Máquinas Térmicas II PROBLEMAS PROPUESTOS Ejemplo Nº 1:
Un motor de una turbina a gas de aire estándar básico, ideal tiene una temperatura de entrada al compresor de 519 °R y una temperatura de entrada a la turbina de 2 520 °R. Con Cp = 0,24 Btu/Lb K = 1,4 R = Const. a) Relaciones de presiones que da el máximo W neto. b) W compresor. c) W turbina. d) W neto. e) Eficiencia del ciclo. Ejemplo Nº 2:
Resolver el problema Nº 1 suponiendo calores específicos específic os variables a) Una r p = 15.88 (aplicar unidades inglesas). b) Una r p = 12.00 (aplicar unidades S.I.). Ejemplo Nº 3:
En una planta con turbina de gas, la potencia neta de la misma debe de ser de 10 MW, el compresor aspira el aire a 1 bar y 300 ºK, a la salida de la cámara de combustión las condiciones son de 6 bar y 1 000 K, la expansión se lleva a cabo en dos turbinas adiabáticas montadas como se muestra en la figura, de modo tal que la primera debe suministrar el 50% de la potencia requerida por el compresor, la potencia restante es suministrada por un motor eléctrico. Las eficiencias isoentrópicas del compresor y las turbinas pueden considerarse de 100%. En la cámara de combustión se usa un combustible de P.c. = 42 000 KJ / Kg. Determinar: a) P(KN/m2) y T ( K) en el punto (4) b) Determinar el flujo de aire en el compresor en Kg/s. c) Determinar el consumo de combustible (Kg/min) si la efi ciencia de combustión es de 95%. d) Si en la planta se usara un generador con 70% de efectividad, determinar la r a/c en la cámara. °
°
COMBUSTIBLE
COMBUST 2
C
1
3
T
4 CARGA
T
5
Ing. Serapio Quillos Ruiz
Máquinas Térmicas II Problema Nº 4:
De una turbina a gas se conocen los siguientes dat os: h1 = 18 Kj/Kg (Entalpía de entrada al compresor). h2 = 180 Kj/Kg (Entalpía de salida del compresor). h3 = 800 Kj/Kg (Entalpía de entrada a la turbina). h4 = 350 Kj/Kg (Entalpía de salida de la turbina). hf = 43 000 Kj/Kg (Poder calorífico del combustible). ηcc = 1(Rendimiento de la cámara de combustión). ma = 12 Kg/seg (Flujo másico del aire). Calcular: a) Gasto másico del combustible. b) Trabajo útil del ciclo. c) Potencia de la instalación. Se ha depreciado la masa del combustible para el cálculo de la potencia Problema Nº 5:
Un motor a reacción funciona de acuerdo al ciclo joule-brayton, si las condiciones de admisión al compresor son de 0,96 bar y 285 ºK, y el ingreso de la turbina es 8 bar y 1300 ºK, y el combustible usado tiene un poder calorífico de 36 MJ/Kg, y se quema con una eficiencia de 95%. a) Determinar la velocidad de los gases a la salida de la tobera en m /s b) Determinar la r a /c, en la cámara de combustión. C.C. 1
2
3 4 5
0.96 bar
Problema Nº 6:
Una turbina a gas produce 1000 MW en las siguientes condiciones, presión y temperatura de entrada del aire 100 kPa - 300ºK la relación de presión es 10 es combustible tiene P.C. de 40 000 KJ/Kg. La relación de combustible – aire es de 0,010 los productos de la combustión equivalen a 400% del aire teórico. Calcular el flujo de aire. Problema Nº 7:
Una planta productora de energía a gas produce 800 Kw, mientras funciona en las siguientes condiciones: el aire hace su ingreso a 100 KPa, y 300 ºK; la relación de presiones es 10 y el combustible a utilizar tiene un poder calorífico de 47 886 KJ/Kg, y se tiene una relación de combustible – aire de 0,017 Kg com. /Kg. Aire; los productos de la combustión equivalen a 400% de aire teórico. Calcular el flujo de aire, el trabajo total realizado por la turbina y el trabajo efectuado en el compresor, así como la eficiencia térmica del ciclo. Ing. Serapio Quillos Ruiz
Máquinas Térmicas II COMBUSTIBLE
C.C.
2 C
1
3 T
4
Problema Nº 8:
Una planta generadora de energía funciona bajo un ciclo joule-brayton ideal estándar, en el cual el aire entra al compresor a 27ºC y 100 KPa. La relación de presiones es 10 y la máxima temperatura permisible es de 1350 ºK, las eficiencias internas del compresor y de la turbina son ambas de 85%, y existe una caída de 27 Kpa entre la descarga del compresor y la admisión en la turbina. Determine: a. La presión y la temperatura en cada estado del ciclo. b. El trabajo especifico desarrollado por el compresor, el realizado por la turbina y la eficiencia térmica del ciclo. Problema Nº 9:
Una planta de potencia con turbina a gas trabaja con un ciclo joule-brayton estándar, en donde el aire ingresa al compresor a 300 °K y 100 kPa, la relación de presiones es 10 y la máxima Temperatura permisible del ciclo es 1 350 °K. Determinar: a) La presión y la temperatura en cada estado. b) Trabajo realizado en el compresor, efectuado por la turbina, y la eficiencia térmica del ciclo. Problema Nº 10:
En la figura el compresor utiliza una potencia de 500KW y comprime el aire desde 1 bar y 17 ºC, hasta 4 bar, el calor intercambiado en el regenerador es de 400 KW, el combustible tiene un Pc = 30 000 KJ/Kg : r a/c =40 ; nm =95% para el turbo compresor. nad =100%, asumir para el aire y gases de combustión Cp=1,0035 KJ/Kg-°K a) Determinar la potencia neta en KW b) Determinar la eficiencia del regenerador en %
Ing. Serapio Quillos Ruiz
