U1 Ejercicicios Maquinas y Equipos Termicos 2

INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE CHAMPOTÓN

INGENIERIA ELECTROMECANICA

EJERCICIOS UNIDAD 1

CICLO DE VAPOR.

MTRA. JUAN FERNANDO CAHUICH

ALUMNO: WILBERTH GABRIEL TOLOSA

10-14 Un ingeniero ha propuesto usar un ciclo Rankine ideal simple que usa refrigerante 134a para producir trabajo con calor de un depósito de energía térmica de baja temperatura. La caldera opera a 1.6 MPa, el condensador a 0.4 MPa, y la entrada de la turbina a 80 °C. Determine el flujo másico de 134a necesario para que este ciclo produzca 750 kW de potencia, y la eficiencia térmica del ciclo.

 ̇ = ̇  ∴ ̇ = Ẇ   = 

P2=1.6 MPa T2= 80°C

Buscamos el trabajo neto

WNeta=750 kW P1=0.4 MPa

Calcular el Trabajo de Bomba:

= =0.0007907 / 1600400 =0.94884   =    =  +  ∴=   Calcular el Trabajo de la Turbina:

Calcular h4 considerando que la entropía S3=S4

0. 9 8750. 2 4761 = 0.67929   =1.0892

      . →=0.0007907  / ℎ1        134  0.4 →ℎ1= 63.94           .   .   ° →=.  →=0.9875         

De tablas de ref. saturado leemos

  =0.24761    =0.67929 

=  +  = 63.94  + 1.0892 191.62  

Ahora h

=272.65   =ℎ3ℎ4=305.07  272.65  = .   =  =32.42  0.94884  = . 

por lo tanto, el trabajo de la turbina

De tablas de ref. saturado leemos

  =63.94    =191.62 

    

Ahora el trabajo neto es

Ahora el flujo másico para producir 750 KW es

  Ẇ  ̇ =  = .  =.  =ℎ2ℎ1∴ ᶯter=  ℎ2=  +ℎ1    =ℎ3ℎ2= 305.07  64.88  =240.19  ℎ2=0.94884  +63.94   ℎ2=64. 8 8   .   ᶯter= 240.19  =0.1310→13.10%

eficiencia térmica del ciclo se da por

El

 es

Por lo tanto,

10-15 Se usa refrigerante 134a como fluido de trabajo en un ciclo Rankine ideal simple que opera la caldera a 1 400 kPa y el condensador a 10 °C. La mezcla a la salida de la turbina tiene una calidad de 98 por ciento. Determine la temperatura de entrada a la turbina, la eficiencia térmica del ciclo y la relación de trabajo de retroceso de este ciclo.

=0.0007930   10° 3  ℎ=65.43  =0. 2 5286  =414. 8 9   =ℎ2ℎ1  = 21 =0.0007930 3 1400414.89 =0. 7 811  =ℎ2ℎ1  +65.48  ℎ2=+ℎ1=0. 7 811  ℎ=62. 2 1 4=+∗ 4=0.25286 +0.980.67356 4=0. 9 129  ℎ4=ℎ+∗ℎ ℎ=65. 10°43   ℎ=190.73   ℎ4=65. 4 3 +0. 9 8190. 7 3    ℎ4=252. 3 454 ℎ3:ó..

10-16 Un ciclo Rankine ideal simple que usa agua como fluido de trabajo opera su condensador a 40 °C y su caldera a 300 °C. Calcule el trabajo que produce la turbina, el calor que se suministra en la caldera, y la eficiencia térmica de este ciclo cuando el vapor entra a la turbina sin ningún sobrecalentamiento. T2= 300°C

De tablas de líquido saturado a 40°c leemos

T1= 80°C

 =7.3851  ℎ =ℎ =167.53     = =0.001008   =8,587.9 

De tablas de líquido saturado a 300°c

calcular el trabajo de la bomba

 =     1   =0.001008 85887.3851∗  =8.649    =ℎ ℎ ∴ℎ =ℎ + =167.53+8.649   ℎ =176.179 

De la fórmula de trabajo de la bomba se despeja

Calcular la calidad

 5. 7 0593. 2 548      =   = 2.4511   =1

ℎ =2,749.6   =5.70959   =3.2548   =2.4511 

De tablas de líquido saturado a 300°c

Calcular la calidad

 

Calcular la entalpia

 =  5. 7 05930. 5 724      =   7.6832    =0.6681  ℎ =167. 5 3   ℎ =ℎ +(ℎ) ℎ =167.53  +0.66812,406.0   ℎ =2,406.0  ℎ =1,774.97   =ℎ ℎ  =2,749.61,774.97  =974.63   =ℎ ℎ  =2,749.6167.179=2,573.42   =ℎ ℎ  =1,774.97167.53=1,607.44 

 tomando en cuenta que



 tomando de tablas de líquido saturado a 40°c

Calcular el trabajo de la turbina

Calcular el calor de entrada

Calcular el calor de salida

Calcular la eficiencia térmica

  =1   1, 6 07. 4 4   =1 2,573.42  =0.375

10-17E La turbina de una planta eléctrica de vapor que opera en un ciclo Rankine ideal simple produce 1 750 kW de potencia cuando la caldera opera a 800 psia, el condensador a 3 psia, y la temperatura a la entrada de la turbina es 900 °F. Determine la tasa de suministro de calor en la caldera, la tasa de rechazo de calor en el condensador y la eficiencia térmica del ciclo. Calcular el Trabajo de Bomba:

= 3 =0.01630 800 3 5.404013.=2.4039   =

De tablas de líquido saturado a 3 psia se lee

Calcular el Trabajo de la Turbina:

Buscar h2 de

 =ℎ2ℎ1 ∴ ℎ2=ℎ1+  ℎ2=109.40+2.4939  =111.803  3=4=1.6413 

calcular la calidad del ciclo y h4 tomando en cuanta que S3=S4

   =  +  ∴=    1. 6 413 0. 2 009 = 1.68489   =0.8548   =+    ∗ = 109.40  +0.8548 ∗1012.8 =975.14     ó       ̇  1750   ̇ =  ̇  = 1456975.14 0.94782 1 =3.450   ̇= ̇ ℎ3ℎ2 =3.450   1456 .  =  

 Ahora

Necesitamos

Ahora

Calcular h4 considerando que la entropía S3=S4

     =0.01630  ℎ=ℎ1=109.40 

De tablas de vapor sobrecalentado a 3 psia se lee

=  3=1.6413  

De tablas de líquido saturado a 3 psia se lee

ℎ=109.40 

ℎ=1012.8 

 ̇= ̇ ℎ4ℎ1 =3.450  975.14109.40 =.  calcular la eficiencia térmica

   2986. 8 0 ̇    =1  ̇ =1 4637  =0.3559=35.5%

10-18E Un ciclo Rankine ideal simple con agua como fluido de trabajo opera entre los límites de presión de 2 500 psia en la caldera y 5 psia en el condensador. ¿Cuál es la temperatura mínima necesaria a la entrada de la turbina para que la calidad del vapor que sale de la turbina no sea menor de 80 por ciento? Cuando se opera a esta temperatura, ¿cuál es la eficiencia térmica del ciclo?

= =0. 0 16412/25005  4=3 =0. 2 3488   /      . 1 =1. 6 0894 =40.9429  5.404∗3 4=∗ 4=0.23488  +0.801.60894 3=4=1.522032         . . = =7. 5 76 ℎ  .  2500   .  =ℎ2ℎ1 ∴ℎ2=+ℎ1 °    1 950 1.1.55028220 ℎ2=7.576 +130.18  2 1000 1.5271 ℎ2=137.756  =ℎ3ℎ4= =21 1+1 ℎ4       .    5 21 1000950 ° ℎ=130. 1 8 ℎ=1000. 5 = 1. 5 2201. 5 028+950 °  1. 5 2711. 5 028 =989.50 ° ℎ4=130.18  + 0.8 1000.5     ℎ4=930. 5 8  ℎ2ℎ1 ℎ  ℎ3= 1. 5 3201. 5 028+1423. 3 ℎ1ℎ 1423. 3 1. 5 028 21  1. 5 320 ℎ2 1458.2 1.5271 ℎ3=1465.23  =531.62  =ℎ3ℎ2=1465.23137.756=1327.474   .  −.   ᶯter= . Tabla Liq. S at.

 = 0.394

10-21 Considere una planta eléctrica de vapor de agua que opera en un ciclo Rankine ideal simple y tiene una producción neta de potencia de 45 MW. El vapor entra a la turbina a 7 MPa y 500 °C y se enfría en el condensador a una presión de 10 kPa mediante la circulación de agua de enfriamiento de un lago por los tubos del condensador a razón de 2.000 kg/s. Muestre el ciclo en un diagrama

T-s

con respecto a las líneas de saturación y

determine a) la eficiencia térmica del ciclo, b) el flujo másico del vapor y c ) la elevación de temperatura del agua de enfriamiento.

=     =0.001010 / =0.001010  700010  =7.05991  7.05991  1 =7.05991  = = ℎ ℎ  = .: ℎ =+ℎ ℎ =191.81  ℎ =7.05991  +191.81  =198.8699   =ℎ ℎ ℎ =3411.4   =3411.4  198.8699  =3212.5301  = ℎ ℎ  =  =6.8000 .  = + .: = /

 de tablas de liq. Saturado V. especifico a 10kpa

De tablas de liq. Saturado entalpia a 10kpa

De tablas de Vap.sobr. entalpia a 7Mpa y 500°c

De tablas de Vap.sobr. entropía a 7Mpa y 500°c

 =0.6492 .    6. 8 000 0. 6 492 6. 1 508 = .0.6492 . . = 0.6492 .. =0.8201=82% ℎ =ℎ + ℎ ℎ =191.81  +0.8201 2392.1  =2153.57  = 3411.4  2153.57  =1257.83   =    = =    1257. 8 3 7. 0 599 = 3212.5301   =0.3893=38.93%  45000  =  = 1257.82 / =35.77  De tablas de líq. saturado entropía a 10kpa

10-22 Repita el problema 10-21 suponiendo una eficiencia isentrópica de 87 por ciento tanto para la turbina como para la bomba.

= /  =0.001010/ =0.001010 700010/0.87 =8.1148  8.1148  1 =8.1148  =  de tablas de liq. Saturado V. especifico a

10kpa

= ℎ ℎ  = .: ℎ =+ℎ  ℎ =191.81  ℎ =8.1148  +191.81  =199.9248   =ℎ ℎ  = +  .: = /   ℎ =3411. 4   =0.6492 .      =6. 8 000  6. 8 000 0. 6 492 6. 1 508 .  .  .  .  = 7.4996 . = 7.4996 . =0.8201=82% ℎ =ℎ + ℎ ℎ =191.81  +0.8201 2392.1  =2153.57   = ℎℎℎℎ .: ℎ =ℎ ℎ ℎ ℎ =3411.4  0.873411.4  2153.57  =2317.0879   =3411.4  198.8699  =3212.5301   =2317.0879  191.81  =2125.2779   =  = =  −. .    = . =0.3384=33.84% De tablas de liq. Saturado entalpia a 10kpa

De tablas de Vap.sobr. entalpia a 7Mpa y 500°c

De tablas de líq. saturado entropía a 10kpa

 45000   =  = 1087.25 / =41.38 