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• AndrésFernandoMorenoNicolalde

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1. Una central eléctrica usa agua geotérmica a 160°C como la fuente de calor. El ciclo opera bajo el sistema de Rankine simple, usando isobutano como fluido de trabajo. Calor es transferido al ciclo a través de un intercambiador de calor en el cual entra agua geotérmica en fase líquida a 160°C a razón de 555.9 kg/s y sale a 90°C. El isobutano entra a la turbina a 3.25 MPa y 147°C a razón de 305.6 kg/s y sale a 79.5°C y 410 kPa. El isobutano es condensado en un condensador enfriado con aire, para luego ser bombeado a la presión del intercambiador de calor. Asumiendo que la bomba tiene una eficiencia isentrópica del 90%, determine (a) la eficiencia isentrópica de la turbina, (b) la potencia de salida neta de la central, y (c) la eficiencia térmica del ciclo. 2. ¿Cómo cambian las siguientes cantidades cuando un ciclo Rankine simple ideal se modifica con recalentamiento? Suponga que el flujo másico se mantiene igual. Consumo de trabajo por la bomba: a) Aumenta, b) disminuye, c) queda igual Producción de trabajo por la turbina: a) Aumenta, b) disminuye, c) queda igual Suministro de calor: a) Aumenta, b) disminuye, c) queda igual Calor rechazado: a) Aumenta, b) disminuye, c) queda igual Contenido de humedad a la salida de la turbina: a) Aumenta, b) disminuye, c) queda igual 3. Considere una planta termoeléctrica de vapor de agua que opera en el ciclo Rankine con recalentamiento. La planta mantiene la entrada de la turbina de alta presión a 600 psia y 600 °F, la entrada de la turbina de baja presión a 200 psia y 600 °F, y el condensador a 10 psia. La potencia neta que produce esta planta es de 5.000 kW. Determine la tasa de adición y rechazo de calor y la eficiencia térmica del ciclo. 4. Considere una planta termoeléctrica de vapor de agua que opera en el ciclo Rankine ideal con recalentamiento. La planta mantiene la caldera a 7.000 kPa, la sección de recalentamiento a 800 kPa, y el condensador a 10 kPa. La calidad del vapor húmedo a la salida de ambas turbinas es de 93 por ciento. Determine la temperatura a la entrada de cada turbina y la eficiencia térmica del ciclo.

5. Una planta termoeléctrica de vapor de agua opera en el ciclo Rankine con recalentamiento. El vapor entra a la turbina de alta presión a 12.5 MPa y 550 °C, a razón de 7.7 kg/s y sale a 2 MPa. El vapor luego se recalienta a presión constante a 450 °C antes de expandirse en la turbina de baja presión. Las eficiencias isentrópicas de la turbina y la bomba son 85 por ciento y 90 por ciento, respectivamente. El vapor sale del condensador como líquido saturado. Si el contenido de humedad del vapor a la salida de la turbina no debe exceder 5 por ciento, determine a) la presión de condensador, b) la producción neta de potencia y c) la eficiencia térmica.

6. ¿Cómo cambian las siguientes cantidades cuando el ciclo Rankine ideal simple se modifica con regeneración? Suponga que el flujo másico a través de la caldera es el mismo. Producción de trabajo por la turbina: a) Aumenta, b) disminuye, c) queda igual Calor suministrado: a) Aumenta, b) disminuye, c) queda igual Calor rechazado: a) Aumenta, b) disminuye, c) queda igual Contenido de humedad a la salida de la turbina: a) Aumenta, b) disminuye, c) queda igual 7. Durante el proceso de regeneración se extrae algo de vapor de agua de la turbina y se usa para calentar el agua líquida que sale de la bomba. Esto no parece muy inteligente, pues el vapor extraído podría producir algo más de trabajo en la turbina. ¿Cómo justifica usted esta acción? 8. El vapor de extracción de turbina entra a un calentador abierto de agua de alimentación de un ciclo regenerativo Rankine a 20 psia y 250 °F, mientras que el agua fría de enfriamiento entra a 110 °F. Determine la relación de flujo másico de vapor de extracción a flujo másico de entrada de agua necesaria para calentar el agua de alimentación a 225 °F. 9. El ciclo ideal regenerativo Rankine con un calentador abierto de agua de alimentación usa agua como fluido de trabajo. La entrada a la turbina se opera a 500 psia y 600 °F, y el condensador a 5 psia. El vapor se suministra al calentador abierto de agua de alimentación a 40 psia. Determine el trabajo que produce la turbina, el trabajo que consumen las bombas, y el calor rechazado en el condensador para este ciclo por unidad de flujo a través de la caldera. 10. Una planta eléctrica de vapor opera en un ciclo ideal regenerativo Rankine con dos calentadores abiertos de agua de alimentación. El vapor entra a la turbina a 10 MPa y 600 °C y escapa al condensador a 5 kPa. El vapor se extrae de la turbina a 0.6 y 0.2 MPa. El agua sale de ambos calentadores de agua de alimentación como líquido saturado. El flujo másico de vapor a través de la caldera es 22 kg/s. Muestre el ciclo en un diagrama T-s y determine a) la producción neta de potencia de la planta eléctrica y b) la eficiencia térmica del ciclo.