Trabajo de ciclos de potencias

1. UNIVERSIDAD FERM´IN TORO
VICE-RECTORADO ACAD´EMICO
FACULTAD DE INGENIER´IA
ING MANTENIMIENTO MEC´ANICO
EJERCICIOCICLORANKINE
Abel Fong
C.I: 23.553.666

2. En un ciclo Rankine con sobrecalentamiento y recalentamiento se utiliza “vapor de agua”como
fluido de trabajo. El vapor entra en la primera etapa de la turbina a 10.0 Mpa, 500 ◦
C y se
expande hasta 0,7 Mpa. Este se recalienta entonces hasta 470 ◦
C antes de entrar en la segun-
da etapa de la turbina, donde se expande hasta la presi´on del condensador de 0,01 Mpa. La
potencia neta obtenida es 180 MW. Determ´ınese:
a) El rendimiento t´ermico del ciclo.
b) El flujo m´asico, en
Kg
h
.
c) El flujo de calor Qs cedido por el vapor en el condensador, en MW.

3. Turbina de Alta Presi´on:
Para P3 = 10Mpa se tiene que Tsat3 = 311◦
C, entonces T3 > Tsat3; por lo tanto el vapor
entra sobrecalentado a la turbina.
En la tabla de vapor sobrecalentado se ingresa con los valores P3 = 10Mpa y T3 = 500◦
C
y se consigue: h3 = 3375, 1
kJ
kg
; s3 = 6, 5995
kJ
kgK
.
Como el proceso en la turbina es isentr´opico, se tiene entonces que s4 = s3. Para conocer
el estado termodin´amico del vapor a la salida de la turbina, vamos a obtener con el valor de P4
el valor de la entalp´ıa h.
Para P4 = 0, 7Mpa se tiene que s4f = 1, 9918
kJ
kgK
; s4g = 6, 7071
kJ
kgK
⇒
s4f < s4 < s4g; lo que indica que por la salida de la turbina de alta presi´on discurre una
mezcla de liq + vap. La calidad de la mezcla se calcula de acuerdo a
x4 =
s4 − s4f
s4g − s4f
=
6, 5995 − 1, 9918
6, 7071 − 1, 9918
⇒ x4 = 0, 98.
entonces la entalp´ıa de la mezcla a la salida de la turbina se consigue mediante
h4 = h4f + x4h4fg
y: h4f = 697
Kj
kg
; h4fg = 2065, 8
kJ
kg
; luego:
h4 = 697 + 0, 98 ∗ 2065, 8 ⇒ h4 = 2721, 48
kJ
kg
.
Turbina de Baja Presi´on:
La presi´on a la entrada de la turbina de baja presi´on, es la misma que en el punto 4, ya
que el proceso termodin´amico de ganancia de calor por parte del vapor en la caldera ocurre a
presi´on constante. Es decir: P5 = P4.
3

4. Para P5 = 0, 7Mpa se tiene que Tsat5 = 164, 95◦
C; entonces T5 > Tsat5; por lo tanto el va-
por entra sobrecalentado a la turbina de baja presi´on.
Como; tanto el valor de la presi´on y la temperatura en el punto 5 no aparecen en las ta-
blas de vapor recalentado, recurrimos a interpolar para conseguir los valores de s5 y h5.
Para P=0,6 Mpa y T=470 ◦
C, se tiene
s
′
5 − 7, 7097
470 − 400
=
8, 0041 − 7, 7097
500 − 400
⇒ s
′
5 = 7, 9158
kj
kgK
h
′
5 − 3270, 8
470 − 400
=
3483, 4 − 3270, 8
500 − 400
⇒ h
′
5 = 3419, 62
kj
kg
Para P=0,8 Mpa y T=470 ◦
C, se tiene
s
′′
5 − 7, 5735
470 − 400
=
7, 8692 − 7, 5735
500 − 400
⇒ s
′′
5 = 7, 7805
kj
kgK
h
′′
5 − 3267, 7
470 − 400
=
3481, 3 − 3267, 7
500 − 400
⇒ h
′′
5 = 3417, 22
kj
kg
Para P=0,7 Mpa y T=470 ◦
C, se consigue
s5 − 7, 9158
0, 7 − 0, 6
=
7, 7805 − 7, 9158
0, 8 − 0, 6
⇒ s5 = 7, 8482
kj
kgK
h5 − 3419, 62
0, 7 − 0, 6
=
3417, 22 − 3419, 62
0, 8 − 0, 6
⇒ h5 = 3418, 42
kj
kg
Como el proceso termodin´amico en la turbina de baja presi´on es isentr´opico, entonces se tiene
que s6 = s5.
Ahora con P6 = 0, 01Mpa, se consiguen los valores de entrop´ıa s6f y s6g
s6f = 0, 6492
kj
kgK
; s6g = 8, 1488
kj
kgK
⇒ s6f < s6 < s6g
4

5. entonces de la turbina de baja presi´on sale una mezcla de l´ıquido + vapor de agua que debe
ingresar al condensador. La calidad de esta mezcla se calcula de acuerdo a
x6 =
s6 − s6f
s6fg
=
7, 8482 − 0, 6492
8, 1488 − 0, 6492
⇒ x6 = 0, 96
luego:
h6 = h6f + x6h6fg, y: h6f = 191, 81
kj
kg
; h6fg = 2392, 1
kj
kg
h6 = 191, 81 + 0, 96x2392, 1 ⇒ h6 = 2488, 23
kj
kg
El proceso en el condensador se realiza a presi´on constante, por lo tanto P1 = P6. A la entrada
de la bomba, la sustancia entra como l´ıquido saturado (x1 = 0); entonces:
h1 = h1f = 191, 81
kj
kg
; v1 = v1f = 0, 00101
m3
kg
; s1 = s1f = 0, 6292
kj
kgK
Por otro lado; P2 = P3 y s2 = s1
Wbomba = WB = h2 − h1 ⇒ h2 = h1 + WB; y WB = v1(P2 − P1)
WB = 0, 00101
m3
kg
(10000 − 10)kpax
1kj
1kpaxm3
= 10, 09
kj
kg
⇒ h2 = 191, 81 + 10, 09 = 201, 9
kj
kg
A continuaci´on se muestra el diagrama Temperatura-Entrop´
5
ıa

6. a) El rendimiento t´ermico del ciclo se calcula de acuerdo a
η =
Wneto
QH
=
WT1 + WT2 − WB
QH
en donde
WT1 = h3 − h4 = 3375, 1 − 2721, 48 = 653, 62
kj
kg
WT2 = h5 − h6 = 3418, 42 − 2488, 23 = 930, 19
kj
kg
QH = (h3 − h2) + (h5 − h4) = (3375, 1 − 201, 9) + (3418, 42 − 2721, 48) = 3870, 14
kj
kg
η =
653, 62 + 930, 19 − 10, 09
3870, 14
∗ 100 ⇒ η = 40, 66 %
b) El flujo m´asico se obtiene a partir de
˙m =
˙Wneta
Wneto
=
180MW
(653, 62 + 930, 19 − 10, 09)
=
180
1573, 72
kgMW
kj
x
1000kW
1MW
x
1kj/s
1kW
x
3600s
1h
6

7. ˙m = 411763, 21
kg
h
c) El flujo de calor Qs cedido por el vapor en el condensador viene dado por
˙Qs = Qs ˙m; y adem´as : Qs = h6 − h1 ⇒ ˙Qs = ˙m(h6 − h1)
˙Qs = 411763, 21
kg
h
∗ (2488, 23 − 191, 81)
kj
kg
∗
1h
3600s
∗
1MW
1000kW
= 262, 66MW.
7

8. UNIVERSIDAD FERMIN TORO
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA
CABUDARE, EDO. LARA
Abel Muñoz Fong
C.I: 23.553.666

9. CALDERAS
son
instalaciones
industriales
que
vaporizan el agua
para
Aplicaciones
en la industria
Inventada por
Desarrollada por
Dionisio Papin en 1769
James Watt en 1776
partes
Cámara
de agua
Es el espacio que ocupa el
agua en el interior de la
caldera
Con gran
volumen de agua
de mediano
volumen de
agua de pequeño
volumen
mantener más o
menos estable la
presión del vapor y
el nivel del agua
Cámara
de vapor
espacio ocupado por el vapor
en el interior de la caldera
aumenta la superficie de
calefacción, sin aumentar
el volumen total del agua se aumenta la superficie de
calefacción.
tienen el defecto de ser muy lentas en el
encendido, producen poco vapor. Son muy
peligrosas en caso de explosión y poco
económicas
son muy rápidas en la producción de vapor,
tienen muy buen rendimiento y producen
grandes cantidades de vapor
y
Se distinguen
Son la parte principal de la
caldera, y los colectores, en
donde se ubican las válvulas
de seguridad, termómetros,
tomas de vapor, entrada de
agua, etc
Los tubos
Se construyen en una amplia variedad
de tamaños, disposiciones, capacidades,
presiones, y para aplicaciones muy
variadas
Es un recipiente de acero donde se quema
un combustible y el calor generado en la
reacción de combustión se transmite al
agua liquida y se produce vapor de agua

10. De Gran Volumen de Agua
Calderas Sencillas
Calderas con Hervidores
Calderas de Hogar Interior
En la parte central superior se
encuentra el vapor más seco de la
caldera, que se conduce por cañerías
a las máquinas
Se componen de un cilindro de
planchas de acero con fondos
combados montados sobre
mampostería de anillos refractario
Los hervidores son unos tubos
que se montan bajo el cuerpo
cilíndrico principal
Presenta mayor superficie de
calefacción o de caldeo, sin
aumento de volumen de agua Mayor es la
producción de vapor
Debido a la diferencia de dilatación entre la
caldera y los hervidores hay escape de
vapor que pueden provocar ruptura
Contienen en su interior uno o dos
grandes tubos sumergidos en agua, en
cuya parte anterior se instala el hogar
Los tubos hogares se construyen generalmente de
plantas onduladas, para aumentar la superficie de
calefacción y resistencia al aplastamiento

11. Caldera Semitubular
Caldera Locomotora
Calderas de Galloway
Locomóviles
Calderas Marinas
Semifijas
Calderas Combinadas
Mediano Volumen de Agua
Los tubos se colocan
expandidos en los
fondos de la caldera, se
sitúan diagonalmente
para facilitar su limpieza
interior.
Tienen mayor
superficie de
calefacción
Se compone de su hogar
rectangular, llamada caja de
fuego seguido de un haz tubular
que termina en la caja de humo.
El nivel del agua queda sobre el
ciclo del hogar, de tal manera
que éste y los tubos quedan
siempre bañados de agua
Tienen uno o dos tubos
hogares cónicos y inclinados
en distintos sentidos reciben el
calor de los gases por su
superficie exterior,
aumentando la superficie total
de calefacción de la caldera.
Se emplea en faenas agrícolas se
monta sobre ruedas y mazos para
el traslado a tiro y tiraje forzado al
igual forma que las locomotoras
Estas calderas son de tubos de
humo y de agua usadas en los
buques En la parte inferior van dos
o tres y hasta cuatro tubos hogares,
que terminan en la caja de fuego,
rodeado totalmente de agua
Se usan en plantas eléctricas,
aserraderos, molinos, etc. se
compone de un cilindro mayor,
donde se introduce el conjunto
de hogar cilíndrico y haz de
tubos, apernado y
empaquetados en los fondos
planos del cilindro exterior.
Son las calderas de hogar interior y
semitubular, unidas sus cámaras de
agua y de vapor, por tubos verticales.
El agua de alimentación se entrega a la
caldera superior y una vez conseguido
el nivel normal de ésta, rebalsa por el
tubo vertical interior a la cámara de
agua de la cámara inferior

12. Calderas de Pequeño
Volumen de Agua
Acuotubulares
El agua está dentro de los tubos, se logra
una presión de trabajo mayor, usadas a
principios de siglo. La salida del vapor es a
mayor temperatura
Utiliza quemadores ecológicos . Son equipos tipo paquete
Corto tiempo de arranque para producción de vapor
Alta eficiencia térmica. Trabajar a altas presiones. Su
vapor es seco, por lo que en los sistemas de transmisión
de calor existe un mayor aprovechamiento.
Son INEXPLOSIBLE
Sistemas de modulación automática para control
de admisión aire-combustible a presión.
Ventajas
Calderas mixtas o
intermedias, se obtiene
puede ser húmedo o
seco, haciéndolo pasar
por un sobrecalentador
STEINMÜLLER
OLMAR
Marcas
Tienen un tubo de gran
diámetro en su interior
y se acoplan una serie
de colectores por los
que circula el agua.
Stirling
Con tubos de
Humo y de Agua
Están compuestas de un cilindro
mayor con un hogar cilíndrico y tubos
de humo, de agua o de ambos a la vez
Tienen tres colectores
superiores dispuestos
paralelamente entre sí,
con sus cámaras de
vapor interconectadas
por tubos de acero.
Consumen hulla u otro
combustible sólido,
como también líquidos
o gaseosos
Borsig
Compuesta de un
colector superior de
agua y vapor, unido al
inferior de agua e
impurezas por un haz
de tubos verticales
curvados en sus
extremos, para facilitar
su expandidura
Babcock-
Wilcox
Fácil accesibilidad a su
interior y están
diseñadas para
pequeñas industrias
tales como tintorerías,
lavanderías, lácteos,
panaderías
Compuesta de uno hasta tres
colectores superiores de agua y
vapor, unidos al haz de tubos rectos
inclinados por ambos extremos y el
colector inferior de impurezas
Yarrow y
Thornycroft
La Yarrow tiene los colectores inferiores
achatados para así facilitar la
expandidura de los tubos. La
Thornycroft tiene tubos curvos, que
entran radialmente a los colectores,
aumentando también su longitud y
superficie y superficie de calefacción de
la caldera.
Usadas en buques de vapor
Pueden quemar hulla o petróleo.
De encuentran las calderas verticales
Pirotubulares

13. Calderas Pirotubulares
Usadas para aprovechamiento
de gases de recuperación
Horizontales OLMAR
La cámara tornafuego refrigerada por
agua en su interior y la ondulación del
tubo hogar
Estrictos controles durante el
proceso de fabricación
Dispone en la parte de atrás de una puerta
abisagrada y de apertura total que deja
al descubierto todo el interior.
La facilidad de manipulación y la total
accesibilidad, para la limpieza y mantenimiento
desde el exterior, incluso inmediatamente
después de haber detenido el quemador
El cuerpo está formado
por un cuerpo cilíndrico
horizontal
La circulación de gases se realiza desde una
cámara frontal hasta la zona posterior donde
termina su recorrido en otra cámara de salida
de humos

14. UNIVERSIDAD FERMIN TORO
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA
TERMODINAMICA Y MAQUINAS TERMICAS
Abel Muñoz Fong
C.I: 23.553.666

15. Formación de depósitos
Incrustación
Corrosión por Oxidación del metal
Fragilización cáustica
Formación de Espumas
CALIDAD DELAGUA

16. ACCIONES CORRECTIVAS Remoción del oxigeno
Desincrustante Ecológico
Proceso de ablandamiento tradicional

17. formulación para
incrementar el pHreactivo que reacciona
químicamente con el
oxigeno residual
membrana que remueve
el oxigeno y bióxido de
carbono
filtro de micro
filtración
filtro de
multimedia
caldera
agua de rechazo
fuente de
suministro de
agua
agua producto
sin sales
ESQUEMA DE TRATAMIENTORiego
Limpieza