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Taller Nº 5, Termodinámica Jesús Manuel Jaraba Puerta Universidad de la Costa CUC.

18. Considere una planta termoeléctrica que quema el carbón y que produce 120 MW de potencia eléctrica. La planta opera en un ciclo Rankine ideal simple con condiciones de entrada a la turbina de 9 MPa y 550 °C, y una presión del condensador de 15 kPa. El carbón tiene un poder calorífico (energía liberada cuando se quema el combustible) de 29,300 kJ/kg. Suponiendo que 75 por ciento de esta energía se transfiere al vapor de agua en la caldera, y que el generador eléctrico tiene una eficiencia de 96 por ciento determine a) La eficiencia total de la planta (la relación de producción neta de potencia eléctrica a entrada de energía como resultado de combustión de combustible) b) La tasa necesaria de suministro de carbón.

Taller Nº 5, Termodinámica Jesús Manuel Jaraba Puerta Universidad de la Costa CUC.

Datos Iniciales: Potencia Generada: 120 MW P.I Caldera: 9 MPa = 9.000 Kpa T.I Turbina: 550º C P.I Condensador: 15 Kpa Energía Liberada carbón: 29.300 Kj/kg Energía suministrada a la caldera: 75% (29.300 kj/kg) = 21.975 kj/kg Eficiencia generador Eléctrico: 96%

Suposiciones: 1. Existen en el sistema condiciones de funcionamiento estable. 2. La energía cinética y potencial son despreciables o no son imprescindibles puesto que están por debajo el 0.05% de la energía generada en el sistema.

Conceptos: Ciclo de Rankine. Es un ciclo termodinámico que tiene como objetivo la conversión de calor en trabajo, constituyendo lo que se denomina un ciclo de potencia. Como cualquier otro ciclo de potencia, su eficiencia está acotada por la eficiencia termodinámica del ideal Ciclo de Carnot que operase entre los mismos focos térmicos (límite máximo que impone el Segundo Principio de la Termodinámica). Debe su nombre a su desarrollador, el ingeniero y físico escocés William John Macquorn Rankine. El ciclo Rankine es un ciclo de potencia representativo del proceso termodinámico que tiene lugar en una central térmica de vapor. Utiliza un fluido de trabajo que alternativamente evapora y condensa, típicamente agua (si bien existen otros tipos de sustancias que pueden ser utilizados, como en los ciclos Rankine orgánicos). Mediante la quema de un combustible, el vapor de agua es producido en una caldera a alta presión para luego ser llevado a una turbina donde se expande para generar trabajo mecánico en su eje (este eje, solidariamente unido al de un generador eléctrico, es el que generará la electricidad en la central térmica). El vapor de baja presión que sale de la turbina se introduce en un condensador, equipo donde el vapor condensa y cambia al estado líquido (habitualmente el calor es evacuado mediante una corriente de refrigeración procedente del mar, de un río o de un lago). Posteriormente, una bomba se encarga de aumentar la presión del fluido en fase líquida para volver a introducirlo nuevamente en la caldera, cerrando de esta manera el ciclo.

Taller Nº 5, Termodinámica Jesús Manuel Jaraba Puerta Universidad de la Costa CUC.

a) La eficiencia total de la planta (la relación de producción neta de potencia eléctrica a entrada de energía como resultado de combustión de combustible)

Se utiliza las tablas A4 – A5 y A6, teniendo en cuenta la forma en que en encuentre el flujo másico (Vapor húmedo, saturado y/o sobrecalentado)

El título de vapor o calidad del vapor es el porcentaje mezcla líquido-vapor y suele denotarse con la letra X:

en masa de vapor en

una

El valor de varía desde 0 (líquido saturado) hasta 1 (vapor saturado). Para valores del título cercanos a 1 se tiene una masa de líquido pequeña en forma de gotitas en suspensión. Para valores inferiores el líquido se deposita sobre el fondo del recipiente por efecto de la gravedad.

La coexistencia de líquido y vapor se indica normalmente con el término vapor húmedo y, en el diagrama, corresponde a la zona bajo la campana. Las líneas de título constante se trazan dividiendo las líneas de presión constante, comprendidas entre el estado líquido y el estado del vapor saturado seco, en partes iguales. Es muy normal que en una mezcla de líquido saturado y vapor saturado, la masa de cada fase suela desconocerse, en cuyo caso, pueden relacionarse los volúmenes y el título se definiría como; la relación existente entre el aumento de volumen durante la vaporización y el aumento de volumen que correspondería al vapor saturado seco a la misma presión.

Taller Nº 5, Termodinámica Jesús Manuel Jaraba Puerta Universidad de la Costa CUC.

La eficiencia térmica se determina a partir de

b) La tasa necesaria de suministro de carbón.