IME 341.- TERMODINAMICA I

GUIA DE EJERCICIOS Nº 3

1er SEMESTRE 2010.

PROBLEMA Nº 1

Una industria requiere para su proceso fabril el suministro simultáneo de energía calórica y energía eléctrica en una proporción de 3:1 respectivamente.Para ello la industria dispone de una instalación generadora de vapor, la cual permite satisfacer los requerimientos de ambas formas de energía. (Ver esquema). La caldera genera todo el vapor necesario por la industria a P1 = 40 ata y T1 = 450 ºC.

Para la generación de la energía eléctrica, una fracción del vapor generado se expande en una turbina de vapor (TV) hasta la presión P2 = 5 ata, la cual esta acoplada directamente al generador eléctrico. El resto del vapor generado por la caldera se hace pasar a través de una válvula donde se expande hasta la misma presión de descarga de la TV (P3 = 5 ata). Posteriormente ambas corrientes de vapor son enviadas a un equipo saturador donde se le inyecta agua a 15 ºC a fin de obtener 30 ton / hr de vapor saturado 5 ata.Todo este flujo de vapor saturado es enviado a los equipos intercambiadores de calor (IC) donde suministran todo su calor latente para calentar indirectamente (sin contacto físico) la materia prima.

Se pide determinar :

a) Tabla de valores P, T, h, s para cada estado por los que atraviesa el vapor, con el correspondiente diagrama T_S.

b) Energía Calórica suministrada por el vapor de proceso (Qproc) en los (IC) en kWc) Potencia eléctrica consumida por la planta en kW.d) Flujo de vapor consumido por la TV en kg/hr.e) Flujo de agua fría inyectada en equipo saturador en kg/hr.f) Flujo de vapor producido por la caldera en kg/hr.

RAB / ICM 355 / Tarea Nº 3 / 1er Sem 99

PROBLEMA Nº 2

N el

Q proceso

Eq SAT

M agua

CALDERA

IC

VRPTV

Se dispone de una planta generadora de energía eléctrica que opera conforme a un ciclo ideal Brayton de tipo abierto, como el mostrado en la figura. En este tipo de planta se suministra calor (Q)2-3 al fluido de trabajo (aire) únicamente en la cámara de combustión mediante un proceso a presión constante.En esta planta tanto la turbina de gas, como el turbocompresor y el alternador están unidos por un mismo eje único. (Es decir, la turbina acciona tanto al turbocompresor como al alternador).

Las características operativas de esta planta son:

Combustible : Petroléo Diesel, Hcomb = 10.500 kcal /kg Potencia eléctrica : ( Nel ) = 20 MW Relación de compresión en turbocompresor : ( p2 / p1 ) = 12 Temperatura máxima del ciclo ( T3 ) = 1000 ºC Presión de descarga de la turbina ( p4 ) = 1 ata Condiciones ambientes : ( T0 = 20 ºC ; p0 = 1ata. )

Se pide determinar :

a ).- Propiedades termodinámicas ( p, v, T ) para cada estado del ciclo, y dibujar los procesos correspondientes en un diagrama P-V y T-S.

b).- Potencia calórica que debe suministrarse en la cámara de combustión.

c).- Relación aire - combustible en peso existente en la cámara de combustión. ( Considere que los gases tienen las propiedades termodinámicas similares al aire )

d).- Temperatura de descarga de los gases al ambiente. (T4)

e).- Variación de entropía que experimenta el gas en la planta.

f).- Incremento de entropía del ambiente. (compare las variaciones de entropía en e) y f) ) ¿Qué puede señalar al respecto?

RAB/ IME-341 / Guía de ejercicios Nº 3/ 1er semestre 2010

Nelect

TC

Planta de Turbina a Gas

TGTC

CC