Este documento presenta 4 problemas propuestos sobre un ciclo Rankine regenerativo, con sus respectivas soluciones escritas en rojo. Cada problema describe las condiciones de un ciclo y solicita calcular parámetros como la fracción de corriente extraída, la producción de potencia, el trabajo de la turbina y la bomba, y el rendimiento térmico.

1. PROBLEMAS
PROPUESTOS
CICLO RANKINE REGENERATIVO
Colección de problemas con sus respectivas soluciones, escritas
en rojo al lado de cada parámetro solicitado.

2. Problema 1
Fuente: “Termodinámica”, Kenneth Wark
Un ciclo de potencia de vapor ideal funciona con las
siguientes condiciones: El vapor de agua (1) a 120 bar y
600ºC se expande hasta 10 bar, donde se extrae una parte
y se lleva a un único calentador abierto, expandiéndose el
resto a 0,08 bar y (2) a 60 bar y 600ºC se expande hasta
10 bar, donde se extrae una parte y se lleva a un único
calentador abierto, expandiéndose el resto a 0,08 bar. Para
cada caso, determine:
a. La fracción de corriente extraída hacia el calentador.
b. El rendimiento térmico del ciclo.
Respuestas: (1) a. 0,212 b. 0,460 (2) a. 0,2025 b. 0,429

3. Problema 2
Fuente: “Termodinámica”, Yunus A. Cengel
Una planta eléctrica de vapor opera en un ciclo
ideal regenerativo Rankine con dos CAA abiertos.
El vapor entra en la turbina a 10MPa y 600ºC y
escapa al condensador a 5kPa. 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-vs-s y determine:
a. La producción neta de potencia de la planta
eléctrica. 30,5 MW
b. La eficiencia térmica del ciclo. 47,1%

4. Problema 3
Fuente: “Termodinámica”, Yunus A. Cengel
Considere una planta termoeléctrica de vapor que opera
en un ciclo Rankine regenerativo con un CAA cerrado. La
planta mantiene la entrada a la turbina a 3 000 kPa y
350ºC, y opera el condensador a 20 kPa. Se extrae vapor
a 1 00 kPa para servicio del CAA cerrado, que se descarga
en un condensador después de estrangularse a la presión
del condensador. Las corrientes que salen del CAA cerrado
se mezclan mediante una cámara de mezclado para luego
calentarse en la caldera. Calcule:
a. El trabajo que produce la turbina. 741 kJ/kg
b. El trabajo que consume la bomba. 3,0 kJ/kg
c. El suministro de calor en la caldera para este ciclo,
por unidad de flujo en la caldera. 2 353 kJ/kg

5. Problema 4
Fuente: “Termodinámica”, Kenneth Wark
En la turbina de un ciclo ideal regenerativo entra
vapor de agua a 500 psia y 900ºF. A 100 psia y 40
psia se extrae parte del vapor y se lleva a dos
calentadores abiertos de agua de alimentación
colocados en serie. Tras el condensador que trabaja
a 1 psia, y tras cada uno de los calentadores, se ha
colocado las bombas adecuadas. Determine:
a. La fracción de la corriente total que va al
calentador de 100 psia y la que va al de 40 psia.
0,0605/ 0,140
b. El trabajo que sale de la turbina y el trabajo de la
bomba, en Btu/lbm de corriente total. 465/ 1,6
c. El rendimiento térmico. 0,397