UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE EL SALVADORFACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICAASIG: TERMODINAMICA

1. Se debe calcular el ciclo Rankine de una planta de fuerza cuyo fluido de trabajo es agua.

Los datos se presentan en la tabla siguiente:

Estado Presión

psia

Temp..

° C

v

Pies3 / Lbm

h

BTU / Lbm

X

%

S

BTU /

Lbm ° R

1

2

3

4

Los procesos que se están llevando a cabo en la planta tienen las siguientes

características:

* El fluido de trabajo sale de la caldera como vapor saturado y cumple con un proceso

isobarico (250 psia). El vapor se expande en la turbina y el proceso es reversible y adiabático,

luego pasa al condensador donde el proceso es isobarico (50 psia). El análisis para la bomba es

necesario considerarlo como adiabático y reversible y el fluido sale de la misma como liquido

saturado.

a) Dibuje el esquema de la planta.

b) Dibuje el diagrama Temperatura – entropía.

c) El trabajo obtenido en la turbina.

d) El calor cedido en el condensador.

e) El trabajo desarrollado por la bomba.

f) El calor entregado en la caldera y

g) La eficiencia del ciclo.

h) La eficiencia del ciclo de Carnot entre las dos presiones dadas.

2. Considere una central eléctrica de vapor que opera en el ciclo Rankine ideal simple. El vapor

entra a la turbina a 3 Mpa y 350 º C y es condensado a una presión de 75 KPa. Determine la

eficiencia del ciclo, pero además, calcule la eficiencia del ciclo de Carnot para los mismos valores.

3. Un ciclo Rankine tiene vapor que entra a la turbina a 3 000 Kpa y 400 º C, y una presión en el

condensador de 5 Kpa. La temperatura a la salida del condensador es de 20 ª C. Determine a) la

eficiencia del ciclo, b) el calor suministrado a la caldera, d) el trabajo desarrollado en la turbina y la

bomba.

4. Se proyecta una instalación para generar electricidad a base de vapor, la central cumple con el

ciclo Rankine. Las posibilidades son las siguientes, decida usted.

A) Alternativa 1:

a) P1 = 10 psia a la entrada de la bomba y es liquido saturado.

b) Presión a la entrada de la turbina es de 100 psia y su estado es vapor saturado.

B) Alternativa 2:

a) P1 = 10 psia a la entrada de la bomba y es liquido saturado.

b) Presión a la entrada de la turbina es de 100 psia y la calidad a la salida es de 95%.

C) Alternativa 3:

a) P1 = 10 psia a la entrada de la bomba y es liquido saturado.

b) Presión a la entrada de la turbina es de 100 psia y S4 = 1.6025 BTU / º R Lbm

D) Alternativa 4:

a) P1 = 10 psia a la entrada de la bomba y es liquido saturado.

b) Presión a la entrada de la turbina es de 100 psia y la temperatura es de 330 º F

E) Alternativa 5:

a) P1 = 10 psia a la entrada de la bomba y es liquido saturado.

b) Presión a la entrada de la turbina es de 100 psia y la temperatura es de 400 º F

5. En una planta de fuerza de vapor de agua, cuyo ciclo es de Rankine con recalentamiento, se

tienen los siguientes datos: El estado uno es la salida de la caldera y el vapor sale a una presión

de 1500 psia y a una temperatura de 836.31 ° F, es enviado a una turbina de vapor de dos etapas.

La salida de la primera etapa, que es el estado dos, su presión es de 250 psia y la expansión del

vapor en la primera etapa a sido isentrópica, luego de la expansión la sustancia de trabajo se

envía nuevamente a la caldera para calentarse de nuevo hasta una temperatura de 800 ° F

( estado 3). En la segunda etapa el vapor se expande isotrópicamente, hasta salir con una presión

de 14.7 psia (estado 4), para luego pasa por el condensador donde pierde calor y sale como

liquido saturado (estado 5). Una bomba de múltiples etapas es la encargada de elevar

nuevamente la presión para que el agua ingrese a la caldera (estado 6).

a) Dibuje el esquema de la planta.

b) Dibuje el diagrama Temperatura – entropía.

c) Construya un cuadro que contenga todos los datos de los estado del ciclo.

d) El trabajo obtenido en la turbina.

e) El calor cedido en el condensador.

f) El trabajo desarrollado por la bomba.

g) El calor entregado en la caldera y

h) La eficiencia del ciclo.

Resuelva los ítems anteriores.

6. En una planta de fuerza de vapor de agua, cuyo ciclo es de Rankine con recalentamiento, se

tienen los siguientes datos: El estado uno es la salida de la caldera y el vapor sale a una presión

de 1500 psia y a una temperatura de 836.31 ° F, es enviado a una turbina de vapor de dos etapas.

La salida de la primera etapa, que es el estado dos, su presión es de 250 psia y la expansión del

vapor en la primera etapa a sido isotrópica, luego de la expansión la sustancia de trabajo se envía

nuevamente a la caldera para calentarse de nuevo hasta una temperatura de 800 ° F (estado 3).

En la segunda etapa el vapor se expande isotrópicamente, hasta salir con una presión de 14.7 psia

(estado 4), para luego pasa por el condensador donde pierde calor y sale como liquido saturado

(estado 5). Una bomba de múltiples etapas es la encargada de elevar nuevamente la presión para

que el agua ingrese a la caldera (estado 6).

i) Dibuje el esquema de la planta.

j) Dibuje el diagrama Temperatura – entropía.

k) Construya un cuadro que contenga todos los datos de los estados del ciclo.

l) El trabajo obtenido en la turbina.

m)El calor cedido en el condensador.

n) El trabajo desarrollado por la bomba.

o) El calor entregado en la caldera y

p) La eficiencia del ciclo.

Resuelva los ítems anteriores.

7. En una planta de potencia que utiliza agua como fluido de trabajo y emplea un ciclo

Rankine de recalentamiento, tiene los siguientes procesos: a) El vapor sale de caldera a 450 psia y

a una temperatura de 500 °C, el proceso es isobárico. b) En la primera etapa de la turbina el

proceso de expansión termina cuando el fluido de trabajos sale como vapor saturado y

consideramos que el proceso en reversible y adiabático. c) El vapor saturado que sale de la

primera etapa de la turbina, es enviado a la caldera para que sea convertido en vapor

sobrecalentado y alcanza la temperatura de salida de vapor de la caldera. d) En la primera y

segunda etapa de la turbina el proceso se considera reversible y adiabático. e) El condensador se

lleva a cabo un proceso isobárico que tiene un valor e16 psia. f) El proceso en la bomba es

reversible y adiabático.

Estado Ppsia

T°C

h hf hg s sf sg X Obs.

123456

Obtenga:

i) Dibuje el esquema de la planta.

j) Dibuje el diagrama Temperatura – entropía.

k) El trabajo obtenido en la turbina.

l) El calor cedido en el condensador.

m) El trabajo desarrollado por la bomba.

n) El calor entregado en la caldera y

o) La eficiencia del ciclo.

8. Un ciclo ideal de potencia de vapor con regeneración, opera de tal forma que el vapor entra

a la turbina a 400 psia y 900 °F y sale de ella a 1 psia. Para calentar el agua de alimentación de la

caldera, esta proviene de un calentador abierto ó de mezcla que trabaja a una presión de 60 psia.

La expansión en la turbina es reversible y adiabática. El fluido de trabajo ingresa a la bomba, y

esta se encuentra después del condensador, en estado de liquido saturado a una presión de 1

psia. La segunda bomba se encuentra antes de la caldera y después del intercambiador de calor

de mezcla, y su proceso es reversible y adiabático.

Obtenga:

Dibuje el esquema de la planta.

Dibuje el diagrama Temperatura – entropía.

El trabajo obtenido en la turbina.

El calor cedido en el condensador.

El trabajo desarrollado por la bomba.

El calor entregado en la caldera y

La eficiencia del ciclo.