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INGENIERIA CIVIL MECANICA ASIGNATURA DE MAQUINAS TERMICAS

Prof. Ubaldo Zúñiga Q.

EJERCICIOS 1.- Una central termoeléctrica de vapor, cuyo ciclo se muestra en la figura debe generar 120 MW de energía útil con

una eficiencia de 40%. El rendimiento del generador de vapor es de 80 %. Para el ciclo real y con los datos de la figura obtenga: a) Flujo másico de vapor b) Vapor de extracción c) Potencia de la Turbina d)Potencia de las Bombas e) Calor rechazado en el ciclo f) Rendimiento térmico Valores de h en KJ/Kg h=1260 KJ/Kg

2.- En una planta térmica industrial existen 3 equipos de proceso como se muestra en la figura. Con los datos proporcionados obtenga: a) Cantidad de combustible usado en Kg/s P = 10 bar: hf= 762,5 KJ/Kg; hg= 2777,6 KJ/Kg b) Porcentaje de retorno de condensado c) Entalpía en el punto de retorno (R) P = 6 bar: hf= 670,1; hfg = 2086,3 KJ/Kg d) Entalpía del agua de alimentación (AA) e) Rendimiento de la caldera

4.- Se busca estudiar la influencia del número de calentadores de agua en la eficiencia térmica de un ciclo de vapor, en el cual éste sale del generador de vapor a 15 MPa y 550°C. La presión de condensación es de 10 kPa. Considerando sólo calentadores abiertos o de mezcla, obtenga el rendimiento térmico (‫ؠ‬te) para c/u de los siguientes casos, cuando el rendimiento de la turbina y de las bombas de agua es de 85 % (ciclo real): a) Sin calentadores del agua de alimentación (Rankine simple) b) 1 calentador de agua, presión de 1 MPa c) 2 calentadores, uno operando a 3 MPa y el otro a 0.2 MPa

5.- Considere el esquema mostrado en la figura, que representa a una Planta Térmica Industrial:

HPcaldera = 350 Producción vapor = 5 Ton/hr Se recupera como condensado: 75% Combustible PD (PCS=10758 Kcal/hr, PCI=10133 Kcal/hr, ᗣ=0.91 Kg/lt Precio= 450 $/lt Caudal gases de combustión= 6570 Kg/hr Temperatura de gases = 190°C Pérdidas Totales en la caldera: 85% son pérdidas por los gases. Agua fresca de reposición al sistema (en estanque de retorno de condensado):12°C Consumos de vapor en equipos: 36.5%; 26.8%; 30.1% y 5.9 %, respectiv.

Combustible: PD PC = 10200 Kcal/Kg

mvap = 12 Ton/hr

10 bar

Fracciones de vapor :

10 bar

VRP 6 bar

E1: 45% E2: 40 % E3: 15% Condensado no recuperado

E1

en E1 y E2: 40% de lo que llega

AA

E2

E3

R Retorno de condensado Agua nueva T = 12 °C, hf = 49,3 KJ/Kg

Condensado no retorno

3.- Para el ciclo combinado que se muestra en la figura dada a continuación y con los datos que se entregan, obtenga: a) Wneto, en MW para la turbina a gas b) Wneto, en MW para el ciclo de vapor c) Rendimiento del ciclo combinado Combustible: GN cuyo PC = 46200 KJ/Kg Relación aire-combustible (RAC) = 22

Psalidas condensado en 2 primeros equipos de proceso = 1.6 bar Jornada de Trabajo diaria= 16 hrs. Psalidas condensado en 2 últimos equipos de proceso = 1.2 bar Hrs de operación al año = 4700 hrs. a)Obtenga la entalpía del condensado que retorna al estanque (cuál sería su temperatura aproximada?) b)Obtenga el rendimiento de la caldera c)Obtenga el rendimiento de la planta d) Determine el gasto anual en combustible, en $/año e) Obtenga la RAC en la caldera y la cantidad de material particulado, en Kg/hr que se generan si la concentración de MP es de 60 mgr/m3 Considere Tambiente =20°C

6.- Una turbina a gas que trabaja en ciclo combinado, como se muestra en la figura, genera 2000 kW de potencia al expandir los gases desde 860 °C hasta 500 °C. En el ciclo de vapor, la caldera de recuperación tiene un rendimiento de 80% y la turbina de vapor lo expande desde 30 bar(a) y 400 °C, con el vapor fluyendo a 160 m/s, hasta una presión de 3 bar (a) y 160°C, siendo la velocidad de éste de 100 m/s. Durante la expansión del vapor en la turbina, se transfiere calor al medio ambiente, lo que constituye una pérdida. El vapor que sale de la turbina es usado en un proceso industrial, desde donde se recupera como condensado el 30 % del vapor. Debe suministrarse, por lo tanto, agua de reposición, la que entra a 15 °C. Con todos los datos indicados: a) Obtenga el flujo másico de vapor en Kg/hr b) ¿Cuál es la energía útil de esta instalación, en kW? c) Determine el calor perdido en la turbina de vapor (calor transferido al medio), en kW Gases de 160 °C Combustión 30 bar (a), 400 °C, V= 160 m/s 860°C TV

CALDERA DE RECUPERACION

cc

‫ = ؠ‬80 %

500°C

3 bar (a), 160°C, V=100 m/s VAPOR A PROCESO

2000kW Compresor

Turbina a Gas

P = 1 bar

Aire atmosférico

‫ = ؠ‬82 % Bomba de Agua

50 °C

30 % Retorno de condensado

15 °C Agua de reposición

Cpgases = 2.3 KJ/Kg K

Densidad de gases = 1.15 Kg/m3