Examen de máquinas térmicas

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Examen de máquinas térmicas 
Segundo corte 
Una planta termoeléctrica usa carbón con un costo de 1000 COP/kg en una caldera 
con una eficiencia del 90% para generar potencia a una ciudad. Usted como ingeniero 
es el encargado de realizar una auditoría energética con el fin de verificar las 
condiciones de generación de potencia. La planta tiene un flujo másico de agua de 7 
kg/s y consiste de un ciclo ideal Rankine que trabaja entre los límites de 10 kPa y 10 
MPa, donde el vapor debe entrar 700 °C a la turbina. Con respecto al compresor y a la 
turbina, se le informa que actualmente conservan una eficiencia isentrópica del 75 y el 
80 % respectivamente. 
A partir de la información anterior, a usted se le solicita la potencia generada por la 
planta, la eficiencia, el consumo de carbón y el costo de generación de vapor en una 
hora necesario para suplir la demanda. Esto con el fin de confrontar estos datos con 
los obtenidos día a día en la empresa y realizar mejoras. Además, se le solicita 
realizar un análisis de sensibilidad, con el fin de saber que ocurre con la potencia 
generada si la eficiencia de la turbina varía entre el 70 y el 100%. 
Por otra parte, a usted le pagaron una suma de $15’000.000 por presentar una mejora 
de la eficiencia del ciclo anterior, así pues, usted recomienda aumentar el límite de la 
presión hasta 15 MPa e incluir una etapa de recalentamiento con una turbina de 
eficiencia isentrópica al 80% y un recalentador que trabajará a 1.2 MPa. La 
temperatura a la entrada de la turbina de baja presión debe ser también de 700 °C. 
Junto con el diseño usted entrega un reporte de datos y un cálculo de estos en EES 
junto a su respectivo archivo presentando los datos solicitados y el cambio de los 
mismo con la mejora añadida. 
 
"Estado 1" 
X[1]=0 
P[1]=10 [kPa] 
T[1]=Temperature(Water;P=P[1];x=x[1]) 
h[1]=Enthalpy(Water;P=P[1];x=x[1]) 
s[1]=Entropy(Water;P=P[1];x=x[1]) 
v[1]=Volume(Water;P=P[1];x=x[1]) 
 
"Estado 2_s" 
P[2]=10000 [kPa] 
s_s[2]=s[1] 
"Bomba" 
n_Bomba=0,75 
h_s[2]=Enthalpy(Water;P=P[2];s=s_s[2]) 
n_Bomba=(h_s[2]-h[1])/(h[2]-h[1]) 
 
 
"Estado 3" 
P[3]=P[2] 
T[3]=700 [°C] 
s[3]=Entropy(Water;P=P[3];T=T[3]) 
h[3]=Enthalpy(Water;P=P[3];T=T[3]) 
 
"Estado 4_s" 
P[4]=P[1] 
s_s[4]=s[3] 
 
"Turnina" 
"n_Turbina=0,8" 
h_s[4]=Enthalpy(Water;P=P[4];s=s_s[4]) 
n_Turbina=(h[3]-h[4])/(h[3]-h_s[4]) 
 
"Estado 4" 
T[4]=Temperature(Water;P=P[4];h=h[4]) 
x[4]=Quality(Water;P=P[4];h=h[4]) 
 
"Calor de entrada" 
q_Entrada=h[3]-h[2] 
 
"Calor de salida" 
q_Salida=h[4]-h[1] 
 
"Potencia generada" 
Wneto=q_Entrada-q_Salida 
Wneto_dot=m_dot*Wneto 
 
"Planta Termo electrica" 
n_Caldera=0,9 
m_dot=7 [kg/s] 
costo=1000 
LHV=32800 [kJ/kg] 
 
"Entrada de la caldera" 
Q_dot=Wneto_dot/n_Caldera 
 
"Consumo de la calder por segundo" 
consumo=Q_dot/LHV 
 
"Costo de generacion de vapor" 
costo_Carbon=costo*consumo