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Termodinámica Aplicada Ingeniería Química TEMA 10. CICLOS DE POTENCIA DE GAS Y OTROS CICLOS DE POTENCIA TEMA 10: CICLOS DE POTENCIA DE GAS Y OTROS CICLOS BLOQUE II. Análisis termodinámico de procesos industriales OBJETIVOS • ANÁLISIS PROCESOS CALOR Comprender el funcionamiento básico de las máquinas de combustión interna: PROCESOS INDUSTRIALES motores alternativos (ciclo de Otto y Diesel) y turbinas de gas (ciclo de Brayton) TRABAJO Y REFRIGERACIÓN PSICROMETRÍA POTENCIA GENERALIDADES Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR • Cuantificar el rendimiento térmico de los ciclos de potencia • Representar gráficamente en los CICLOS POTENCIA DE diagramas termodinámicos T-S y P-V los GAS Y OTROS CICLOS ciclos de potencia • Conocer las desviaciones que presentan los ciclos reales frente a los idealizados • Comprender la importancia y el funcionamiento básico de otros ciclos de potencia: los ciclos binarios, los ciclos combinados y las plantas de cogeneración Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia 1 TEMA 10: CICLOS DE POTENCIA DE GAS Y OTROS CICLOS • INTRODUCCIÓN: Máquinas de Combustión interna • CICLOS DE POTENCIA DE GAS • Ciclo de aire estándar • Ciclo de Otto • Ciclo de Diesel • Ciclos de Brayton • Turbinas de gas • Procedimientos de mejora del ciclo de Brayton • OTROS CICLOS DE POTENCIA • Ciclos binarios • Ciclos combinados • Cogeneración Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia TEMA 10: CICLOS DE POTENCIA DE GAS Y OTROS CICLOS • INTRODUCCIÓ INTRODUCCIÓN: Máquinas de Combustió Combustión interna • CICLOS DE POTENCIA DE GAS • Ciclo de aire estándar • Ciclo de Otto • Ciclo de Diesel • Ciclos de Brayton • Turbinas de gas • Procedimientos de mejora del ciclo de Brayton • OTROS CICLOS DE POTENCIA • Ciclos binarios • Ciclos combinados • Cogeneración Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia 2 Introducción • MÁQUINAS TÉRMICAS • Máquinas de combustión interna: utilizan los productos de combustión en la expansión Son dispositivos que producen trabajo mecánico y que no operan en un ciclo termodinámico (ciclo abierto): ciclo mecánico El combustible (líquido) se dispersa finamente con los inyectores en la cámara de combustión y se quema. Se produce un aumento de volumen al producirse gases y P y T aumentan bruscamente. Esa E presión se emplea: 1- Directamente en la expansión: MOTORES ALTERNATIVOS: Ciclo de Otto (encendido chispa) y ciclo de Diesel (encendido compresión) 2- Transformando en Ecin para mover una turbina: Ciclo de Brayton (1870) es el ciclo ideal para los motores de turbina de gas Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia Máquinas de combustión interna • MOTORES DE ENCENDIDO DE CHISPA (motores de gasolina, CICLO DE OTTO): La mezcla aire-combustible se comprime hasta una T inferior a la T de autoencendido del combustible y el proceso de combustión comienza al encender una bujía • MOTORES DE ENCENDIDO POR COMPRESIÓN (motores diesel, CICLO DIESEL): El aire se comprime hasta una T superior a la de autoencendido del combustible, y la combustión se inicia al contacto, cuando el combustible se inyecta dentro de ese aire caliente Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia 3 TEMA 10: CICLOS DE POTENCIA DE GAS Y OTROS CICLOS • INTRODUCCIÓN: Máquinas de Combustión interna • CICLOS DE POTENCIA DE GAS • Ciclo de aire está estándar • Ciclo de Otto • Ciclo de Diesel • Ciclos de Brayton • Turbinas de gas • Procedimientos de mejora del ciclo de Brayton • OTROS CICLOS DE POTENCIA • Ciclos binarios • Ciclos combinados • Cogeneración Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia Ciclo de aire estándar • Los ciclos de potencia de gases reales son bastante complejos • Las suposiciones de AIRE ESTÁNDAR permiten simplificar considerablemente el análisis de las MÁQUINAS DE COMBUSTIÓN INTERNA sin apartarse significativamente de los ciclos reales • Permite estudiar de forma cualitativa la influencia de los parámetros principales de las máquinas reales • SUPOSICIONES DE AIRE ESTANDAR 1: El fluido de trabajo es aire que circula de modo continuo en un circuito cerrado y se comporta como un gas ideal 2: Todos los procesos que integran el ciclo son reversibles 3: El proceso de combustión es sustituido por un proceso de adición de calor desde una fuente externa 4: El proceso de escape es sustituido por un proceso de rechazo de calor que devuelve al fluido a su estado inicial Para simplificar más el análisis, se supone que el aire tiene calor específico constante e igual al de Tambiente (25ºC) Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia 4 TEMA 10: CICLOS DE POTENCIA DE GAS Y OTROS CICLOS • INTRODUCCIÓN: Máquinas de Combustión interna • CICLOS DE POTENCIA DE GAS • Ciclo de aire estándar • Ciclo de Otto • Ciclo de Diesel • Ciclos de Brayton • Turbinas de gas • Procedimientos de mejora del ciclo de Brayton • OTROS CICLOS DE POTENCIA • Ciclos binarios • Ciclos combinados • Cogeneración Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia Ciclo de Otto • Es el ciclo ideal para las máquinas reciprocantes (dispositivos cilindro-émbolo) de ENCENDIDO DE CHISPA (la combustión de la mezcla aire-combustible se inicia con una chispa en la bujía) • Máquinas de combustión interna de 4 tiempos 0-1: Admisión de la mezcla a P = cte 1-2: Compresión isoentrópica 2-3: Ignición y combustión (adición de calor a v = cte) 3-4: Expansión isoentrópica 4-1: Rechazo de calor a v = cte (escape de gases) γ = 1.4 EFICACIA DEL CICLO DE OTTO (suposición aire estádar) η= w neto q q −q C (T − T ) − CV (T4 − T1 ) T −T = 1 − 41 = 23 41 = v 3 2 = 1− 4 1 q23 q23 q23 C v (T3 − T2 ) T3 − T2 r= V1 V2 ηOtto = 1 − 1 r Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 γ −1 γ= Cp Cv Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia 5 Ciclo de Otto Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia TEMA 10: CICLOS DE POTENCIA DE GAS Y OTROS CICLOS • INTRODUCCIÓN: Máquinas de Combustión interna • CICLOS DE POTENCIA DE GAS • Ciclo de aire estándar • Ciclo de Otto • Ciclo de Diesel • Ciclos de Brayton • Turbinas de gas • Procedimientos de mejora del ciclo de Brayton • OTROS CICLOS DE POTENCIA • Ciclos binarios • Ciclos combinados • Cogeneración Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia 6 Ciclo de Diesel • Ciclo ideal para las máquinas reciprocantes de encendido por compresión • Son los motores más extendidos para usos industriales (unidades de generación de electricidad de emergencia; grandes barcos, pesados camiones...) • Menos vivos que los motores de encendido de chispa; más caros y más duraderos • r es mucho más elevada (12-24) • CICLO DIESEL: (similar al de Otto) 1-2: Compresión isoentrópica 2-3: Adición de calor a P = cte 3-4: Expansión isoentrópica 4-1: Rechazo de calor a V = cte Diferencia con el motor de encendido de chispa: Período de admisión a P = cte: la inyección del combustible se realiza a P elevada Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia Ciclo de Diesel • EFICACIA DEL CICLO DE DIESEL (suposición aire estándar) η Diesel = 1 − 1 ⎡ rcγ − 1 ⎤ ⎢ ⎥ r γ −1 ⎣ k ( rc − 1) ⎦ Cuando: rOtto = rDiesel ⇒ ηOtto> ηDiesel () >1 rc,Diesel = 1 ⇒ ηOtto= ηDiesel rDiesel elevadas ⇒ ηOtto< ηDiesel r= V1 V2 rc = γ = 1.4 V3 V2 rc, Relación de corte: volúmenes de cilindro después y antes del proceso de combustión Las eficacias de las máquinas térmicas de encendido de chispa suelen ser 25-40% Las eficacias de las máquinas térmicas de motores diesel suelen ser 35-40% El proceso de combustión real tanto para motores de gasolina como diesel, es una combinación de dos procesos de adición de calor, uno a P = cte y otro a V = cte: CICLO DUAL os ciclos Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia 7 TEMA 10: CICLOS DE POTENCIA DE GAS Y OTROS CICLOS • INTRODUCCIÓN: Máquinas de Combustión interna • CICLOS DE POTENCIA DE GAS • Ciclo de aire estándar • Ciclo de Otto • Ciclo de Diesel • Ciclos de Brayton • Turbinas de gas • Procedimientos de mejora del ciclo de Brayton • OTROS CICLOS DE POTENCIA • Ciclos binarios • Ciclos combinados • Cogeneración Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia Turbinas de gas – ciclo de Brayton • Las turbinas de gas tienden a ser más compactas y ligeras que las centrales térmicas de vapor • Las turbinas de gas se utilizan para la generación de electricidad en equipos fijos y para aplicaciones de transporte (propulsión aérea, transporte marítimo...) • Las máquinas térmicas de vapor sirven mejor a las necesidades continuas de la industria Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia 8 Ciclos de Brayton (o Joule) • Se utiliza en plantas de potencia con turbinas de gas: turbinas de gas • Usualmente de natural (ó fueloleo, carbón gasificado, …) <<ciclo>> abierto. Ciclo cerrado para recuperación de calor a trabajo • Aire fresco en condiciones ambientales se introduce dentro de un compresor donde su T y P se eleva. El aire de alta presión se inyecta en la cámara de combustión donde el combustible se quema a P = cte. Los gases de alta T entran a la turbina donde se expanden hasta la Patm y producen potencia. Los gases de salida de la turbina se expulsan al exterior (ciclo abierto, sin recirculación) • Este ciclo se puede modelar como CICLO CERRADO Cámara combust. combustible (suposición aire estándar) 1-2: Compresión isoentrópica en el compresor COMP TURB 2-3: Adición de calor a presión constante (combustión) 3-4: Expansión isoentrópica (en una turbina) 4-1: Rechazo de calor a P = cte (escape de gases) Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 w humos aire ciclo cerrado Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia Ciclos de Brayton (o Joule) Este ciclo se puede modelar como CICLO CERRADO (suposición aire estándar) 1-2: Compresión isoentrópica en el compresor 2-3: Adición de calor a P = cte (proceso de combustión) 3-4: Expansión isoentrópica (en una turbina) 4-1: Rechazo de calor a P = cte (escape de gases al aire ambiente) Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia 9 Ciclos de Brayton (o Joule) • Para el ciclo de Brayton estándar: η = • Luego ( P2 w& NETO = 1− q&C 1 ( P2 P1 ) γ −1 γ P1 ) ↑ → η ↑ Relaciones de comp. Prácticas: 5-20 (11-16) γ = 1.4 Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia Ciclos de Brayton (o Joule) • Relación aire/combustible >=50 • Compresor+Turbina → una sola turbomáquina. • Turbinas: aeroderivadas e industriales. • Trabajo de retroceso: Relación Wcomp/Wturb W&COMP ≈ 50% W&TURBINA APLICACIONES: • Propulsión de aviones • Generación de E eléctrica (como unidades independientes o en conjunto con las plantas de vapor) • Ciclo cerrado en las plantas de E nuclear (gas puede ser helio) Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia 10 TEMA 10: CICLOS DE POTENCIA DE GAS Y OTROS CICLOS • INTRODUCCIÓN: Máquinas de Combustión interna • CICLOS DE POTENCIA DE GAS • Ciclo de aire estándar • Ciclo de Otto • Ciclo de Diesel • Ciclos de Brayton • Turbinas de gas • Procedimientos de mejora del ciclo de Brayton • OTROS CICLOS DE POTENCIA • Ciclos binarios • Ciclos combinados • Cogeneración Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia Procedimientos de mejora del ciclo de Brayton • Las turbinas de gas reales difieren del ciclo de Brayton ideal por varias razones: 1- Disminución de presión durante los procesos de adición y rechazo de calor 2- Las irreversibilidades asociadas a la turbina y el compresor (la entrada de trabajo real al compresor será mayor; y las salida de trabajo real de la turbina será menor) ⇒ EFICACIAS ISOENTRÓPICAS Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia 11 Procedimientos de mejora del ciclo de Brayton CICLO DE BRAYTON CON INTERENFRIAMIENTO, RECALENTAMIENTO Y REGENERACIÓN • En un turbina de gas wneto = wturbina-wcompresor • Puede incrementarse cuando wturbina× o wcompresor Ø • wcompresor Ø: COMPRESIÓN EN ETAPAS MÚLTIPLES CON INTERENFRIAMIENTO (aproximamos al isotérmico) • wturbina ×: EXPANSIÓN EN ETAPAS MÚLTIPLES CON RECALENTAMIENTO (aproximamos al isotérmico) • Se trabaja con aire en exceso (2.5-4 veces estequiométrico) para: • Calor residual (∼500ºC) para cogeneración (calderas de recuperación) o regeneración (precalentador del aire antes de entrar a la caldera) • Mejor combustión • Mejor control de temperaturas Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia Procedimientos de mejora del ciclo de Brayton CICLO DE BRAYTON CON INTERENFRIAMIENTO, RECALENTAMIENTO Y REGENERACIÓN 1-2: Compresión isoentrópica hasta P intermedia P2 2-3: Enfriamiento a P = cte hasta T3 (=T1) 3-4: Compresión isoentrópica hasta P4 4-5: Calentamiento en el regenerador a P = cte hasta T5 5-6: Combustión a P = cte 6-7: Expansión isoentrópica hasta P7 7-8: Recalentamiento a P = cte hasta T8 (=T6) 8-9: Expansión isoentrópica hasta P9 9-10: Recalentamiento a P = cte hasta T10 10-1: Enfriamiento del gas hasta el estado inicial T1 (o purga gases de escape) Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia 12 TEMA 10: CICLOS DE POTENCIA DE GAS Y OTROS CICLOS • INTRODUCCIÓN: Máquinas de Combustión interna • CICLOS DE POTENCIA DE GAS • Ciclo de aire estándar • Ciclo de Otto • Ciclo de Diesel • Ciclos de Brayton • Turbinas de gas • Procedimientos de mejora del ciclo de Brayton • OTROS CICLOS DE POTENCIA • Ciclos binarios • Ciclos combinados • Cogeneración Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia Ciclos binarios • CICLO BINARIO DE VAPOR: Combinación de dos ciclos, uno en la región de alta T y otro en la región de baja T: empleando dos fluidos se aumenta el área encerrada por el ciclo, y la eficacia • Aprovechamiento a lo largo de mayor intervalo de T: El condensador del ciclo de alta T (ciclo superior) sirve como la caldera del ciclo de baja T (ciclo inferior): “la salida de calor del ciclo superior se utiliza como entrada de calor del ciclo inferior” • FLUIDOS ADECUADOS CICLO SUPERIOR: Hg, Na, k, mezclas Na-k • Ej: Hg tiene una Tc = 898ºC (por encima del límite metalúrgico 620ºC) y su Pc es de sólo 18 MPa • Agua/Hg , Na/K • Pocas instalaciones reales (No económicas: no alto coste inicial y competencia plantas de potencia combinadas) • Eficacias térmicas de 50% Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia 13 Ciclos binarios Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia TEMA 10: CICLOS DE POTENCIA DE GAS Y OTROS CICLOS • INTRODUCCIÓN: Máquinas de Combustión interna • CICLOS DE POTENCIA DE GAS • Ciclo de aire estándar • Ciclo de Otto • Ciclo de Diesel • Ciclos de Brayton • Turbinas de gas • Procedimientos de mejora del ciclo de Brayton • OTROS CICLOS DE POTENCIA • Ciclos binarios • Ciclos combinados • Cogeneración Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia 14 Ciclos combinados • Ciclo de vapor (Rankine) + Ciclo de turbina de gas (Brayton) • Turbinas de gas operan a T más altas que los ciclos de vapor (Vapor: Tmax entrada turbina = 620ºC: Gas: >1150ºC) • Aprovecha los gases de escape de alta T (ciclo de gas) como fuente de energía en ciclo inferior (ciclo de vapor) • Cogeneración, ciclo de colas • Caldera de recuperación • Mayor intervalo de T: • Desde 1150 C en gas • Hasta condensación del vapor • Eficacia combinada (plantas modernas hasta 60%) • Instalaciones atractivas desde el punto de vista económico (no gran incremento del coste inicial) • Nuevas centrales • Muchas instalaciones Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia Ciclos combinados Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia 15 TEMA 10: CICLOS DE POTENCIA DE GAS Y OTROS CICLOS • INTRODUCCIÓN: Máquinas de Combustión interna • CICLOS DE POTENCIA DE GAS • Ciclo de aire estándar • Ciclo de Otto • Ciclo de Diesel • Ciclos de Brayton • Turbinas de gas • Procedimientos de mejora del ciclo de Brayton • OTROS CICLOS DE POTENCIA • Ciclos binarios • Ciclos combinados • Cogeneració Cogeneración Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia Cogeneración • “Producción de más de una forma útil de energía a partir (como calor de proceso y energía eléctrica) a partir de la misma fuente de energía” • Surgen de la necesidad de servicios de calentamiento en zonas urbanas (espacios, agua caliente…) • Tanto una turbina de vapor (ciclo de Rankine) como una turbina de gas (ciclo de Brayton) o un ciclo combinado son útiles como ciclos de potencia en una planta de cogeneración • ESQUEMA DE PLANTA DE COGENERACIÓN CON TURBINA DE VAPOR • “Toda la energía transferida al vapor en la caldera se emplea como calor de proceso o como energía éléctrica según las necesidades” • FACTOR DE UTILIZACIÓN ε U = Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Salida w neto + Salida q proceso Entrada qtotal = w& neto + q& p q& en Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia 16 Cogeneración • Planta de cogeneración práctica: ajusta a las necesidades del proceso Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia Problema Para la turbina de gas con regeneración mostrada en la figura adjunta, calcular: Aire 1 atm, 20ºC ηs = 0.83 COMP TURB ηs = 0.86 800ºC 500 kPa REGENERADOR CÁMARA COMBUSTIÓN 4 kg/s 150ºC a) Temperatura del aire a la salida del compresor b) Temperatura de los gases de combustión a la salida de la turbina c) Potencia neta desarrollada por la turbina de gas y la relación de acoplamiento (WCG/WTG) d) Rendimiento térmico de la turbina de gas e) Si la eficacia del regenerador fuese del 90%, determinar el nuevo rendimiento térmico del ciclo Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia 17 Problema CICLO DE TURBINA DE GAS CON REGENERACIÓN Aire 1 atm, 20ºC 1 ηs = 0.83 COMP maire = 4 kg/s 1 kJ/kgºC ESTADO 1 P1 = T1 = ESTADO 2 P2 = 6 ⎛P T5 s = T4 ⎜⎜ 5 ⎝ P4 η s ,TURB = 800 ºC P4 = 500 kPa 5 Capacidad calorífica media del aire (GAS IDEAL) ⎞ ⎟⎟ ⎠ γ −1 γ 500 kPa ESTADO 4 T4 = CÁMARA COMBUSTIÓN REGENERADOR 101,325 kPa 20 ºC 4 3 500 kPa 4 kg/s 150ºC Cpaire = ηs = 0.86 TURB 800ºC 2 wreal T − T5 = 4 ws T4 − T5 s Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 ⇒ ⎡ ⎛ ⎜ ⎛P ⎢ T5 = T4 ⎢1 − η s ,TURB ⎜1 − ⎜⎜ 5 ⎝ P4 ⎜ ⎢ ⎝ ⎣ ⎞ ⎟⎟ ⎠ γ −1 γ ⎞⎤ ⎟⎥ ⎟⎥ ⎟⎥ ⎠⎦ Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia Problema ηCOMP = 0,83 ηTURB = 0,86 ESTADO 5 P5 = ESTADO 6 T6 = P6 = ⎛P T2 s = T1 ⎜⎜ 2 ⎝ P1 101,325 kPa η s ,COMP ⎞ ⎟⎟ ⎠ γ −1 γ ws T − T1 = = 2s wreal T2 − T1 150 ºC 101,325 kPa ⇒ γ −1 ⎡ ⎤ ⎢ ⎛⎜ P2 ⎞⎟ γ − 1 ⎥ ⎢⎜ P ⎟ ⎥ 1 ⎠ + 1⎥ T2 = T1 ⎢ ⎝ ⎢ η s ,COMP ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ Calculo de la T de salida de los gases de la turbina de gas (T5) T5 = 735,2 K Calculo de la T de salida de los gases deL COMPRESOR (T2) T2 = 497,2 K ESTADO 3 Balance de energía al cambiador T3 = P3 = 809,2 K 500 kPa Calculo del trabajo de la turbina de gas W TG = & a Cpa (T3 − T2 ) = m & a Cpa (T5 − T6 ) m T3 = T5 − T6 + T2 & a Cpa (T4 − T5 ) WTG = m 1352,0 kW Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia 18 Problema Calculo del trabajo del compresor de gas W CG = 816,4 kW & a Cpa (T2 − T1 ) WCG = m W NETO ,TG = W TG − W CG Potencia neta desarrollada por la turbina de gas (WTG-WCG) W NETA TG = 535,6 kW Flujo de calor suministrado a la cámara de combustión (kW) Q SUM = 1055,6 η= kW Relación de acoplamiento WCG/WTG = & a Cpa (T4 − T3 ) QSUM = m 50,7 % 0,604 Si la eficacia del regenerador fuese del 90%: T3 = Q SUM = η= 778,0 K 1180,4 45,4 % Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 T3 =(T5 −T6)·ε +T2 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. conocer el funcionamiento básico de las máquinas de combustión interna, su clasificación (motores alternativos y motores de turbina de gas) y las diferencias existentes entre ellas 2. comprender los fundamentos de los motores alternativos de encendido de chispa (ciclo de Otto) y de encendido por compresión (ciclo de Diésel) bajo las suposiciones de aire estándar 3. comprender los fundamentos de las turbinas de gas basadas en el ciclo de Brayton y los procedimientos de mejora del rendimiento del mismo (interenfriamiento, recalentamiento y regeneración) 4. cuantificar el rendimiento térmico de los ciclos descritos por el gas en los motores alternativos y las turbinas de gas 5. representar los ciclos descritos por el gas en los motores alternativos y las turbinas de gas en los diagramas termodinámicos T-S y P-V y calcular propiedades a partir de estos diagramas 6. conocer el funcionamiento y la importancia de otros ciclos de potencia: los ciclos binarios de vapor, los ciclos combinados y las plantas de cogeneración Termodiná Termodinámica Aplicada 06/07 Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia 19 Termodinámica Aplicada Ingeniería Química TEMA 10. CICLOS DE POTENCIA DE GAS Y OTROS CICLOS DE POTENCIA 20