Ciclo Brayton

INFORME LABORATORIO TERMOPROCESOS CICLO BRAYTON FARID SILVA

ANDRES SILVA

ANDREA MONSALVE

El siguiente informe consiste en el análisis termodinámica de un ciclo Brayton Simple y sus modificaciones, en nuestro trabajo las modificaciones que se le realizan son un interenfriamiento y recalentamiento en el sistema .El ciclo Brayton modela el comportamiento de una turbina (BUSCAR UN MEJOR ENUNCIADO SOBRE EL CICLO SENSILLO.

CICLO BRAYTON SENCILLO

El informe nos proporciona los siguientes datos para iniciar con el ciclo sencillo e ir agregando las modificaciones de cada equipo; los datos proporcionados son los siguientes: Temperatura de entrada: 308 K Presión de entrada: 92 Kpa Relación de presión total: 9:1 Temperatura máxima permisible: 1300 K Potencia neta: 140 MW

Procedimiento: CICLO BRAYTON SIMPLE IDEAL

El primer paso a realizar fue comprender cada uno de los estados que se presentan en la gráfica teniendo en cuenta que en algunos puntos presentaban constantes Presiones y entropías; los datos obtenidos por medio de la gráfica fueron los siguientes:

“Datos”    

Presión 2 = Presión 3 Presión 1 = Presión 4 Entropía 4 = Entropía 3 Entropía 1 = Entropía 2

Estado 1: En el primer estado tenemos una temperatura de 308 K y una presión de 92 Kpa con estos datos se puede encontrar la entalpia, entropía, Cv y Cp; dando los siguientes resultados: Entropía 1 = 5,756 KJ/KgK Entalpia 1 = 308,5 KJ/Kg

Estado 2: En el segundo estado primero es encontrada la presión 2 con la fórmula de relación de presiones para luego así aplicar la ley de poisson; encontrar la Temperatura 2 y finalmente encontrar la entalpia y entropía en el estado 2. “Relación de presiones ” 𝑃2

𝑅 = 𝑃1 P2=855 “Ley de poisson”

𝐶𝑝 𝐾= = 1,4 𝐶𝑣

Entropía 2 = 5,756 KJ/KgK

𝑘−1 𝑘

𝑇2 𝑃2 =( ) 𝑇1 𝑃1

𝑇2 = 576,8 𝐾

Entalpia 2 = 583 KJ/Kg Estado 3: En este estado nos proporcionan ya la temperatura de 1300 K y la presión que se maneja en este caso es la misma presión del estado 2, para así encontrar la entropía y entalpia del estado 3: Entropía 3 = 6,669 KJ/Kg K Entalpia 3 = 1396 KJ/Kg Estado 4: En el cuarto estado se tiene presente que la entropía 3 es la misma entropía 4 y que la presión de 1 es la misma presión de 4; teniendo en cuenta estos parámetros pudimos aplicar la ley de poisson y encontrar la T4.Finalmente con los datos encontramos la entropía y entalpia de este estado. “Ley de poisson”

𝐶𝑝 𝐾= = 1,4 𝐶𝑣

𝑇4 𝑃4 =( ) 𝑇3 𝑃3

𝑘−1 𝑘

𝑇4 = 694,1 𝐾

Entropía 4 = 6,669 KJ/Kg K Entalpia 4 = 707,3 KJ/Kg

"CICLO BRAYTON REAL"

Los ciclos reales de turbina de gas difieren del ciclo Brayton ideal por varias razones, una de esas es la disminución de presión durante los procesos de adición y rechazo de calor. Esto produce que la entrada del trabajo real al compresión sea mayor y la salida del trabajo real de la turbina sea menor debido a irreversibilidades. La desviación del comportamiento real del compresor y la turbina para el comportamiento isentropico idealizado puede explicarse con precisión si se utiliza las eficiencias isentropicas de la turbina y el compresor; definidas de la siguiente manera:

𝑛𝑐 =

𝑊𝑠 ℎ2 − ℎ1 = 𝑊𝑎 ℎ2𝑟 − ℎ1

𝑛𝑡 =

𝑊𝑎 ℎ3 − ℎ4𝑟 = 𝑊𝑠 ℎ3 − ℎ4

Para este ejercicio ya nos están brindando las eficiencias de la turbina y del compresor, con un valor de 0,87 pero ahora se debe encontrar las nuevas entalpias para el estado 2 y el estado 4,con las ecuaciones propuestas anteriormente:

ℎ2𝑟 =624,1 KJ/Kg ℎ4𝑟 =796,8 KJ/Kg Finalmente encontramos los siguientes datos:



Trabajo del compresor:

𝑊𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟 = 𝑚̇𝑎𝑖𝑟𝑒 (ℎ2𝑟 − ℎ1 ) 



Trabajo de la Turbina:

𝑊𝑇𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 = 𝑚̇𝑎𝑖𝑟𝑒 (ℎ3 − ℎ4𝑟 ) Calor de entrada:

𝑄𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝑚̇𝑎𝑖𝑟𝑒 (ℎ3 − ℎ2𝑟 ) 

Calor de Salida:

𝑄𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 𝑚̇𝑎𝑖𝑟𝑒 (ℎ4𝑟 − ℎ1 ) 

Potencia neta :

𝑊𝑛𝑒𝑡𝑜 = (𝑊𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 − 𝑊𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟)



𝑊𝑛𝑒𝑡𝑜 ∗ 𝑚̇𝑎𝑖𝑟𝑒 = 140 𝑀𝑊 Relación de trabajo :

𝑅=

𝑊𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑊𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎

𝑛=

𝑊𝑛𝑒𝑡𝑜 𝑊𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟

"



Eficiencia del ciclo :

Los resultados de cada una de la ecuación planteada aparecen en el siguiente diagrama:

Diagrama T vs S

Después el trabajo del ciclo Brayton nos plantea que conservemos los datos principales que nos da el ejercicio planteado pero con interenfriamiento y recalentamiento. Este caso es planteado de la siguiente manera: Procedimiento: "CICLO BRAYTON IDEAL CON INTERENFRIADOR Y RECALENTADOR"

El primer paso a realizar fue comprender cada uno de los estados que se presentan en la gráfica teniendo en cuenta que en algunos puntos presentaban constantes Presiones y entropías; los datos obtenidos por medio de la gráfica fueron los siguientes:

“Datos”    

Presión 2 = Presión 3 Presión 4 = Presión 5 Presión 6 = Presión 7 Presión 1 = Presión 8

   

Entropía 1 = Entropía 2 Entropía 4 = Entropía 3 Entropía 5 = Entropía 6 Entropía 7 = Entropía 8

Estado 1: En el primer estado tenemos una temperatura de 308 K y una presión de 92 Kpa con estos datos se puede encontrar la entalpia, entropía, Cv y Cp; dando los siguientes resultados: Entropía 1 = 5,756 KJ/KgK Entalpia 1 = 308,5 KJ/Kg

Estado 2: En el segundo estado primero es encontrada la presión 2 con la fórmula de relación de presiones para luego así aplicar la ley de poisson; encontrar la Temperatura 2 y finalmente encontrar la entalpia y entropía en el estado 2. “Relación de presiones” 𝑃2

√𝑅 = 𝑃1 P2=276 “Ley de poisson”

𝐶𝑝 𝐾= = 1,4 𝐶𝑣

𝑘−1 𝑘

𝑇2 𝑃2 =( ) 𝑇1 𝑃1

𝑇2 = 421,5 𝐾

Entropía 2 = 5,756 KJ/KgK Entalpia 2 = 423,1 KJ/Kg

Estado 3: Por medio del grafico se observa que la temperatura 3 es la misma que la Temperatura 1 y la presión 3 es la misma presión 2; con estos datos se pudo encontrar las entalpias y entropías, las cuales dieron los siguientes resultados: Entropía 3 = 5,44 KJ/Kg K Entalpia 3 = 308,5 KJ/Kg Estado 4: La grafica demuestra que en el estado 4 la temperatura 4 es la misma temperatura 2 y la entropía 4 es la misma entropía 3; dando los siguientes resultados: Entropía 4 = 5,44 KJ/Kg K

Entalpia 4 = 423,1 KJ/Kg Estado 5: En el estado 5 los datos principales ya nos dicen que tiene una temperatura de 1300 K y con ayuda de la gráfica podemos decir que la presión 5 es la misma presión 4 la cual es obtenida por la relación de presiones para finalmente encontrar la entalpia y entropía. 𝑃4

√𝑅 = 𝑃3 P4=P5=828 Entropía 5 = 6,669 KJ/Kg K Entalpia 5 = 1396 KJ/Kg Estado 6: Por medio de la gráfica se pudo plantear que la entropía 5 era la misma entropía 6 y por medio de la relación de presiones encontramos la presión 6 para finalmente encontrar la entalpia y entropía. 𝑃5

√𝑅 = 𝑃6 P6=276 Entropía 6 = 6,669 KJ/Kg K Entalpia 6 = 1036 KJ/Kg Estado 7: Por medio del grafico se observa que la temperatura 7 es la misma que la Temperatura 5 y la presión 7 es la misma presión 6; con estos datos se pudo encontrar las entalpias y entropías, las cuales dieron los siguientes resultados: Entropía 7 = 6,985 KJ/Kg K Entalpia 7 = 1396 KJ/Kg Estado 8: Por medio de la gráfica se pudo plantear que la Temperatura 8 era la misma Temperatura 6 y la entropía 8 era la misma entropía 7; obteniendo los siguientes resultados: Entropía 8 = 6,985 KJ/Kg K Entalpia 8 = 1036 KJ/Kg "CICLO BRAYTON REAL"