TEMA 9. CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR · PDF file3 Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 9....
Transcript of TEMA 9. CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR · PDF file3 Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 9....
1
Termodinámica Aplicada
Ingeniería Química
TEMA 9. CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
PROCESOS INDUSTRIALES
CALOR TRABAJO Y POTENCIA
PSICROMETRÍAREFRIGERACIÓN
GENERALIDADESCICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
CICLOS POTENCIA DE GAS Y OTROS CICLOS
ANÁLISIS PROCESOS
BLOQUE II. Análisis termodinámico de procesos industriales
TEMA 9: CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
OBJETIVOS1. Comprender el funcionamiento de las máquinas
térmicas basadas en el ciclo de Carnot y en el ciclo de Rankine ideal y los aspectos imprácticos asociados a ambos ciclos, así como el funcionamiento del ciclo real de Rankine (ciclo práctico)
2. Calcular el rendimiento térmico de los ciclos de Carnot y Rankine
3. Comprender las modificaciones que se pueden introducir en las variables de operación del ciclo de Rankine y los procedimientos de mejora que se pueden implementar para obtener un mayor rendimiento térmico del ciclo
4. Representar todos los ciclos ideales y prácticos analizados en el diagrama termodinámico T-S
2
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
TEMA 9: CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
• INTRODUCCIÓN: Máquinas térmicas
• CICLO DE CARNOT
• CICLO DE RANKINE
• DESVIACIONES DE LOS CICLOS DE POTENCIA REALES
• MODIFICACIONES DE LOS CICLOS DE RANKINE (I)
• Reducción de la presión en el condensador
• Incremento de la temperatura de sobrecalentamiento
• Incremento de la presión de calderas
• MODIFICACIONES DE LOS CICLOS DE RANKINE (II)
• Recalentamiento intermedio
• Ciclos regenerativos
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
TEMA 9: CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
•• INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓN: N: MMááquinasquinas ttéérmicasrmicas
• CICLO DE CARNOT
• CICLO DE RANKINE
• DESVIACIONES DE LOS CICLOS DE POTENCIA REALES
• MODIFICACIONES DE LOS CICLOS DE RANKINE (I)
• Reducción de la presión en el condensador
• Incremento de la temperatura de sobrecalentamiento
• Incremento de la presión de calderas
• MODIFICACIONES DE LOS CICLOS DE RANKINE (II)
• Recalentamiento intermedio
• Ciclos regenerativos
3
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
Ciclos de producción de trabajo
MÁQUINAS TÉRMICAS
Dispositivos especiales que convierten el calor en trabajo
CARACTERÍSTICAS GENERALES
1- Reciben q de una fuente de alta T (Esolar, hornos, reactores
nucleares...)
2- Convierten parte de ese q en w (normalmente en la forma de
un eje en rotación)
3- Liberan el q de desecho remanente en un sumidero de baja
temperatura (la atmósfera, ríos...)
4- Funcionan en un ciclo
El fluido al y desde el que se transfiere el calor cuando se
somete al ciclo se le denomina fluido de trabajo
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
Ciclos de producción de trabajo
• MÁQUINAS TÉRMICAS
• Máquinas térmicas o plantas termoeléctricas: utilizan un
fluido secundario en la expansión (vapor) y generan
electricidad
Son máquinas de combustión externa. La Etérmica liberada
durante el proceso se transfiere al vapor como calor
• Máquinas de combustión interna: utilizan los productos de
combustión en la expansión
Son dispositivos que producen trabajo y que no operan en
un ciclo termodinámico
• Sistemas combinados
TEMA 9
TEMA 10
4
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
Ciclos de potencia de vapor
• MÁQUINAS TÉRMICAS (fluido secundario):
• Centrales térmicas o termoeléctricas
• Sistemas de cogeneración (Industria Química):
• Ciclos de cabezas (fluido secundario: vapor)
• Ciclos de colas: (fluido secundario: vapor de baja
presión)
• Producciones grandes e intermedias
• Tecnología muy conocida: sistemas fiables y duraderos
• Admiten combustibles de baja calidad: fluido de trabajo
separado
• Inercia importante: largas puestas en marcha
• Gran volumen/superficie ocupada (caldera, turbina …)
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
TEMA 9: CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
• INTRODUCCIÓN: Máquinas térmicas
•• CICLO DE CARNOTCICLO DE CARNOT
• CICLO DE RANKINE
• DESVIACIONES DE LOS CICLOS DE POTENCIA REALES
• MODIFICACIONES DE LOS CICLOS DE RANKINE (I)
• Reducción de la presión en el condensador
• Incremento de la temperatura de sobrecalentamiento
• Incremento de la presión de calderas
• MODIFICACIONES DE LOS CICLOS DE RANKINE (II)
• Recalentamiento intermedio
• Ciclos regenerativos
5
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
• Se compone de 4 procesos totalmente
REVERSIBLES:
1- Adición de calor isotérmica
2- Expansión isoentrópica
3- Rechazo de calor isotérmico
4- Compresión isoentrópica
El ciclo de Carnot se ejecuta en un sistema
cerrado (dispositivo cilindro-émbolo) o en un
sistema de flujo estable (con dos turbinas y
dos compresores)
Es el ciclo de vapor más EFICIENTE que
opera entre dos niveles de temperatura
especificados (fuente de Etérmica a TC y un
sumidero a temperatura TF)
Ciclo de Carnot (1824)
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
Ciclo de Carnot (1824)
• La TQ isotérmica reversible es muy difícil de lograr en la realidad
porque requeriría cambiadores de calor muy grandes y requeriría
mucho tiempo
• No es práctico construir una máquina que operase en un ciclo que se
aproximase al de CARNOT
• USO REAL del ciclo de Carnot: estándar contra el cual pueden
compararse ciclos reales u otros ideales
• “La eficiencia térmica (rdto. Máx.) aumenta con un incremento en la
temperatura promedio a la cual el calor se añade al sistema o una
disminución en la temperatura promedio a la cual se rechaza calor del
sistema”
• LÍMITES DE LAS TEMPERATURAS:
TC: Tmax de los componentes de la máquina térmica (émbolo, álabes
de la turbina)
TF: T del medio de enfriamiento utilizado en el ciclo (aire, lago...)
6
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
Ciclo de Carnot (1824)
T
S
Cq&
Fq&
1
23
4
Cq&
Fq&
1
23
4
TurbinaBomba
Caldera
Condensador• Todos los procesos reversibles → Máquina ideal
• Rendimiento máximo (afecta, como límite, a todas las máquinas térmicas):
• El representado es un ciclo de vapor. Podría hacerse con gas (T ctes, q y w
reversibles).
1 FCarnot
C C
Twq T
η = = −&
&
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
TEMA 9: CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
• INTRODUCCIÓN: Máquinas térmicas
• CICLO DE CARNOT
• CICLO DE RANKINECICLO DE RANKINE
• DESVIACIONES DE LOS CICLOS DE POTENCIA REALES
• MODIFICACIONES DE LOS CICLOS DE RANKINE (I)
• Reducción de la presión en el condensador
• Incremento de la temperatura de sobrecalentamiento
• Incremento de la presión de calderas
• MODIFICACIONES DE LOS CICLOS DE RANKINE (II)
• Recalentamiento intermedio
• Ciclos regenerativos
7
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
Ciclo de Rankine
CICLOS PRÁCTICOS:
• Los procesos de expansión y
compresión en dos fases dan
problemas:
Turbina y bomba → erosiones,
vibraciones, …
• Conviene mantener la transmisión de
calor con cambio de fase (cond. y
evap.):
Mayores coeficientes , transmisión
de calor mas estable.
• Se utiliza el ciclo de Rankine (o de
Hirn): el vapor es sobrecalentado en la
caldera y se condensa por completo en
el condensador
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
• El agua entra en la bomba en el estado 1
como líquido saturado y se comprime
isoentrópicamente hasta la presión de
operación de la caldera
• El agua entra a la caldera como líquido
comprimido en el estado 2 y sale como
vapor sobrecalentado en el estado 3
(proceso a P = cte)
• El vapor sobrecalentado se expande
isoentrópicamente en una turbina (se
produce w al hacer girar el eje conectado a
un generador eléctrico) y se obtiene una
mezcla saturada L-V con alta calidad
(estado 4) y se condensa totalmente hasta
líquido saturado (estado 1) y completa el
ciclo
Ciclo de Rankine
Fq•
Cq•
8
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
Ciclo de Rankine
El área bajo la curva del proceso 2-3 representa el calor transferido al agua en la caldera; y el área bajo la curva 4-1 representa el calor rechazado en el condensador.
La diferencia entre estas dos (área encerrada por el ciclo) es el trabajo neto producido
• Se sobrecalienta (P=cte.) el vapor de salida de la caldera hasta que el
título de salida de la turbina sea 1.
• Se condensa totalmente el vapor (la bomba trabaja con líquido
saturado).
• Pero:
• Baja la eficacia (podría calentarse todo a T1).
• Aumenta la T de entrada a la turbina (límite metalúrgico).
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
TEMA 9: CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
• INTRODUCCIÓN: Máquinas térmicas
• CICLO DE CARNOT
• CICLO DE RANKINECICLO DE RANKINE
•• DESVIACIONES DE LOS CICLOS DE POTENCIA REALESDESVIACIONES DE LOS CICLOS DE POTENCIA REALES
• MODIFICACIONES DE LOS CICLOS DE RANKINE (I)
• Reducción de la presión en el condensador
• Incremento de la temperatura de sobrecalentamiento
• Incremento de la presión de calderas
• MODIFICACIONES DE LOS CICLOS DE RANKINE (II)
• Recalentamiento intermedio
• Ciclos regenerativos
9
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
Desviaciones de los ciclos de potencia de vapor
DESVIACIONES DE LOS CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
REALES RESPECTO DE LOS IDEALIZADOS (Rankine)
• Irreversibilidades en los distintos componentes: la fricción del fluido, las
pérdidas de calor indeseables hacia los alrededores
• FRICCIÓN DEL FLUIDO:caídas de presión en la caldera, el condensador y las
tuberías entre diversos componentes ⇒ DISEÑAR BOMBA MÁS GRANDE (P
mayor que la que requiere el ciclo ideal, wentrada mayor)
• PÉRDIDA DE CALOR DEL VAPOR A LOS ALREDEDORES: para mantener el
mismo nivel de salida de wneto ⇒ TRANSFERIR MÁS CALOR AL VAPOR EN LA
CALDERA
• IRREVERSIBILIDADES EN LA BOMBA Y LA TURBINA: La bomba requiere
un wentrada mayor y la turbina produce un wsalida más pequeño ⇒ EMPLEAR
EFICACIAS ISOENTRÓPICAS
• OTRAS: En los condensadores reales el líquido suele subenfriarse para evitar
el inicio de la cavitación en la impulsión de la bomba. El vapor que se fuga
durante el ciclo y el aire que entra en el condensador son fuentes de pérdidas
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
DESVIACIONES DE LOS CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
REALES RESPECTO DE LOS IDEALIZADOS (Rankine)
Desviaciones de los ciclos de potencia de vapor
10
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
TEMA 9: CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
• INTRODUCCIÓN: Máquinas térmicas
• CICLO DE CARNOT
• CICLO DE RANKINECICLO DE RANKINE
• DESVIACIONES DE LOS CICLOS DE POTENCIA REALES
• MODIFICACIONES DE LOS CICLOS DE RANKINE (I)MODIFICACIONES DE LOS CICLOS DE RANKINE (I)
•• ReducciReduccióónn de la de la presipresióónn en el en el condensadorcondensador
•• IncrementoIncremento de la de la temperaturatemperatura de de sobrecalentamientosobrecalentamiento
•• IncrementoIncremento de la de la presipresióónn de calderasde calderas
• MODIFICACIONES DE LOS CICLOS DE RANKINE (II)
• Recalentamiento intermedio
• Ciclos regenerativos
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
Modificaciones de los ciclos de Rankine (1)
• Eficacia ∼ {Área del ciclo / Área bajo el calentamiento} → ,C Fq qT T↑ ↓& &
REDUCCIÓN DE P EN EL
CONDENSADOR
• La reducción de la P de operación del condensador
reduce automáticamente la T del vapor y, en
consecuencia, la temperatura a la cual el calor se
rechaza
• El trabajo neto de salida aumenta (aumenta el área
encerrada por el ciclo), pero los requerimientos de
calor también aumentan pero en menor media ⇒
RENDIMIENTO MÁXIMO CICLO AUMENTA
• EFECTOS COLATERALES: Disminución del título
(problemas de erosión de los álabes de la turbina) y
filtraciones de aire dentro del condensador
11
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
Modificaciones de los ciclos de Rankine (2)
• Eficacia ∼ {Área del ciclo / Área bajo el calentamiento} → ,C Fq qT T↑ ↓& &
INCREMENTO T
SOBRECALENTAMIENTO
• Sobrecalentar el vapor a altas temperaturas sin
incrementar la Pcaldera
• Aumentan trabajo neto y el calor de entrada ⇒
EFECTO FINAL INCREMENTO RDTO. MÁXIMO
DEL CICLO
• VENTAJAS: Mejora de eficacia y título
• INCONVENIENTE: Límite metalúrgico (álabes de
entrada 620ºC)
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
Modificaciones de los ciclos de Rankine (3)
INCREMENTO PRESIÓN
DE CALDERAS
• El aumento de la Pcaldera eleva automáticamente
la Tebullición ⇒ Aumenta la TC ⇒ Aumenta RDTO.
MÁXIMO DEL CICLO
• INCONVENIENTE: Para una T de entrada fija en
la turbina el ciclo se desplaza hacia la izquierda
⇒ Aumenta el contenido en humedad del vapor
a la salida de la turbina
• Muchas plantas de vapor modernas operan a
Psupercríticas (P> 22.09 MPa) y tienen eficacias
térmicas de 40% con combustibles fósiles y
34% en las centrales nucleoeléctricas (T
menores por razones de seguridad)
12
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
TEMA 9: CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
• INTRODUCCIÓN: Máquinas térmicas
• CICLO DE CARNOT
• CICLO DE RANKINE
• DESVIACIONES DE LOS CICLOS DE POTENCIA REALES
• MODIFICACIONES DE LOS CICLOS DE RANKINE (I)
• Reducción de la presión en el condensador
• Incremento de la temperatura de sobrecalentamiento
• Incremento de la presión de calderas
• MODIFICACIONES DE LOS CICLOS DE RANKINE (II)MODIFICACIONES DE LOS CICLOS DE RANKINE (II)
•• RecalentamientoRecalentamiento intermediointermedio
•• CiclosCiclos regenerativosregenerativos
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
Procedimientos de mejora de los ciclos de Rankine (1)
RECALENTAMIENTO
INTERMEDIO
• Recalentamiento intermedio.
• Ciclos regenerativos. • Turbina de dos etapas o cuerpos.
• No hay problema de sobrecalentamiento
• Eficacia ∼ (misma Tª media calentamiento).
• No mas de dos recalent. (complejidad/coste).
13
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
Procedimientos de mejora de los ciclos de Rankine (1)
RECALENTAMIENTO INTERMEDIO
• Solución práctica al problema de humedad excesiva
en las turbinas
• El proceso de expansión sucede en dos etapas: 1ª
ETAPA: Turbina de alta presión, el vapor se
expande isoentrópicamente hasta una presión
intermedia y se devuelve a la caldera donde se
recalienta a P = cte, hasta la Tentrada de la primera
etapa de la turbina; 2ª ETAPA: El vapor se expande
isoentrópicamente (turbina de baja presión) hasta
la Pcondensador
• La incorporación de un recalentamiento simple
aumenta la eficacia del ciclo en 4-5%
• La presión de recalentamiento óptima se acerca a
un cuarto de la presión máxima del ciclo (caldera)
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
Procedimientos de mejora de los ciclos de Rankine (2)
CICLOS REGENERATIVOS
• Principio: Precalentar el agua de
alimentación a calderas para aumentar la
temperatura media de adición de calor,
con lo que aumenta la eficacia.
• Práctica: se precalienta con vapor
extraído de una etapa intermedia de la
turbina.
• Por cada extracción, una bomba (hasta 8)
• Reduce el flujo volumétrico de vapor en la turbina
• Contribuye a la eliminación de aire el aliment.
Cq&
Fq&
Turbina
B2
Caldera
Condensador B1
14
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
Procedimientos de mejora de los ciclos de Rankine (2)
CICLOS REGENERATIVOS
CALENTADOR ABIERTO DE AGUA DE
ALIMENTACIÓN (CONTACTO DIRECTO)
• El vapor extraído de la turbina se mezcla
directamente con el agua de alimentación que sale
de la bomba
• Idealmente la mezcla sale del calentador como
líquido saturado
• El rdto. máximo del ciclo de Rankine aumenta como
resultado de la regeneración: se eleva la T
promedio a la que el calor se añade al vapor en la
caldera y eleva la temperatura del agua antes de
que entre en ella
Pcond
Pcalent.
Pcald
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
Procedimientos de mejora de los ciclos de Rankine (2)
CICLOS REGENERATIVOS
CALENTADOR CERRADO DE AGUA DE
ALIMENTACIÓN
• El vapor extraído de la turbina NO se mezcla con el
agua de alimentación que sale de la bomba (las dos
corrientes pueden estar a presiones diferentes)
CALENTADOR
ABIERTO
• Simples y económicos
• Buenas características
para la TQ
• Llevan el agua de
alimentación a
saturación
• Cada calentador
requiere una bomba
CALENTADOR
CERRADO
• Complejos y costosos
• Peores características
para la TQ
• Llevan el agua de
alimentación a
saturación
• Cada calentador NO
requiere una bomba
15
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
Plantas de vapor
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
Plantas de vapor
16
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
Problema
Una planta de potencia funciona según un ciclo de Rankine entre las temperaturas de 600ºC y 40ºC. La presión máxima del ciclo es 8 MPa, la potencia de salida de la turbina 20 MW y su eficacia indicada de un 84%. En estas condiciones, determinar:
a) Flujo másico de vapor de agua que circula por el ciclo en kg/s b) Flujo másico mínimo de agua de refrigeración del condensador
(kg/s) si se permite una diferencia máxima de temperaturas de 10ºC
c) Título de vapor que se obtiene a la salida de la turbinad) Rendimiento térmico del cicloe) Representar en el diagrama T-S del agua el ciclo de Rankine
propuesto
NOTA: Justificar todas las suposiciones realizadas
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
Problema
CICLO TURBINA DE VAPOR
ESTADO 1 (Líquido saturado a T1 = 40ºC)
P1 = 7,383 kPaT1 = 40 ºCv1 = 0,001008 m3/kgH1 = 167,5 kJ/kgS1 = 0,5723 kJ/kgºC
ESTADO 2 (Líquido comprimido a P2 = 8 MPa)
P2 = 8000 kPa
Cálculo del trabajo de la bomba
WBOMBA = 8,057 kJ/kg
Cálculo de la entalpía 2 (H2)
H2 = 175,6 kJ/kg
ESTADO 3: Vapor sobrecalentado que sale de la caldera a P3 = 8000 kPa y 600ºC
P3 = 8000 kPaηTURB = 0,84
)( 121 PPvW BOMBA −=
BOMBAWHH += 12
ss
realTURBs HH
HHw
w
43
43, −
−==η
L.S.
40ºC
V.Sobrec.
600ºC 8 MPa
WT = 20 MW
17
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
Problema
Conocida T3 --> Calculo H3, S3 (tablas)--> Isoentrópico (S3 = S4) calculo H4s --> Con la eficacia turbina --> Calculo H4
ESTADO 4: Mezcla L-V a 7,4 kPaH (kJ/kg) S (kJ/kgºC)
P4 = 7,383 kPa 0 167,5 0,5723
x100 2574,3 8,2578
T3 H3 S3 xs H4s H4 x(ºC) (kJ/kg) (kJ/kgºC) (%) (kJ/kg) (kJ/kg) (%)600 3642 7,2821 87,3 2268,7 2488,5 96,4
WT = 20000 kW
BALANCE DE ENERGÍA A LA TURBINA
mvapor = 17,3 kg/s
BALANCE DE ENERGÍA AL CONDENSADOR
magua = 961,8 kg/s
WBOMBA = 139,7 kWWNETO, TV = 19860,3 kW
QCALDERA = 60101,4 KWηTV = 0,33
BOMBATVTVNETO WWW −=,
CALDERA
TVNETOTV Q
W ,=η
)()(
4343 HH
WmHHmW T
vaporvaporT −=⇒−=
&&&&
TCpHHm
mTCpmHHmagua
vaporaguaaguaaguavapor Δ
−=⇒Δ=−
)()( 14
14
&&&&
TermodinTermodináámica Aplicada 06/07mica Aplicada 06/07 Tema 9. Ciclos de potencia de vaporTema 9. Ciclos de potencia de vapor
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1. Comprender el funcionamiento de las máquinas térmicas basadas en el ciclo de Carnot y los aspectos imprácticos asociados a este ciclo
2. Comprender el funcionamiento de Rankine (ideal) y los aspectosimprácticos asociados a éste, así como el funcionamiento de los ciclos reales
3. Calcular el rendimiento térmico de los ciclos de Carnot y Rankine4. Comprender las modificaciones que se pueden introducir en las
variables de operación del ciclo de Rankine y los procedimientos de mejora que se pueden implementar para obtener un mayor rendimiento térmico del ciclo
5. Representar todos los ciclos ideales y prácticos analizados en el diagrama termodinámico T-S
18
Termodinámica Aplicada
Ingeniería Química
TEMA 9. CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR