Ejercicios de aplicación de Balances de Entropía Parte II 1. A bordo

Ejercicios de aplicación de Balances de Entropía
Parte II
1. A bordo de un barco se va usar una unidad de proceso para la desalinización por
compresión de vapor para producir agua potable. El proceso es ilustrado en la
figura siguiente:
El agua de mar, con 3.5% de sal, entra a la unidad y es precalentada con el calor de
las líneas a contracorriente de agua potable y la salmuera de desecho del evaporador.
El agua de mar precalentada entra al evaporador, donde una porción de agua pura
pasa al estado vapor debido al calor del vapor condensado por compresión.
El vapor se condensa comprimiendo el vapor formado en el evaporador y este
condensado enfriado constituye el agua potable.
El evaporador opera normalmente a una presión de 1atm y 103.3ºC debido a la
elevación del punto de ebullición por la sal. El vapor que entra al compresor se
comprime adiabáticamente a 1.36atm absoluta. Si el compresor opera con un
rendimiento de 60%, determinar:
a. La temperatura a la salida del compresor
b. El trabajo de compresión por kilogramo de agua potable producida.
2. Una central térmica a base de vapor de agua opera según un ciclo de Rankine con
recalentamiento. Los tubos de la caldera pueden resistir presiones de hasta 6.8ata
y se dispone de agua de enfriamiento a 49ºC. El condensador se diseño para
diferencias de temperatura de 17ºC, de modo que la temperatura baja del ciclo es
de 66ºC. El recalentador y el condensador operan de modo que el expansor y la
bomba trabajan sólo con materiales monofásicos. La bomba y el expansor pueden
considerarse que operan en forma adiabática y reversible.
a. Determinar el recalentamiento necesario (en ºC) y el rendimiento térmico
del ciclo.
b. Compara el rendimiento del inciso anterior considerando un ciclo de Carnot
que opere entre 66ºC y:
i. La temperatura de la caldera
ii. La máxima temperatura del recalentador
c. Si en la caldera se instalan tubos nuevos que permitan resistir presiones de
hasta 13.6 ata, calcular el nuevo rendimiento térmico del ciclo.
A continuación se presentan los esquemas del ciclo descrito: