TD.5. Ciclo de Potencia de Gas

7/24/2019 TD.5. Ciclo de Potencia de Gas

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILEFACULTAD DE INGENIERA

Departamento de Ingeniera Mecnica

Prof. Ubaldo Ziga Q.

ASIGNATURA:TERMODINAMICACiclos de Gas (Captulo 9 Cengel Boles)


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CICLO BRAYTON: EL CICLO IDEAL PARA LOS MOTORES DE TURBINA DE GAS

El ciclo Brayton se utiliza en turbinas de gas donde los procesos tanto de compresincomo de expansin suceden en maquinas rotatorias: compresor-turbina.

Las turbinas de gas generalmente operan en un ciclo abierto, como se observa en lafigura.

Los gases de alta temperatura que resultan, entran a la turbina, donde se expandenhasta la presin atmosfrica, produciendo potencia. Los gases de escape que salende la turbina se expulsan hacia fuera (no se recirculan), causando que el ciclo seclasifique como un ciclo abierto.

El ciclo de turbina de gas abierto puede modelarse como un ciclo cerrado, como seindica en la figura de ms adelante, empleando las suposiciones de aire estndar.

Esas suposiciones son:

Se introduce aire fresco en condicionesambiente dentro del compresor, donde sutemperatura y presin se elevan.

El aire de alta presin sigue hacia la cmarade combustin, donde el combustible sequema a presin constante.


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1. El fluido de trabajo es aire que circula de modo continuo en un circuito cerrado ysiempre se comporta como un gas ideal.

2. Todos los procesos que integran el ciclo son internamente reversibles.3. El proceso de combustin es sustituido por un proceso de adicin de calor desde

una fuente externa.4. El proceso de escape es sustituido por un proceso de rechazo de calor que regresa

al fluido de trabajo a su estado inicial.

Para simplificar an ms el anlisis, con frecuencia se emplea la suposicin de que el

aire tiene calores especficos constantes cuyos valores se determinan a temperaturaambiente (25 C o 77 F).

Las suposiciones de aire estndar permiten simplificar de modo considerable elanlisis sin apartarse de manera significativa de los ciclos reales. Este modelosimplificado permite estudiar de manera cualitativa la influencia de los parmetrosprincipales en el desempeo de las mquinas reales.

El ciclo cerrado de una turbina a gasSe representa como:


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En este caso los procesos de compresin y expansin permanecen iguales, pero elproceso de combustin se sustituye por uno de adicin de calor a presin constantedesde una fuente externa, mientras que el proceso de escape se reemplaza por otrode rechazo de calor a presin constante hacia el aire ambiente. El ciclo ideal que elfluido de trabajo experimenta en este ciclo cerrado es el ciclo Brayton, el cual estintegrado por cuatro procesos internamente reversibles:

Los diagramas T-s y P-v de

un ciclo Brayton ideal se

muestran en las figuras


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Ver apartado


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S = S(T, v) = S(T, P)

Proceso isoentrpico, Cp = cte.

Cp Ln T2/T1 = R Ln P2/P1

apartado

S S GO C


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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE


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EJEMPLOUna central elctrica de turbina de gas que opera en un ciclo Brayton ideal tiene unarelacin de presin de 8. La temperatura del gas es de 300 K en la entrada delcompresor y de 1 300 K en la entrada de la turbina. Utilice las suposiciones de aire

estndar y determine a) la temperatura del gas a la salida del compresor y de la turbina,b) la relacin del trabajo de retroceso y c) la eficiencia trmica.



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Mquinas Trmicas Prof. Sr. Ubaldo Ziga Q.

Las turbinas de gas con altas presiones de trabajo pueden utilizar un interenfriador paraenfriar el aireentre las etapas de compresin, permitiendo quemar ms combustible ygenerar ms potencia. El factor limitante para la cantidad de combustible utilizado es la

temperaturade los gasescalientes creados por la combustin, debido a que existenrestricciones a las temperaturas que pueden soportar los alabes de la turbina y otraspartes de la misma. Con los avances en la Ingenierade los materiales, estos lmitessiempre van aumentando.
http://www.monografias.com/trabajos/aire/aire.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/termodi/termodi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/impacto-ambiental/impacto-ambiental.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/historiaingenieria/historiaingenieria.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/propiedadmateriales/propiedadmateriales.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/propiedadmateriales/propiedadmateriales.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/historiaingenieria/historiaingenieria.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/impacto-ambiental/impacto-ambiental.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/termodi/termodi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/aire/aire.shtml


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ENERGIA Y MEDIO AMBIENTE Prof. Sr. Ubaldo Ziga Q.

PRIMER SEMESTRE 2010


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S S GO C


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Existen tambin turbinas de gas con ms de una etapa de combustiny expansin(llamadas Turbinas a gas con recalentamiento), como se muestra en la figura.

http://www.monografias.com/trabajos14/impacto-ambiental/impacto-ambiental.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/impacto-ambiental/impacto-ambiental.shtml


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Prof. Sr. Ubaldo Ziga Q.

CENTRALESTERMOELECTRICAS DE

CICLO COMBINADO



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FACULTAD DE INGENIERADepartamento de Ingeniera Mecnica

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FACULTAD DE INGENIERA


CENTRAL NUEVA RENCA DE CICLO COMBINADO



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EJP.: Considere el ciclo de potencia combinado de gas y vapor mostrado en la figura.El ciclo superior es un ciclo de turbina de gas que tiene una relacin de presin de 8. Elaire entra al compresor a 300 K y a la turbina a 1 300 K. La eficiencia isentrpica delcompresor es de 80 por ciento, mientras que la de la turbina de gas es de 85 por ciento.El ciclo inferior es un ciclo Rankine ideal simple que opera entre los lmites de presinde 7 MPa y 5 kPa. El vapor se calienta en un intercambiador de calor por medio de losgases de escape hasta una temperatura de 500 C. Los gases de escape salen delintercambiador de calor a 450 K. Determine a) la relacin entre los flujos msicos delvapor y de los gases de combustin y b) la eficiencia trmica del ciclo combinado.



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CICLO DE OTTO: EL CICLO IDEAL PARA LAS MQUINAS DE ENCENDIDO PORCHISPA

El ciclo de Otto es el ciclo ideal de un motor alternativo cilindro-pistn, de encendidopor chispa. Recibe ese nombre en honor a Nikolaus A. Otto, quien en 1876, enAlemania, construy una exitosa mquina de cuatro tiempos utilizando el ciclopropuesto por el francs Beau de Rochas en 1862. En ellas el mbolo ejecuta cuatrotiempos completos (dos ciclos mecnicos) dentro del cilindro, y el cigeal completados revoluciones por cada ciclo termodinmico. Estas mquinas son llamadas

mquinas de combustin interna de cuatro tiempos. Un diagrama esquemtico de cadatiempo, se puede ver a continuacin.Se tienen: 2 procesos a volumen constante y dos procesos a entropa constante.



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Ese modelo ideal representa el comportamiento termodinmico de la situacin real quepuede representarse como:

El anlisis termodinmico se hace considerando el llamado Ciclo Otto ideal (de aireestndard), en el cual:



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EJP.:Un ciclo de Otto ideal tiene una relacin decompresin de 8. Al inicio del proceso de compresin elaire est a 100 kPa y 17 C, y 800 kJ/kg de calor se

transfieren a volumen constante hacia el aire durante elproceso de adicin de calor. Tome en cuenta la variacinde los calores especficos del aire con la temperatura ydetermine a) la temperatura y presin mximas queocurren durante el ciclo, b) la salida de trabajo neto, c) laeficiencia trmica y d) la presin media efectiva en el

ciclo.



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CICLO DIESEL: EL CICLO IDEAL PARA LAS MQUINAS DE ENCENDIDO PORCOMPRESINEl ciclo Diesel es el ciclo ideal para las motores diesel, los cuales son de encendidopor compresin. El motor diesel, por primera vez propuesto por Rudolph Diesel en la

dcada de 1890, es muy similar al motor Otto; la diferencia principal est en elmtodo de inicio de la combustin. En los motores de encendido por chispa (cicloOtto) (conocidos tambin como motores de gasolina), la mezcla de aire y combustiblese comprime hasta una temperatura inferior a la temperatura de autoencendido delcombustible y el proceso de combustin se inicia al encender una buja. En losmotores diesel (conocidos como motores de encendido por compresin) el aire secomprime hasta una temperatura que es superior a la temperatura de autoencendidodel combustible, y la combustin se inicia al contacto, cuando el combustible seinyecta dentro de este aire caliente.



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Ejp.: Un ciclo Diesel ideal con aire como fluido de trabajo tiene una relacin decompresin de 18 y una relacin de corte de admisin de 2. Al principio del procesode compresin el fluido de trabajo est a 14.7 psia, 80 F y 117 pulg3. Utilice lassuposiciones de aire estndar fro y determine a) la temperatura y presin del aire alfinal de cada proceso, b) la salida de trabajo neto y la eficiencia trmica y c) lapresin media efectiva.

ustedes lo terminan.

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