SEGUND SEGUNDO O PARCIA PARCIAL L MOTORE MOTORES S II II ELT 262 NOMBRE : EribertoCondori Eriberto Condori Zapana DOCENTE : Ing. Alejandro Romero Mejia MATERIA : Motores y Turbinas II ELT 262 FECHA :
2012 07 10 10
Parte teórica: 1. Para temperaturas máxima y mínima mínima fijas, ¿cual es el efecto de la relación relación de presiones presiones sobre a) la eficiencia térmica y b) la producción neta de trabajo de un ciclo de Brayton ideal simple. Para obtener el máximo fijo y temperaturas mínimas: a) la eficiencia térmica aumenta con la relación de presión. b) el trabajo neto crece al principio con relación de presión, alcanza un máximo y luego disminuye.
2. ¿Qué es la relación del trabajo de retroceso? retroceso? ¿Cuáles son los valores típicos de relación de trabajo de retroceso para ciclos de potencia de turbina de gas? La relación de trabajo es la relación entre el compresor (o bombas) de entrada de trabajo para la producción de trabajo de la turbina. Es por lo general entre 0,40 y 0,6 para los motores de turbina de gas.
3. ¿Cómo afectan las ineficiencias de la turbina y el compresor a) la relación del trabajo de retroceso y b) la eficiencia térmica de un ciclo de potencia de turbina de gas. Como resultado de la turbina y del compresor ineficiencias. a) aumenta la relación de trabajo de. b) la eficiencia térmica disminuye.
4. ¿Cómo afecta la regeneración la eficiencia de un un ciclo Brayton Brayton y como lo logra? Regeneración aumenta la eficiencia térmica de un ciclo Brayton mediante la captura de algunos del calor residual de los gases de escape y por supuesto precalentar el aire antes de entrar en la cámara de combustión.
5. ¿Cómo cambian las siguientes cantidades cuando el ciclo Rankine ideal se modifica con regeneración? Suponga que el flujo másico a través de la caldera es el mismo. Producción de trabajo por la turbina
Aumenta disminuye permanece igual
Calor suministrado
Aumenta disminuye permanece igual
Calor rechazado
Aumenta disminuye permanece igual
Contenido de humedad a la salida de la
Aumenta disminuye permanece igual
turbina
6. ¿En que se distinguen los calentadores abiertos de agua de alimentación de los calentadores cerrados de agua de alimentación? En calentadores de agua de alimentación abierto, los dos fluidos en realidad hay mezclas, pero en calentadores de agua de alimentación cerrados no hay mezcla.
7. En los ciclos combinados de gas-vapor, ¿Cuál es la fuente de energía para el vapor? La fuente de energía del vapor es la energía de residuos de los gases de combustión agotados.
8. ¿Por qué el ciclo combinado de gas-vapor es más eficiente que cualquiera de los ciclos operados por si solos? Debido a la combinación de gas-vapor el ciclo toma ventaja de las características deseables del ciclo de gas a alta temperatura, y las de ciclo de vapor a baja temperatura, y los combina. El resultado es un ciclo que es más eficiente que es ejecutado y se llama ciclo operado por si solo.
9. ¿Cuál es la diferencia entre el ciclo binario de potencia de vapor y el ciclo combinado de potencia de gas-vapor? In binary vapor power cycles, both cycles are vapor cycles. In the combined gas -steam power cycle, one of the cycles is a gas cycle.
10. ¿Qué es un ciclo binario de potencia? ¿Cuál es su propósito? Ciclo binario de potencia es un ciclo que en realidad es una combinación de dos ciclos, uno en la región de alta temperatura, y la otra en la región de baja temperatura. Su propósito es aumentar la eficiencia térmica.
Problemas: 1. Entra aire al compresor de un ciclo de potencia de turbina de gas a 300 K y 100 kPa, y se comprime a 700 kPa y 580 K. Se transfiere calor al aire en la cantidad de 950 kJ/kg antes de que entre a la turbina. Para una eficiencia de turbina de 86%, determine a) la fracción de la producción de trabajo de la turbina que se utiliza para accionar el compresor y b) la eficiencia térmica. Suponga calores específicos variables para el aire. Solución :
T 950 kJ
De la tabla A 2 tenemos que : T K
c p kJ kg K
300
1, 005
580
r p
k 1, 400
1, 041
P2 P1
700 100
2 2s
1, 378
580 K
7
4s
qent h3 h2 c p T3 T2 T3 T2
T3 580
3
kg
qent
300 K
1
s
c p
K 1525, 27 K 1,005 950
P T4 s T3 4 P3
k 1
1 1525, 27 K 7
k
0,4 1,4
874, 76 K
wC ,ent h2 h1 c p T2 T1 1, 005 kJ kg K 580 300 K 281, 4 kJ
kg
wT , sal T h3 h4 s T c p T3 T4 s 0, 86 1, 005 kJ kg K 1525, 27 874, 76 K wT ,sal 562, 24 kJ a r w
wC ,ent wT ,sal
kg
281, 4 562, 24
0,5005
r w 50,05% b wneto, sal wT , sal wC , ent 562, 24 281, 4 kJ termica termica
4
wneto, sal qent
29,56%
280,84 950
0, 2956
kg
2 80,84 kJ kg
2. Una planta eléctrica de turbina de gas opera en un ciclo Brayton simple entre los límites de presión de 100 y 2000 kPa. El fluido de trabajo es aire, que entra al compresor a 40°C y una razón de 700 m 3 /min y sale de la turbina a 650°C. utilizando calores específicos variables para el aire y suponiendo una eficiencia isoentrópica de compresión de 85% y una eficiencia isoentrópica de turbina de 88%, determine a) la producción neta de potencia, b) la relación del trabajo de retroceso y c) la eficiencia térmica. Solución :
Camara de 2
combustion
2 MPa
Turbina
Compresor
650 C
100 kPa 1
3
4
40 C
a 1 2 Proceso de compresion :
El constantede gas o aire es R 0,287 kJ T1 40 C 313 K h1
kg K
421, 26 411,12 420 410
413 410 411,12 414,16 kJ kg
T1 40 C 413 K
s1 5,7417 kJ kg K P1 100 kPa P2 2000 kPa h2 s 737, 50 kJ kg s2 s1 5,7417 kJ kg K h2 s h1 737,50 414,16 C 0,85 h2 808, 48 kJ kg h2 h1 h2 414,16 3 4 Proceso de expansion :
T4 650 C h4 958, 76 kJ T
h3 h4 h3 h4 s
0,88
kg
h3 958,76 h3 h4 s
De acuerdocon las lineas del programa EES para P1 100kPa y h 4 958, 76 kJ s3 6,8750 kJ
kg K
, T3
1625 C , h3 2125 kJ
kg
kg
tenemos que :
m
PV 1 1 RT 1
100kPa
0, 287 kPa m
3
700 m
3
60s
kg K
12,99
kg s
40 273 K
La potencia neta de salida es :
m h h
WC ,ent m h2 h1 12, 99 WT ,sal
3
12, 99
4
kg s
kg
s
808, 48 414,16 kJ 2125 958, 76 kJ
kg
kg
5122, 22 kW
15149, 46 kW
Wneto WT , sal W C , ent 15149,46 5122,22 kW 10027,24 kW Wneto 10027, 24kW b La relacion detrabajo de retroceso es : rbw
W C ,ent WT ,sal
5122, 22kW 15149, 46kW
0, 338 r bw 0, 338
c La eficiencia termica es :
Qent m h3 h2 12, 99 termico termico
W neto Qent
kg s
10027, 24kW 17101,59 kW
2125 808, 48 kJ
kg
17101,59 kW
0,5863
58,63%
3. Una planta termoeléctrica de vapor de agua opera en un ciclo de Rankine ideal con dos etapas de recalentamiento y tiene una producción neta de potencia de 75 MW. El vapor entra en las tres etapas de la turbina en 550°C. la presión máxima en el ciclo es 10 MPa, y la presión mínima es 30 kPa. El vapor se recalienta a 4 MPa la primera vez y a 2 MPa la segunda vez. Muestre el ciclo en un diagrama T-s con respecto a las líneas de saturación, y determine a) la eficiencia térmica del ciclo y b) el flujo másico del vapor. Solución : T 4 MPa
10 MPa
2 MPa
3
5
4
6
7
2
1
30 kPa
8
s
Estado1:
Estado 2 :
P1 30 kPa
Liquido sat .
h1 h f @30 kPa 289,27 kJ
v1 v f @30 kPa 0,001022 m
3
kg
P2 10 MPa s2 s1
wbomba , ent v1 P2 P1 0, 001022 m wbomba , ent 10,19 kJ
3
kg
10000 30 kPa
kg
h2 h1 wbomba , ent 289, 27 10,19 kJ
Estado 3 :
kg
kg
299, 46 kJ kg
h3 3502,0 kJ
P3 10 MPa
T3 550 C
s3 6,7585 kJ
kg
kg K
h kJ kg s kJ kg K Estado 4 :
h4
P4 4 MPa s4 s3
3214, 5 3093,3
3093, 3
6, 5843
h4
6,7585
3214, 5
6, 7714
6,7585 6,5843 3093,3 3206,14 kJ kg
6, 7714 6,5843
T C h kJ kg s kJ kg K Estado 5 :
h5 s5
P5 4 MPa
T5 550 C
3214,5 3093, 3 600 500
500
3093, 3
6, 5843
550
h5
s5
600
3214, 5
6, 7714
550 500 3093,3 3153.9 kJ kg
6,7714 6,5843 600 500
550 500 6,5843 6,6778 kJ kg K h kJ kg s kJ kg K
Estado 6 :
h6
P6 2 MPa s6 s5
3024,3 2903,3 6, 7684 6,5475
2903, 3
6, 5475
h6
6,6778
3024, 2
6, 7684
6,6778 6,5475 2903,3 2974,67 kJ kg
T C h kJ kg s kJ kg K P7 2 MPa
T7 550 C
Estado 7 :
h7 s7
3690, 7 3468,3 600 500 7,7043 7,4337 600 500
3468, 3
7, 4337
550
h7
s7
600
3690, 7
7, 7043
550 500 3468,3 3579,50 kJ kg 550 500 7,4337 7,5690 kJ kg K
P8 30 kPa
Estado 8 : x8
500
s8 s7 s8 s f
7,5690 0,9441 6,8234
s fg
0,9709
h8 h f x8h fg 289, 27 0,9709 2335,3 2556, 61 kJ Por tanto,
kg
qent h3 h2 h5 h4 h7 h6
3502, 0 299, 46 3153.9 3206,14 3579,50 2974,67 kJ 3755,13 kJ
kg
qsal h8 h1 2556, 61 289, 27 kJ
kg
2267, 34 kJ
wneto qent _ qsal 3755,13 2267, 34 kJ
a
termico termico
b
wneto qen
1487,79
3755,13
kg
kg
0,3962 o 39,62%
39,62%
Qen
W neto
m
W neto
300000 kJ 0, 2453
total
wneto
m 50,41
75000 kJ
s 1222992 kJ
s 50,41 kg s 1487,79 kJ kg
kg s
1487, 79 kJ
s
kg
kg
