Clase 12 Generacion de energia -central de potencia a vapor

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GENERACION DE ENERGIA: CICLO TERMICO PARA TURBINA DE VAPOR
El ciclo Rankine ideal no incluye ninguna irreversibilidad interna y está compuesto de los siguientes cuatro procesos:
1-2 Compresión isentrópica en una bomba
2-3 Adición de calor a presión constante en una caldera
3-4 Expansión isentrópica en una turbina
4-1 Rechazo de calor a presión constante 
 en un condensador.
 
ANÁLISIS DE ENERGÍA DEL CICLO RANKINE IDEAL
EJEMPLO 10-1 El ciclo Rankine ideal simple
Considere una central eléctrica de vapor que opera en el ciclo Rankine ideal simple. El vapor de agua entra a la turbina a 3 MPa y 350 °C y es condensado en el condensador a una presión de 75 kPa. Determine la eficiencia térmica de este ciclo.
Punto 1 : liquido saturado; Punto 2: liquido comprimido
Punto 3: vapor sobrecalentado ; Punto 4: mezcla
Estado 4: Tabla A-5 a 75 kPa , : Sf = 1,2132 kJ/kg:K ; Sg= 7,4558 kJ/kg:K 
Sf < S4 < Sg mezcla 
S4 = Sf + X Sfg = Sf + X (Sg –Sf)
X = ( S4 – Sf )/ Sfg = (6,7450- 1,2132)/( 7,4558 – 1,2132) = 0,8861 kJ/kg:K 
h4 = hf + X hfg = 388,44 kJ/kg:K + 0,8861 * 2278 kJ/kg:K = 2403,0 kJ/kg:K 
 
DESVIACIÓN DE LOS CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR REALES RESPECTO DE LOS IDEALIZADOS
¿CÓMO INCREMENTAR LA EFICIENCIA DEL CICLO RANKINE?
a)Reduccion de la presión en el condensador
EJEMPLO 10-2.- Considere una central eléctrica de vapor que opera con el ciclo Rankine ideal. El vapor entra a la turbina a 3 MPa y 350 °C y se condensa en el condensador a una presión de 10 kPa. Determine a) la eficiencia térmica de esta central eléctrica b) la potencia eléctrica generada si el flujo de vapor es de 8 kg/s.
b) Potencia generada
Wsal = ṁ ( h3 – h4) = 8 kg/s ( 3116,1 – 2136,1) kJ/kg = 7840 kJ/s = 7840 kW= 7,84 MW
Estado 4: Tabla A-5 a 10 kPa , : Sf =0,6492 kJ/kg:K ; Sg= 7,4946 kJ/kg:K 
Sf < S4 < Sg mezcla 
S4 = Sf + X Sfg = Sf + X (Sg –Sf)
X = ( S4 – Sf )/ Sfg = (6,7450- 1,2132)/( 7,4558 – 1,2132) = 0,8861 kJ/kg:K 
h4 = hf + X hfg = 388,44 kJ/kg:K + 0,8861 * 2278 kJ/kg:K = 2403,0 kJ/kg:K 
Sobrecalentamiento del vapor a altas temperaturas
EJEMPLO 10-3.- Considere una central eléctrica de vapor que opera con el ciclo Rankine ideal. El vapor entra a la turbina a 3 MPa y 600 °C y se condensa en el condensador a una presión de 10 kPa. Determine a) la eficiencia térmica de esta central eléctrica b) la potencia eléctrica generada si el flujo de vapor es de 8 kg/s.
Solucion:
 
Los estados 1 y 2 permanecen iguales en este caso, al ejemplo anterior , mientras las entalpías en el estado 3 (3 MPa y 600 °C) y en el estado 4 (10 kPa y s4 = s3) se determinan como:
Estado 3: P3 = 3 MPa T3 = 600°C tabla A-6 vapor sobrecalentado , la entalpia en este punto es:
S3 = 7,5103 kJ/kg:K
Estado 4: S4 = S3 = 7,5103 kJ/kg:K 
Estado 3: Tabla A-5 a 10 kPa , : Sf = 0,6492 kJ/kg:K ; Sg= 8,1488 kJ/kg:K 
Sf < S3 < Sg mezcla 
S3 = Sf + X Sfg = Sf + X (Sg –Sf)
X = (7,5103- 0,6492)/( 8,1488 - 0,6492) = 0,915 
h4 = hf + Xhfg ; de tabla A-5 P = 10 kPa ; hf = 191,8 kJ/kg , hfg = 2392,1 kJ/kg:K 
h4 = 191,8 kJ/kg + 0,915 * 2392,1 kJ/kg:K = 2380,3 kJ/kg:K