Trabajo Colaborativo 2 Termodinamica

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD Investigación - VIACI

Vicerrectoría Académica y de

Escuela: Ciencias Básicas e Ingeniería Curso: Termodinámica

Programa: Ingeniería de Alimentos Código: 201015

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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Escuela: Ciencias Básicas e Ingeniería Curso: Termodinámica

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Programa: Ingeniería de Alimentos Código: 201015

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

Tenemos los siguientes datos:

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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 =(h salida −hentrada ) Calculos de magnitud de calor en caldera y condensador

q=( hsalida −h entrada) Calculo de eficiencia del ciclo

q=1−

q salida q entrada

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

kJ kg P1=20 kPa m3 v 1=v f a 20kPa =0,001017 kg h1=h f a 20 kPa=251,42



Estado 1:



Estado 2:

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

Wb = v f 1∗( p 2− p1) Sustituimos 3

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Escuela: Ciencias Básicas e Ingeniería Curso: Termodinámica 3

W b =0,001017

m ( 1 kJ ∗ 8000−20 ) kPa . kg 1 kPa . m3

(

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)

W b =8,116

kJ kg

Ahora aplicamos el balance de energía en la bomba h2=h1+ Wb Sustituimos

(

h2= 251,42 

kJ kJ kJ + 8,116 =259.536 kg kg 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 s 3 a 8 MPa y 500 ° C kJ h =3398,3 P3 =8 MPa 3 kg T 3 =500° C S =6,7240 kJ 3 kg . K



Estado 4:

P4 =3 MPa S 4 =S 3=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

s f =2,6457

kJ kg . K

kJ y s g =6,1869 kg . K

Ahora interpolando nos queda:

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Escuela: Ciencias Básicas e Ingeniería Curso: Termodinámica h4 =3105,1



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kJ kg

Estado 5:

kJ h =3456,5 P 5=3 MPa 5 kg T 5 =500° C S =7,2338 kJ 5 kg . K



Estado 6: P 6=20 kPa S 6=S 5=7,2338

kJ kg . K

Hallamos x 6=

S 6−S f S fg

7,2338 x 6=

kJ kJ −0,8320 kg . K kg . K kJ 7,0765 kg . K

x 6=0,9046

Por ser mezcla se busca la entalpia por la ecuación de mezcla h6 =hf 6+ x . hfg 6

a 20 kPa ,

h f 6=251.40

Sustituyendo nos quedaría:

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kj kj y hfg 6=2358,3 kg kg

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h6 =251.40

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kj +(0,9046∗2358,3) kg

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 =293.2

kJ kg

W t 2 =h5−h6 W t 2 =3456,5 kJ /kg−2384.7 kj/kg W t 2 =1071.8

kJ kg

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

1 turbina: Dv

WAB=∫ pdv VA h3

WAB=∫ 20 dv h4

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3398.3kj / kg

20 v

∫

¿

3105.1kj / kg

20 ( 3398.3 )−20 ( 3105.1 ) =67.966 - 62.102 =5.864 kj/kg

2 turbina: Dv

WAB=∫ pdv VA

h5

WAB=∫ 20 dv h6

3456.5kj/ kg

20 v

∫

¿

2384.7 kj/ 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 q salida =2133,28

kJ kg

q entrada=( h3 −h2 ) + ( h5−h 4 )

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q entrada=( 3398,3 kJ /kg−259.536 kJ / kg ) + ( 3456,5 kJ /kg−3105,1 kJ ⁄ (kg) ) q entrada=3490,161

ηter =1−

kJ kg

q salida qentrada

kJ kg ηter =1− kJ 3490,161 kg 2133,28

ηter =0,3887

ηter ≈ 38.8

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

Trabajaremos con los siguientes calculos Calculos de trabajo en bombas:

W =(h salida −hentrada ) Calculos de magnitud de calor en caldera y condensador

q=( hsalida −h entrada) Calculo de eficiencia del ciclo

q=1−

q salida q entrada

Entonces tenemos: P1= 20kPa P2= 8MPa T3 = 500ºC P3 = 8MPa P4 = 3MPa T5 = 500ºC

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Escuela: Ciencias Básicas e Ingeniería Curso: Termodinámica P5 = 3MPa P6 = 20kPa

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