Capítulo 10: Ciclos de potencia de vapor y combinados

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.142 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.142 Los con den sa do res de va por en fria dos con agua se usan de ma ne ra co mún en las cen tra les eléc tri cas de va por. Ob ten ga in for…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.141 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.141 Co mu ní que se con la em pre sa que le pro por cio na el ser vi cio eléc tri co y ob ten ga in for ma ción acer ca de los as pec toster…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.140 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.140 Gases de chimenea que salen de plantas de generación e léctrica están aproximadamente a 150 °C. Haga un diseño básico Rankine que use agua, refrigerante 134a o amoniaco como fluido de trabajo y que produce la cantidad máxima…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.139 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.139 La tec no lo gía pa ra la ge ne ra ción de po ten cia me dian te el uso de ener gía geo tér mi ca es tá bien es ta ble ci da, y nu…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.138 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.138 Di se ñe el con den sa dor de una cen tral eléc tri ca de va por que tie ne una efi cien cia tér mi ca de 40 por cien to y ge ne ra 10…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.137 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.137 Un hor no ali men ta do con gas na tu ral en una plan ta tex til se em plea pa ra pro por cio nar va por a 130 °C. En mo mentos de al ta…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.136 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.136 Una central geotérmica de 10 MW se está tomando en cuenta en un sitio don de se dis po ne agua geo tér mi ca a 230°C, la cual se eva po ra rá en par te de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.135 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.135 Diseñe un ciclo de potencia de va por que pue da al can zar una efi cien cia tér mi ca del ci clo de por lo me nos 40 por cien to ba jo las con di…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.134 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.134 Considere una planta eléctrica de cogeneración modificada con regeneración. El vapor de agua entra a la turbina a 6 MPa y 450 °C a razón de 20 kg/s, y se expande a una presión de 0.4 MPa. A…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.133 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.133 Considere una planta termoeléctrica de va por de agua que opera en el ciclo Rankine regenerativo con un calentador abierto de agua de alimentación. La en tal pía del va por es 3.374 kJ/kg a la entrada de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.132 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.132 El agua de alimentación presurizada en una planta termoeléctrica de vapor de agua se va a calentar en un calentador ideal abierto de agua de alimentación, que opera a una presión de 2 MPa con vapor extraído de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.131 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.131 Un ciclo Rankine ideal con recalentamiento opera entre los límites de presión de 10 kPa y 8 MPa, con recalentamiento que se lleva a cabo a 4 MPa. La temperatura del vapor de agua a las entradas de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.130 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.130 Considere una planta eléctrica de ciclo combinado de gas-vapor. El agua para el ciclo de vapor se calienta en un intercambiador de calor bien aislado, por los gases de escape que entran a 800 K a razón de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.129 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.129 Una planta termoeléctrica de vapor de agua opera en el ciclo Rankine ideal simple, entre los límites de presión de 10 kPa y 5 MPa, con una temperatura de entrada a la turbina de 600 °C. La tasa…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.128 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.128 Un ciclo Rankine ideal simple opera entre los límites de presión de 10 kPa y 5 MPa, con una temperatura de entrada a la turbina de 600 °C. La fracción de masa del vapor de agua que se…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.127 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.127 Un ciclo Rankine ideal simple opera entre los límites de presión de 10 kPa y 3 MPa, con una temperatura de entrada a la turbina de 600 °C. Despreciando el trabajo de la bomba, la eficiencia del ciclo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.126 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.126 Considere un ciclo de Carnot de flujo estacionario con agua como fluido de trabajo, ejecutado bajo el domo de saturación, entre los límites de presión de 3 MPa y 10 kPa. El agua cambia de líquido saturado a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.125 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.125 Considere un ciclo Rankine ideal simple con presiones fijas de la caldera y del condensador. Si el ciclo se modifica con regeneración que comprende un calentador abierto de agua de alimentación (seleccione la afirmación correcta por unidad de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.124 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.124 Considere un ciclo Rankine ideal simple con presiones fijas de la caldera y del condensador. Si el ciclo se modifica con recalentamiento, Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.123 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.123 Considere un ciclo Rankine ideal simple con presiones fijas de la caldera y del condensador. Si se sobrecalienta el vapor a una temperatura más alta, Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.122 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.122 Considere un ciclo Rankine ideal simple. Si la presión del condensador disminuye manteniendo igual el estado a la entrada de la turbina, Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.121 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.121 Comenzando con la ecuación 10-20, demuestre que la destrucción de exergía asociada con un ciclo Rankine simple ideal se puede expresar como i = qentrada(ηtér,Carnot – ηtér), donde htér es la eficiencia del ciclo Rankine, y ηtér Carnot…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.120 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.120 Se puede demostrar que la eficiencia térmica de una planta eléctrica de ciclo combinado de gas-vapor, hcc, se puede expresar en términos de las eficiencias térmicas de los ciclos de turbina de gas y turbina de vapor como…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.119 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.119 Demuestre que la eficiencia térmica de un ciclo combinado de gas-vapor para planta eléctrica hcc se puede expresar Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN ¿Te…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.118 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.118 Usando el software EES (u otro), investigue el efecto del número de etapas de regeneración sobre el desempeño de un ciclo Rankine ideal regenerativo. El vapor de agua entra a la turbina a 10 MPa y 500 °C,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.117 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.117 Usando el software EES (u otro), investigue el efecto del número de etapas de recalentamiento sobre el desempeño de un ciclo Rankine ideal. Las presiones máxima y mínima en el ciclo son 15 MPa y 10 kPa, y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.116 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.116 Usando el software EES (u otro), investigue el efecto de sobrecalentar el vapor sobre el desempeño de un ciclo Rankine ideal simple. El vapor entra a la turbina a 3 MPa y sale a 10 kPa. La temperatura…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.115 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.115 Usando el software EES (u otro), investigue el efecto de la presión del condensador sobre el desempeño de un ciclo Rankine ideal simple. Las condiciones del vapor de agua a la entrada a la turbina se mantienen constantes…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.114 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.114 En seguida se muestra un ciclo de vapor ideal Rankine modificado para recalentamiento, dos calentadores cerrados de agua de alimentación y un calentador de proceso. El ciclo de potencia produce 300 MW de potencia neta. Los estados del…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.113 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.113 En seguida se muestra un ciclo Rankine ideal modificado con dos calentadores cerrados de agua de alimentación y un calentador abierto de agua de alimentación. El ciclo de potencia recibe 100 kg/s de vapor a la entrada de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.112 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.112 Repita el problema 10-111 suponiendo eficiencias isentrópicas de 100 por ciento para la bomba, 80 por ciento para el compresor y 85 por ciento para las turbinas de gas y de vapor. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.111 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.111 El ciclo de turbina de gas de una planta eléctrica de ciclo combinado de gas-vapor tiene una relación de presiones de 12. El aire entra al compresor a 310 K y a la turbina a 1.400 K. Los…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.110 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.110 Durante el invierno, el sistema del problema 10-109E debe suministrar 2 X 106 Btu/h de calor a los edificios. ¿Cuál es flujo másico de aire por el compresor de aire y la producción total de potencia eléctrica del…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.109 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.109 Se ha sugerido que el vapor de agua que pasa por el condensador del ciclo combinado en el problema 10-108E se dirija a los edificios durante el invierno para calentarlos. Cuando se hace esto, la presión en el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.108 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.108 Entra aire atmosférico, a 14.7 psia y 80 °F, al compresor de aire de un sistema de generación eléctrica de ciclo combinado de gas-vapor. La relación de compresión del compresor de aire es 10; la temperatura máxima del…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.107 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.107 Una planta textil necesita 4 kg/s de vapor de agua saturado a 2 MPa, que se extrae de la turbina de una planta de cogeneración. El vapor entra a la turbina a 8 MPa y 500 °C a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.106 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.106 Se va a suministrar vapor de agua de una caldera a una turbina de alta presión cuya eficiencia isentrópica es de 75 por ciento en condiciones que se deben determinar. El vapor debe salir de la turbina de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.105 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.105 Reconsidere el problema 10-104. Usando software EES (u otro), determine la presión óptima de purga para el calentador abierto de agua de alimentación que maximice la eficiencia térmica del ciclo. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.104 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.104 Una planta termoeléctrica de vapor de agua que opera en el ciclo Rankine ideal regenerativo con tres calentadores de agua de enfriamiento, como se muestra en la figura, mantiene la caldera a 6.000 kPa, el condensador a 7.5…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.103 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.103 Repita el problema 10-102 suponiendo una eficiencia isentrópica de 84 por ciento para las turbinas y 100 por ciento para las bombas. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.102 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.102 Considere un ciclo Rankine ideal con recalentamiento y regeneración, con un calentador abierto de agua de alimentación. La presión de la caldera es de 10 MPa, la presión del condensador es de 15 kPa, la presión del recalentadores…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.101 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.101 Repita el problema 10-100 suponiendo que tanto la bomba como la turbina son isentrópicas. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN ¿Te sirvió el ejercicio? Compártelo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.100 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.100 Considere una planta termoeléctrica de vapor de agua que opera en un ciclo Rankine regenerativo y tiene una producción neta de potencia de 150 MW. El vapor entra a la turbina a 10 MPa y 500 °C y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.99 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.99 Considere una planta termoeléctrica de vapor de agua que opera en el ciclo Rankine ideal con recalentamiento entre los límites de presión de 25 MPa y 10 kPa con una temperatura máxima de ciclo de 600 °C y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.98 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.98 Una planta termoeléctrica de vapor de agua opera en un ciclo Rankine ideal con dos etapas de recalentamiento y tiene una producción neta de potencia de 75 MW. El vapor entra en las tres etapas de la turbina…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.97 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.97 La planta geotérmica de producción de energía eléctrica de Stillwater, en Nevada, que inició su operación a escala comercial en 1986, está diseñada para operar con siete unidades idénticas. Cada una de estas siete unidades consiste en un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.96 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.96 Una planta de potencia de vapor que opera en un ciclo Rankine ideal simple mantiene la caldera a 6 000 kPa, la entrada de la turbina a 600 °C, y el condensador a 50 kPa. Compare la eficiencia…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.95 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.95 Escribiendo un balance de energía para el intercambiador de calor de un ciclo binario de potencia de vapor, obtenga una expresión para la relación de flujos másicos de dos fluidos en términos de sus entalpías. Solución: Solución 1:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.94 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.94 ¿Por qué el mercurio es un fluido adecuado de trabajo para el ciclo “de arriba” de un ciclo binario de vapor, pero no para el ciclo “de abajo”? Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10.93 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 10.93 ¿Por qué el vapor de agua no es un fluido ideal de trabajo para los ciclos de potencia de vapor? Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7…