Solo para expertos en termodinámica

Necesito la respuesta a este problema:
En una planta de generación de energía a partir de vapor que funciona idealmente según el ciclo de carnot (una termoeléctrica) tiene a la entrada de la turbina 2.5 kg de vapor de agua saturado a 320 ºC, ¿sale de la misma como una mezcla liquido? Vapor de agua a 100 ºC
Determinante
1. La potencia generada por la turbina
2. El calor cedido en el condensador
3. Si en enfriamiento en el condensador se lleva a cabo con agua de rio, ¿cuál es el caudal mínimo de este para evitar contaminación térmica?
4. La potencia que se debe suministrar a la bomba
5. Calor absorbido en la caldera
6. Si el calor que se cede en la caldera es aportado por la combustión de carbono ¿cuantas toneladas al mes se debe quemar ¿( considere el calor de combustión del carbono : 32000 KJ/Kg)
7. La eficiencia térmica de la planta
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2 Respuestas

16.600 pts. Ciencias y Matematicas : Fisica, Quimica, Biologia,...
Tu problema es muy interesante y bastante sencillo, pero largo de explicar ; lastima que no contemos con alguna herramienta para dibujar porque se haría más fácil ... Igual voy a enviarte a una página de internet con el gráfico que quiero que veas, para usar las mismas referencias y así simplificar la solución.
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Obviemos los datos, pero centrémonos en los vértices de ese rectángulo que no es más que el ciclo de Carnot dibujado en un diagrama T-S (temperatura-entropía).
El proceso 1-2 es lo que ocurre en la caldera. En 2-3 es la expansión en la turbina. De 3 a 4 es el condensador y de 4 a 1 la bomba.
Los calores y trabajos en un ciclo de Carnot sin irreversibilidades pueden expresarse como variación de entalpía de un proceso (Delta h) ... esto quiere decir que conociendo los valores de la entropía en los puntos 1,2,3 y 4, podemos hallar los trabajos y calores, ademas de las entalipas en cada punto ...
En las tablas de vapor vas a poder encontrar estos valores, que en este caso son:
h1= 1462.6 kJ/kg
s1=3.45 kJ/kg*K
h2=2703.7 kJ/kg
s2=5.54 kJ/kg*K
h3=2000 kJ/kg
s3=5.54 kJ/kg*K
h4=1200 kJ/kg
s4=3.45 kJ/kg*K
Mv = masa de vapor = 2.5kg(faltaria saber en que tiempo, quiza olvidaste escribirlo)
Nota que los puntos 1 y 4 y los puntos 2 y 3 tienen la misma entropía. Los valores de titulo en ambos casos son X4=0,35 y X3=0,7
Y los trabajos (L) seran:
Lbomba= Mv*(h4-h1)=2,5kg(1200 - 1462.6)= -656,6 kJ
Lturbina= Mv*(h2-h3)=2,5kg(2703.7-2000)=1759 kJ
Y los calores son nada más ni nada menos que el área debajo de la curva T-S, osea en este caso es la temperatura constante a la que ocurre la transferencia de calor(en Kelvin) por la variación de entropía (Delta s):
Q condendador= Mv * (T fria*(s4-s3)= 2.5kg (373K *(5.54-3.45))=1948,9 kJ
Q caldera= Mv (T caliente*(s2-s1)=2.5kg (593K*(5.54-3.45))= 3098,4 kJ
con lo que nos queda que :
Lb = -656,6 kJ
Lt=1759 kJ
Qcond=-1948,9 kJ
Qcald=3098,4 kJ
Para la parte 6) el calor que se gaste en la caldera tiene que ser igual al que le aporta el combustible así que Qcombustible = Qcaldera
Y el calor del combustible es la masa de combustible por su poder calorífico:
Mcomb * C = Qcaldera
Mcomb = Q calera / 32000kJ/kg
Mcomb=0.097 kg
Para poder saber cuanto se gasta en un mes, falta el dato de el tiempo en el que psasn los 2,5kg de vapor por el sistema, si es por hora, por día, por segundo .. y de acuerdo a eso, se hace el calculo por mes.
La eficiencia térmica de la planta para un ciclo de Carnot siempre es (1-Tf/Tc)
Osea, uno menos el cociente entre la temperatura mínima y máxima del sistema, en este caso :
Rendimiento termico: (1-373/593)= 0.37 >> 37%
Para la pregunta 3, creo que debería saber cual es la condición de contaminación térmica, pero resultaría similar a cuando se calculo el caudal de combustible que se necesitaba para la caldera, solo que con los parámetros del agua ...
Espero que te haya servido y si tienes alguna otra duda, me podes volver a preguntar ...
Un saludo y suerte ... Guadalupe.
525 pts. Soy Ingniero Mecánico de la Universidad de Los Andes,...
Amigo yo soy ingeniero mec´anico y te la podría responder, pero sucede que intervienen muchas fórmulas y cálculos existe un libro por el cual estudie en pregrado de termodinámica de van wailen o busca la serie shawn muy bueno trae ejercicios resueltos realmente resolverte ese problema de plantas de vapor por aquí no es sencillo
Suerte,
Ing. Luis Beltran

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