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Termodinámica: Problemas Rankine 
Freddy J. Rojas, M.Sc. 1 
Problema (E2-2009-1) (4 puntos) 
La energía calorífica que existe bajo la superficie de la tierra se denomina energía 
geotérmica. Se desea aprovechar esta energía para generar potencia técnica, para lo 
cual se utiliza la planta de evaporación instantánea (vapor flash) mostrada en el 
esquema. Considerando que: 
 Todos los procesos son estacionarios y sin fricción 
 Todos los dispositivos dados son adiabáticos 
 En el separador y en el condensador los procesos son isobáricos 
Y sabiendo que: ̇ m
3/h T1=200 °C P1=10 MPa P3=0,5 MPa 
P4=20 kPa adia turb=90% T7=20 °C T8=30 °C p7=p8=100 kPa 
Se pide determinar: 
a) Las entalpías en cada estado indicado, en kJ/kg. TABULE. (2 puntos) 
b) La potencia generada por la turbina, en kW. (1 punto) 
c) El caudal de ingreso de H2O de enfriamiento en el condensador, m
3/s. (1 punto) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
POZO 
𝑾𝒕̇ 
Turbina 
(8) 
(7) 
𝒎𝑹̇ 
Condensador 
Separador de 
Humedad 
𝒎𝑨̇ 
 
(6) 
𝒎𝑩̇ 
 
(3) 
(1) 
�̇� 
 
(2) 
(4) 
(5) 
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Solución: 
Se identifica los estados con sus respectivos datos iniciales y se determina las entalpías 
en todos los estados. 
a) Determinación de Entalpías 
Estado P [MPa] T [°C] h [kJ/kg] V [m3/kg] s [kJ/kg.K] 
1 LC 10 200 856,00 0,001148 
2 0,5 856,00 
3 VS 0,5 2748,7 6,8213 
4 0,02 2296,74 6,8213 
5 LS 0,02 251,4 
6 LS 0,5 640,23 
7 0,1 20 83,96 
8 0,1 30 125,79 
Luego podemos resolver lo solicitado: 
b) ̇ , (kW) 
Balance de energía: turbina 
Adiabático ̇ ; estacionario E=0, ̇ ̇ 
POZO 
0,5 MPa 
𝜂𝑎𝑑𝑖𝑎=90% 
20 kPa 
100 kPa 
30°C 
 
100 kPa 
20°C 
 
20 kPa 
0,5 MPa 
0,5 MPa 
10 MPa 
200°C 
 
𝑾𝒕̇ 
Turbina 
(8) 
(7) 
𝒎𝑹̇ 
Condensador 
Separador 
de Humedad 
𝒎𝑨̇ 
 
(6) 
𝒎𝑩̇ 
 
(3) 
(1) 
�̇� 
 
(2) 
(4) 
(5) 
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 ̇ ̇ ̇ 
 ̇ ̇ ................................................................................................. (1) 
Tal como se observa tenemos dos incógnitas el trabajo y el flujo, este último lo 
podemos determinar planteado ecuaciones en el separador, tanto el balance de masa y 
el balance de energía. 
Balance masa: separador 
Estacionario: =0, ∑ ̇ ∑ ̇ 
 ̇ ̇ ̇ ....................................................................................................... (2) 
Se sabe: ̇ = 248 m
3/h 
Tablas termodinámicas: m
3/kg 
 ̇ ̇ 
 ̇
 
 
 
 
 
Balance energía: separador 
Adiabático ̇ ; estacionario E=0, ̇ ̇ 
 ̇ ̇ ̇ ............................................................................................ (3) 
Reemplazando de (2) ̇ (3) 
 ̇ ̇ ̇ ̇ 
 ̇ ̇
 
 
 = 
 
 
 .......................................................... (4) 
También se puede calcular: 
 ̇ ̇ ̇ 
Cálculo de la h4s: (usando tablas termodinámicas) 
P4=0,02 MPa (7,9085) sg= 7,9085 
s4=s3=6,8213 kJ/kg.K sf= 0,8320 
 sfg=7,0766 
sprom= s4= sf + x sfg 
 
 
 
 
 
 
 
h4s =hf + xhfg =251,4 + 0,846(2358,3)= 2246,52 kJ/kg 
También pueden usar las gráficas de h-s y determinar directamente el valor de h4s, 
(compruébenlo) 
 
 
 
 
 
Reemplazando (4) en (1): 
 ̇ ̇ 
 
c) ̇ , (m
3/s) 
Balance energía: condensador 
Adiabático ̇ ; estacionario E=0, ̇ ̇ 
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 ̇ ̇ ̇ ̇ 
 ̇ ̇ 
 ̇ ̇ 
 
 
 
 
 
 
 ̇ ̇