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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
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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
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Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia
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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
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Ciclo de Otto
Termodiná
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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
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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
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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
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Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia
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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
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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
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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
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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
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Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia
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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
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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
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Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Ciclos binarios
Termodiná
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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
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Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia
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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
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Tema 10. Ciclos de potencia de gas y otros ciclos de potencia
Ciclos combinados
Termodiná
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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
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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
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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
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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
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