2. PROBLEMA RESUELTO
ENUNCIADO
Un ciclo Rankine opera entre los límites de presión de 2500 psia en la caldera y 1
psia en el condensador. La temperatura a la entrada de la turbina es 800ºF. La
eficiencia isentrópica de la turbina es de 90%, las pérdidas en la bomba son
despreciables y el ciclo está diseñado para producir 1000 kW de potencia. Calcule el
flujo másico a través de la caldera, la potencia que produce la turbina, la tasa de
suministro de calor en la caldera y la eficiencia térmica.
SOLUCIÓN
Suposiciones:
1. Flujo másico constante.
2. Dispositivos de flujo estable y
estado estable, en los que las
variaciones de cinética y
potencial, son despreciables.
3. En este enunciado nos suministran los
siguientes datos: DIAGRAMA T-vs-s
En el problemas nos solicitan:
• El flujo másico
• La potencia producida por la turbina (real)
• La tasa de calor que se suministra en la
caldera
• La eficiencia térmica del ciclo
4. • Cálculo del Flujo másico.
Sabemos que:
Donde:
Esto nos muestra que para obtener el flujo másico será necesario buscar las entalpías
en los puntos 1, 2, 3 y4. Prosigamos a realizar los cálculos…
De las tablas de propiedades termodinámicas del agua en el sistema inglés:
5. • Cálculo del Flujo másico.
Calculamos la entalpía en el estado 2, mediante el uso de la dos posibles ecuaciones
que nos brindan el trabajo de realizado por la bomba.
Buscamos la entalpía y la entropía en el estado 3, en la tabla de propiedades del
agua en estado de vapor sobrecalentado , a partir de los datos suministrados sobre la
presión y temperatura en este estado.
7. • Cálculo del Flujo másico.
Conocemos el valor de la eficiencia isentrópica de la turbina, cuyo valor nos indica
cuanto trabajo real se puede esperar de la turbina conociendo la cantidad de trabajo
que idealmente esta realiza: De forma simplificada (por la asunción de flujo másico
constante)…
8. • Cálculo del Flujo másico.
Recopilamos en una tabla los datos y valores obtenidos que nos servirán para lograr
nuestros objetivos:
Estado 1 2 3 4
Presión (psia) 1 2500 2500 1
Entalpía 69,72 77,18 1302 839,1
(Btu/lbm)
Ahora, con estos valores de entalpías, obtenemos los calores por unidad de masa,
que entran y salen del ciclo y por consiguiente, el trabajo neto.
9. • Cálculo del Flujo másico.
Por último, para obtener el flujo másico volvemos a la ecuación planteada al inicio de
esta parte, y así:
• Cálculo de la potencia producida por la turbina.
10. • Cálculo de la tasa de calor que se suministra en la caldera.
• Cálculo de la eficiencia térmica del ciclo.
PD. En esta parte es equivalente utilizar la
potencia neta entre la tasa de calor que
suministra la caldera y se obtiene el
mismo resultado.
