Ciclo Brayton Regenerativo Y Recalentamiento

23-10-2019

CICLO BRAYTON. RECALENTAMIENTO Y REGENERACIÓN

Estudiante: Yisaac Herrera. Profesor: Salvador Pérez. Termodinámica II . Mecánica 2019.

RECOMENDACIONES • Dominar los conocimientos teóricos del Ciclo Brayton • Disponer y manejar las tablas de propiedades del aire como el gas ideal. • Practicar problemas de los demás ciclos.

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ENTRADAS DE TRABAJO EN COMPRESOR Comparación de entradas de trabajo en un compresor de una sola etapa (1AC) y un compresor de dos etapas con interenfriamiento (1ABD).

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MÁQUINA DE TURBINA DE GAS CON COMPRESIÓN EN DOS ETAPAS CON INTERENFRIAMIENTO Arreglo Físico

Diagrama T-s

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PROBLEMA Una turbina de gas funciona con octano (C8H18), de potencia calorífica inferior P = 44,43 MJ/kg, que se introduce en la cámara de combustión adiabática a la temperatura de 25ºC. COMPRESOR: Relación de compresión: 4,13 ; Temperatura del aire a la entrada: 298ºK; Temperatura del aire a la salida: 470ºK TURBINA: Temperatura de los gases de combustión a la entrada de la turbina: 1000ºK; Temperatura de salida de los gases a la atmósfera: 750ºK Determinar a) b)

La eficiencia isentrópica del compresor Trabajo útil por kg de fuel

c)

Eficiencia de la planta si se desprecian las pérdidas mecánicas

e)

Eficiencia térmica del ciclo Brayton de aire standard

Datos del aire: Pasa por el compresor como gas perfecto = 1,4; cp = 1,01 kJ/kgºK Masa molar: 29 kgaire/Kmolaire ; Composición: 21% de O2 y 79% de N2 Las entalpías de los gases que pasan por la turbina en (MJ/Kmolcomb) son:

Temperatura (ºK)

Oxígeno (O2)

Nitrógeno (N2)

Anhid. (CO2)

carbónico Vapor de agua (H2O)

1000

31,37

30,14

42,78

35,9

750

22,83

22,17

29,65

26

298

8,66

8,66

9,37

9,9

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RESOLUCIÓN A-) Eficiencia isentrópica del compresor

T -T = 2 1 = T 2' - T1

∆ = T2 = ( p 2 ) T1 p1

γ- 1 γ

ηc= 4,13

= 1,5

⇒

T2 = 298ºK x 1,5 = 447ºK = 447 - 298 = 0,866 470 - 298

2'

2' 2 4' 4

( x) Kmol de aire a 298ºK

4'

• Número de moles de aire aportados a la combustión, por mol de fuel quemado, en combustión perfecta

• C8 H 18 + 12,5 O2 = 8 CO2 + 9 H2O ⇒ (96 + 18) C8 H18 + (12,5 x 32) O2 = 8 (12 + 32)CO 2 + 9 (2 + 16) H 2O Número de kg de aire aportados a la combustión, y de gases residuales, por kg de fuel quemado 114 (Combustible) + 400 (O2 ) = 352 (CO 2 ) + 162 (H2 O) ⇒ 1 kg Comb. + 3,5 kg O 2= 3,09 kg CO 2 + 1,42 kg H 2O WOODGROVE BANK

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b) Trabajo útil por kg de combustible • • •

•

TURBINA.- La caída de entalpía en la turbina es la suma de las caídas de entalpía de cada componente de los gases de combustión Exceso de O 2 ⇒ 48,3 (31,37 - 22,83) = .... 412,5 (MJ/Kmol comb ) N2 ⇒ 228,74 (30,14 - 22,57) = .... ……...1731,6 (MJ/Kmolcomb )

Caída de entalpía en la turbina:

•

CO2 ⇒ 8 (42,78 - 29,65) = ...........................105 (MJ/Kmol comb )

•

Vapor de agua ⇒ 9 (35,9 - 26) = ...................89,1 (MJ/Kmol comb )

• •

TOTAL = 2338,2 (MJ/Kmol comb ) Por 1 kg de combustible se tiene: 2338,2 MJ/Kmol

• • •

= 20,51

114 kgcomb /Kmolcomb COMPRESOR.- El trabajo aplicado al compresor por 1kg de combustible es: 289,54

Kmol Kmol

29

Kmolaire kg

1,01

kJ (470 - 298)ºK kg aire ºK

= 12,79

•

C-) Eficiencia de la instalación si se desprecian las pérdidas mecánicas: ηu

•

D-) Eficiencia térmica del ciclo Brayton de aire standard: η Brayton = 1

= 0,1737

= 17,37%

- = 1 - = 33,3%

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GRACIAS YISAAC HERRERA

68972429 [email protected]

BIBLIOGRAFIA •

Termodinamica Yunes a Cengel

• https://termoaplicadaunefm.files.wordpress.com/2012/05/turbina-de-gas-brayton-sist-abiertos.pdf

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