Pregunta: Una central termoeléctrica (carbón) opera en un ciclo de potencia Rankine con recalentamiento y regeneración con un calentador de agua de alimentación cerrado y un calentador de agua de alimentación abierto. El vapor entra a la primera turbina a 9 MPa, 450 \deg C y se expande a 0,8 MPa. El vapor se recalienta a 400 \deg C antes de ingresar a la segunda

Una central termoel$é$ctrica $($carb$ó$n$)$ opera en un ciclo de potencia Rankine con recalentamiento y regeneraci$ó$n con un calentador de agua de alimentaci$ó$n cerrado y un calentador de agua de alimentaci$ó$n abierto. El vapor entra a la primera turbina a $9$ MPa, $450\backslash$deg C y se expande a $0,8$ MPa. El vapor se recalienta a $400\backslash$deg C antes de ingresar a la segunda turbina, donde se expande a la presi$ó$n del condensador de $10$ kPa. Vapor se extrae de la primera turbina a $2$ MPa y pasa por el calentador de agua de alimentaci$ó$n cerrado. El agua de alimentaci$ó$n sale del calentador cerrado a $205\backslash$deg C y $9$ MPa, y el condensado sale como l$í$quido saturado a $2$ MPa. Este condensado es conducido al calentador de agua de alimentaci$ó$n abierto. El vapor extra$í$do de la segunda turbina a $0,3$ MPa es utilizado en el calentador de agua de alimentaci$ó$n abierto, que funciona a $0,3$ MPa. El flujo que sale del calentador de agua de alimentaci$ó$n abierto es l$í$quido saturado a $0,3$ MPa. La potencia neta de salida del ciclo es de $100$ MW$.$ No hay transferencia de calor de ning$ú$n componente hacia su entorno. Considere las bombas y la turbina de baja presi$ó$n como isentr$ó$picas y que la turbina de alta presi$ó$n opera con una eficiencia isentr$ó$pica de $87\%.$ Para su operaci$ó$n emplea carb$ó$n con una composici$ó$n en masa de $38\mathrm{.}25$ por ciento de C$,7\mathrm{.}93$ por ciento de H$2,40\mathrm{.}11$ por ciento de O$2,0\mathrm{.}72$ por ciento de N$2,0\mathrm{.}79$ por ciento de S y $12\mathrm{.}20$ por ciento de cenizas $($no combustibles$)$ se quema estacionariamente con $45$ por ciento de exceso de aire. El carb$ó$n entra a la caldera en condiciones est$á$ndar $25\backslash$deg y atmosfera de presi$ó$n$.$ El aire de la combusti$ó$n tiene una humedad relativa del $75\%$ y una temperatura de $30\backslash$deg C$.$ Mediciones en la c$á$mara de combusti$ó$n reportan que los gases de los productos alcanzan una temperatura de $900\backslash$deg C$.$

Determine:

a$)$ El diagrama T$-$s del ciclo.

b$)$ La fracci$ó$n de vapor extra$í$da de cada turbina.

c$)$ Si lo gases de combusti$ó$n salen en la caldera a $80\backslash$deg C calcule la masa de agua de los productos que se condenso.

d$)$ El flujo m$á$sico del vapor que ingresa a la turbina de alta presi$ó$n$,$ en kg$/$h$.$

e$)$ La relaci$ó$n aire $–$ combustible real.

f$)$ Las moles totales de humedad en los productos de la combusti$ó$n$.($Valor: $0,5).$

g$)$ El consumo de combustible en kg$/$s$,$ de esta caldera. Incluya el efecto del azufre que aparece en el an$á$lisis de energ$í$a observando que el di$ó$xido de azufre tiene una entalp$í$a de formaci$ó$n de $–297100$ kJ$/$kmol y un calor espec$í$fico promedio a presi$ó$n constante de cp $=41\mathrm{.}7$ kJ$/$kmol$·$K$.$ 

h$)$ Si lo gases de combusti$ó$n salen en la caldera a $80\backslash$deg C calcule la masa de agua de los productos que se condenso.

i$)$ La eficiencia t$é$rmica del ciclo.