Práctica I
Maquinas Térmicas
Docente: Daniel F. Sempértegui Tapia, Ph.D.
CAPITULO 3: Cogeneración y Ciclo Combinado
1. Considere una planta eléctrica de cogeneración modificada con regeneración. El vapor de
agua entra a la turbina a 10 MPa y 500 °C, y se expande a una presión de 1.8 MPa. A esta
presión, 30 por ciento del vapor se extrae de la turbina, y el resto se expande a 10 kPa.
Parte del vapor extraído se usa para calentar el agua de alimentación en un calentador
abierto de agua de alimentación. El resto del vapor extraído se usa para calentamiento de
proceso y sale del calentador de
proceso como líquido saturado a 1.8
MPa. Luego se mezcla con el agua
de alimentación que sale del
calentador de agua de alimentación,
y la mezcla se bombea a la presión
de la caldera. Suponiendo que las
turbinas y las bombas son
isentrópicas, muestre el ciclo en un
diagrama T-s con respecto a las
líneas de saturación, y determine el
flujo másico de vapor a través de la
caldera para una producción neta de
potencia de 50 MW.
2. Considere una planta termoeléctrica de ciclo combinado como ilustrado en la figura. El
ciclo de Brayton de esta planta tiene una relación de presiones de 9. El aire entra al
compresor a 300 K y 75 kPa, a la turbina de gas entra a 1600 K. Los gases de combustión
que salen de la turbina de gas se usan para calentar el vapor a 12.5 MPa a 500 °C en un
recuperador de calor. Los gases de combustión salen del intercambiador de calor con 50°C
más que la temperatura de entrada del agua subenfriada (T7). El vapor se expande en una
turbina de alta presión hasta una presión de 4.5 MPa, donde una fracción (y) es enviada al
CAA cerrado 2 y el resto se recalienta a 500 °C aprovechando el mismo calor de salida
del ciclo de Brayton (ver figura). Esta corriente es expandida nuevamente en una turbina
de presión media hasta la presion del condensador de 15 kPa. En esta turbina, una fracción
del vapor z se extrae a una presión de 1800 kPa para calentar el agua de alimentación en
un CAA abierto y una fracción del vapor w se extrae a una presión de 400 kPa para calentar
el agua de alimentación en un CAA cerrado. Suponga que ambos CAA cerrados calientan
el agua de alimentación 30°C menos que la máxima temperatura que idealmente podrían
calentar y que las fracciones extraídas son calculadas con el objetivo de obtener líquido
saturado a la entrada de todas las bombas. El flujo másico del aire en el ciclo Brayton es
300 kg/s. Suponiendo que todos los procesos de compresión y expansión son isentrópicos:
Práctica I
Maquinas Térmicas
Docente: Daniel F. Sempértegui Tapia, Ph.D.
a) Muestre el ciclo en un diagrama T vs. s y encuentre la entalpia en todos los puntos
(mantenga la numeración usada en la figura).
b) Determine el flujo másico de agua en el ciclo de Rankine.
c) Determine las fracciones extraídas de vapor de agua y enviadas a los CAA abierto
y a ambos CAA cerrado.
d) Encuentre la tasa de adición total de calor del ciclo combinado.
e) Encuentre la tasa de rechazo de calor del ciclo combinado.
f) Encuentre la relación de trabajo de retroceso de todo el ciclo combinado
g) Encuentre la eficiencia térmica del ciclo combinado y el trabajo neto producido.