Trabajo Colaborativo 2 Termodinamica

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Trabajo colaborativo 2

Participantes: LINA MARIA ARENAS

CC. 1120580243

JEFFERSON EMILIO BENAVIDES CC. Curso: 201015_140 Tutora: IBETH RODRIGUEZ .

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

ESCUELA DE CIENCIAS AGRICOLA, PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE ECAPMA 2017

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PROBLEMA

Una planta termoeléctrica que usa vapor de agua, opera en un ciclo Rankine con recalentamiento (Revisar Capítulo 10 Termodinámica de Yunus Cengel). Durante el funcionamiento de la planta, el vapor ingresa a la turbina de alta presión a 8MPa y 500°C y sale a 3MPa. Luego, el vapor se recalienta a una presión constante hasta una temperatura de 500°C, posteriormente ingresa a la turbina de baja presión donde se expande hasta 20kPa.

Diagrama de bloques ciclo Rankine con recalentamiento

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P1= 20kPa P2= 8MPa T3 = 500ºC P3 = 8MPa P4 = 3MPa T5 = 500ºC P5 = 3MPa P6 = 20kPa

Calculos de trabajo en bombas:

W=(hsalida−hentrada)

Calculos de magnitud de calor en caldera y condensador

q=(hsalida−hentrada)

Calculo de eficiencia del ciclo

q=1− qsalida qentrada

Debemos hallar primero los estados para que sea mas facil el desarrollo de las preguntas

 Estado 1: P1=20 kPa h₁=h_{f a 20 kPa}=251,42kJ kg v₁=v_{f a 20kPa}=0,001017m 3 kg  Estado 2:

El trabajo de la bomba se determina apartar de la siguiente ecuación

Wb =

vf 1∗(p2−p1) Sustituimos

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Wb=0,001017m 3 kg∗(8000−20) kPa .

(

1 kJ 1 kPa . m3

)

Wb=8,116kJ_kg

Ahora aplicamos el balance de energía en la bomba

h2=h1+Wb Sustituimos h₂=

(

251,42kJ kg+8,116 kJ kg

)

=259.536 kJ kg  Estado 3:

En este caso es un vapor sobre calentado ya que a 8Mpa la temperatura (T-sat) es 295,06 °C, en la tabla se busca h3 y s3 a 8 MPa y 500 °C

P₃=8 MPa T₃=500° C h₃=3398,3kJ kg S₃=6,7240 kJ kg . K  Estado 4: P4=3 MPa S₄=S₃=6,7240 kJ kg . K

Sabemos que estamos en presencia de un valor sobre calentado, sin embargo, se puede determinar de la siguiente manera.

A 3Mpa, leemos sf=2,6457 kJ

kg . K y sg=6,1869

kJ kg . K

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h₄=3105,1kJ kg  Estado 5: P₅=3 MPa T₅=500° C h₅=3456,5kJ kg S₅=7,2338 kJ kg . K  Estado 6: P6=20 kPa S₆=S₅=7,2338 kJ kg . K Hallamos x₆=S6−Sf Sfg x₆= 7,2338 kJ kg . K−0,8320 kJ kg . K 7,0765 kJ kg . K x₆=0,9046

Por ser mezcla se busca la entalpia por la ecuación de mezcla

h₆=h_{f 6}+x . hfg₆ _{a 20} kPa

_,

h_{f 6}=251.40 kj

kg y hfg6=2358,3

kj kg

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h₆=251.40 kj

kg+(0,9046∗2358,3)

h₆=2384.7

a. Encuentre la cantidad de trabajo producida en cada turbina.

W_{t 1}=h₃−h₄ W_{t 1}=3398,3 kJ /kg−3105,1 kJ ⁄ kg W_{t 1}=293.2kJ kg W_{t 2}=h₅−h₆ W_{t 2}=3456,5 kJ /kg−2384.7 kj/kg W_{t 2}=1071.8kJ kg

a. Encuentre la cantidad de trabajo producida en cada turbina.

1 turbina: WAB=

∫

VA Dv pdv WAB=

_∫

h 4 h3 20 dv

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20

v

∫

3105.1kj / kg 3398.3kj / kg ¿ 20 (3398.3)−20 (3105.1) =67.966 - 62.102 =5.864 kj/kg 2 turbina: WAB=

∫

VA Dv pdv WAB=

∫

h 6 h 5 20 dv

20

v

∫

2384.7 kj/ kg 3456.5kj/ kg ¿ 20 (3456.5)−20 (2384.7) =69.130 - 47.694 =27.3 kj /kg b. Determine la eficiencia térmica del ciclo.

q_salida=

(

h₆−h₁

)

q_salida=2384.7 kj/kg−251,42 kJ /kg

qsalida=2133,28kJ_kg

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qentrada=(3398,3 kJ /kg−259.536 kJ /kg)+

(

3456,5 kJ /kg−3105,1 kJ ⁄ (kg)

)

qentrada=3490,161kJ_kg η_ter=1− qsalida qentrada η_ter=1− 2133,28kJ kg 3490,161kJ kg η_ter=0,3887 η_ter≈ 38.8

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https://www.youtube.com/watch?v=z6jNMF72lII

Trabajaremos con los siguientes calculos

Calculos de trabajo en bombas:

W=(hsalida−hentrada)

Calculos de magnitud de calor en caldera y condensador

q=(hsalida−hentrada)

Calculo de eficiencia del ciclo

q=1− qsalida qentrada Entonces tenemos: P1= 20kPa P2= 8MPa T3 = 500ºC P3 = 8MPa P4 = 3MPa T5 = 500ºC

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P5 = 3MPa P6 = 20kPa