Ciclo Rankine regenerativo con extracción de vapor

Un ciclo de vapor de Rankine regenerativo funciona con presión de caldera 8000 kPa, temperatura de sobrecalentamiento de 460 °C, presión de condensador 50 kPa y presión de extracción de 2000 kPa, donde se extrae una fracción α de vapor.

Si los rendimientos isoentrópicos tanto en las bombas como en la turbina son de 0,80 obtener lo siguiente:

• a) Diagramas de Instalación y T-s, tomando como entrada de la primer bomba el estado (1)
• b) Calor entregado en la caldera en kJ/kg
• c) Trabajo total de la turbina en kJ/kg
• d) Potencia neta en kW del ciclo para una masa que circula en el ciclo de 30 ton/h, toneladas por hora
• e) Rendimiento térmico del ciclo
• f) Variación de entropía del universo
• g) Variación de exergia del universo
• h) Rendimiento exergético de todo el ciclo

Para la turbina solamente:

• i) Variación de exergia del universo de la turbina
• j) Rendimiento exergético de la turbina

Nota: Las condiciones del medio atmosférico son P₀ = 101,3 kPa y T₀ = 300 K.

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Condensador de agua

En un equipo condensador se desea condensar agua a t = 35 °C usando agua de enfriamiento proveniente de un rio donde la temperatura de entrada es t_E = 15 °C y salida de la misma a t_S = 28 °C. El área de los tubos en el intercambiador es de F = 40 m² y se estima que el coeficiente de transferencia de calor total es de k₁ = 2000 W/(m²·°C).

Determinar:

• a) El calor (Q) absorbido por el agua de enfriamiento
• b) El caudal másico de agua de erifriamiento empleado
• c) La masa de vapor que se condensa

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Transmisión de calor por radiación

Si las temperaturas de 2 placas negras infinitas son de 900 °C y 500 °C y que entre ellas intercambian calor por radiación.

• ¿Cuál es la cantidad de calor por área que intercambian ellas?

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Pared con capa de material aislante

Una pared de superficie 20 m² mantiene su temperatura constante de 320 °C. La pared tiene una capa de material aislante de conductividad térmica de K = 2,093 x 10^-3 W/mK, siendo su espesor de 8 cm.

Si la capa está en contacto con el aire exterior a p₀ = 101,3 kPa y t₀ = 20 °C. 0btener:

• a) La cantidad de calor total por conducción y convección
• b) Temperatura externa de la superficie del aislante

Considerar para la pared vertical bajo esas condiciones con el aire el coeficiente de convección h = 8,372 W/(m²·K)

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Energía eléctrica a un alambre

Se entrega energía eléctrica a un alambre de diámetro 2 mm y largo 15 cm. Este alambre se sumerge luego en agua líquida a presión atmosférica p₀ = 101 kPa, hasta que la misma llegue a hervir a los 100 °C.

Si el coeficiente de transferencia de calor es de h = 5000 W/(m²·°C).

• ¿Cuánta energía eléctrica necesitará el alambre para mantener su superficie a 150 °C?

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Transmisión de calor por convección

Sobre una placa de 100 x 80 cm, que se mantiene a 300 °C sopla aire a 25 °C. El coeficiente de transferencia de calor es de h = 35 W/(m·°C).

• Calcular la transferencia de calor (q).

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Perdida de calor para un tubo

Calcular la perdida de calor por metro de longitud, para un tubo de D₁ = 160 mm, con 20 mm de aislación de material de Magnesia 85 %, siendo que las temperaturas t₁ = 110 °C y t₂ = 20 °C.

Nota: D₂ = D₁+2 (20 mm) = 200 mm. Y por lo tanto R₂ = D₂/2 = 100 mm = 0,1 m

También: D₁ = 160 mm, R₁ = D₁/2 = 80 mm = 0,08 m

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