOR

6 BOMBA

5


Encontrar valores con relación a la tabla según las corrientes numeradas del diagrama. Cálculos realizado por: LEIDY LIZETH DIAZ

           : 3  500°  3  8  4  3  5  500°  Lo primero será determinar los estados de las corrientes, ya que la bomba maneja la materia en estado líquido, podemos asumir que la corriente 1 es líquido saturado, y el condensador opera a presión constante.

1  0] ℎ1  ℎ 20   251,42 /  1  0] 1  20   0,001017 /          ,   2  3          : í 

 0, 0 01017    1 21      8000  – 20   ( 11. . )   8,12  / 

Wb ℎ – ℎ → ℎ=ℎ wb251,42+8,12259,54kj/kg


  3    3  8  3  500° 

ℎ3  3399,5  /  }   6,7266  / 

}

      ó  ,      á :  ó   3  } ℎ  3105,1  /   =    4     .   3  } ℎ  3105,1  /   =   3    ℎ 3104,69 /  345,18 ° De modo que   ℎ ℎ+ℎ ℎ   3139,964 +352,35   , /   5     .   3  } ℎ  3457,2  /    500°  }   7,2359  / .    ó   


  20 k pa } =  = ,−,, = 0, 9051  =  } ℎ ℎ+ℎ251.42+ 0.90512357.5 2385.2/              +  ℎ ℎ + ℎ ℎ 1366.4/

Eficiencia del Ciclo.

   

   +, 1366,6+ 812 1358,3/   ℎ−ℎ+ℎ ℎ 3492,0/ Donde;

Finalmente;

3 38,9%   1358. 3492,5 Cálculos realizados por: LEIDY LIZETH DIAZ



 

 

 20   500℃  3  20 ℎ  ℎ 20


ℎ 251,42 /  



 8         0,001017 /80002011.    8,11 / ℎ  ℎ +   ℎ 251,42  +8,11566 / ℎ  259,53566 / 

   

 

 8  500℃ ℎ 3399,5/  6,7266 /  3  6,7266/  Interpolamos

      +     6,5412  2294,3 6,7266  6,7450  3116,1 12294,3 6,72666,5412 2294,3+ 3116, 6,74506,5412 8 0,1854 2294,3+ 0,121, 2038   2294,3 +597,644 0,1854


2294,3+110,803 3105,103 ℎ  3105,103 /   



 









 500℃  3   7,2359  ℎ 3457,2  20      7,2359    − 8320 /   7,23590, 7, 0 752  0,9051 / ℎ  ℎ + ℎ ℎℎ 251, 4 2+0, 9 0512357, 5   251,42+2133,77 ℎ 2385,19    ℎ ℎ+ℎ ℎ  (3399.5   259,53  )+(3457,2   3105,10  )  3139,97  + 352,097    3492,06    ℎ ℎ


 2385,19  251,42   2133,77 / Calculamos la eficiencia del ciclo 

 1  2133,77 / 1 3492, 06   0,61 61% Cálculos realizados por: LEIDY LIZETH DIAZ

c. Encuentre la cantidad de trabajo producida en cada turbina. d. Determine la eficiencia térmica del ciclo.

3MPa

5

8 MPa

3

500 ºC 500 ºC TURB. AP

TURB. BP

20KPa 4

3MPa

6

CALDERA

2

1 BOMB

COND.

P3 = 8 MPa

T3=500 ºC


P4 = 3MPa DATOS DEL PROBLEMA

P5 = 3MPa

T5=500 ºC

P6= 20KPa Veamos algunas consideraciones especiales sobre las unidades a emplear y el comportamiento de los aparatos del ciclo, de acuerdo a los datos dados en el problema planteado. Tener presente que 1 Pascal es igual a

10−  por lo tanto las equivalencias en bares

que presentan las tablas de entalpia, volumen, entropía, temperatura, de acuerdo a los valores dados e Pascales son las siguientes: P3 = 8 MPa = 8.000.000 Pa = 80 bar P3 = 3 Mpa = 3.000.000 Pa = 30 bar

P6 = 20 KPa = 20.000 Pa = 0,2 bar (En la tabla anexa podemos observar en la primera columna de la izquierda cuyo encabezado dice Presión y renglón seguido bar en la fila de 0, 2 los valores de volumen específico para líquido saturado que es 1,0172 que está multiplicado como lo dice el encabezado por trabajando será 0,001017

10 por lo tanto su valor para las unidades que estamos

/ kg y en la misma fila tenemos que la entalpía es 251,4 kj/kg.

Veamos ahora los aspectos especiales e importantes del proceso. P2 = P3 =8 MPa = 80 bar Ya que la caldera tiene un comportamiento isobárico o sea trabaja a presión constante y con la temperatura de 500 ºC para h3 su entalpía de acuerdo al valor dado por la aplicación anexa será h3 = 3399,4 kj/ kg y su entropía será S3= S4= 6,7266 kj/kg.K El condensador también trabaja a presión constante por tanto para P6 = 0,2 bar tendremos h1 = 251,4 kj/ kg y su volumen específico 0,001017

/ kg y su entropía S6 = 0,8320 kj/kg.K

Para P4 = 3MPa = 30 bar o sea el comportamiento del fluido a la salida de la turbina de alta presión considerando que su comportamiento es adiabático o sea no genera intercambia calor con su entorno, y es también de carácter irreversible y es también isentrópico, porque la entropía es constante, por tanto se tendrá h4= 3105,1 kj/kg y su entropía S4= S3 = 6,7266 kj/kg.K


Para P5 = 3 MPa = 30 bar y T3 = 500 ºC y de acuerdo a la aplicación presentada tenemos que h5 = 3457,2 kj/kg y S5 = 7,2359 kj/kg.K Para la turbina de baja tensión también se tiene un comportamiento isentrópico o sea S5= S6 =7,2359 kj/kg.K Ahora de acuerdo a la solicitud del problema procedemos a calcular el trabajo total de las turbinas, donde se tiene que el trabajo total será el trabajo de la turbina de alta presión más el trabajo de la turbina de baja presión o sea Wt = trabajo total turbinas Wap = trabajo turbina de alta presión Wbp = trabajo turbina de baja presión

  +   ℎ3ℎ4+ℎ5ℎ6 (3399,5  3105,1)+3457,2 ℎ6 Para calcular h6 debemos hacer el respectivo balance de materia y energía

ℎ6ℎ1+6ℎ   Con las entropías calculamos X6

6  6  Donde S6 = 7,2359 kj/kg.K Sf es la entropía específica del líquido para este caso el agua = 0,8320 de acuerdo a la tabla de presión en el renglón de P= 0,20 bar Sfg es la entropía específica de evaporación Por lo tanto reemplazando tendremos


 .  0,8320  . 7, 2 359 6  7,0752  .  0,9051  Ahora reemplazamos para obtener h6

ℎ6ℎ1+6ℎ   ℎ6251,42+ 0,90512357,5 2385,2  .

Y retomando la expresión para Wt tendremos

  +   ℎ3ℎ4+ℎ5ℎ6 (3399,5  3105,1)+3457,2 ℎ6 (3399,5  3105,1  )+(3457,2   2385,2  ) 1366,4   á        Cálculos realizados por: LUIS FELIPE RODRIGUEZ


Estado 1

 20

Liquido saturado

ℎ  ℎ    251,42 /        0,001017 / Estado 2

 8   


,     0,001017 ∗ 800020 8,11566 / ℎ  ℎ +,  251,42 /+(8,115  )  259,5356 / Estado 3

 8   500 °

ℎ 3399,5 /   6,7266 /∙

Estado 4

 3    De modo que

ℎ 3104,69 /  345,18 °   ℎ ℎ +ℎ ℎ   3139,964+352,35   , /

Estado 5

  500 °  3 Estado 6

ℎ 3457,04 /   7,23559 /∙


Mezcla de saturados

  20    

  7,23550,6492 88,2%} {   7.499675  ℎ  ℎ +ℎ191,8122+0,882∗2392,0747 2301,62209   ℎ ℎ  2301,62209251,42/  , /

a) Trabajo en Turbinas

    ,,,     ,,, b) Eficiencia térmica del ciclo

   , ,,%      , ,%

NOTA: Para algunos cálculos se utilizó la aplicación Steam-properties


REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Tecnología, A. (03 de Agosto de 2012). Tecnología. Recuperado el 23 de Febrero de 2017, de http://www.areatecnologia.com/electricidad/condensador.html D.E.,D.(14 de Junio de 2008). Definición. DE. Recuperado el 23 de Febrero de 2017, de http://definicion.de/turbina/ Wikipedia.(01 de Abril de 2012). Wikipedia enciclopedia Libre. Recuperado el 05 de Marzo de 2017, de https://es.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Portada

Libro, Bombas: teoria,diseño y aplicaciones;(2005) Viejo Zubicaray Manual & Alvarez Fernandez Javier, Recueprado, de https://books.google.com.co/books?isbn=9681864433

TC_2_Grupo201015_52

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