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• Marco Rivera

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“Saber para Ser”

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO INGENIERÍA MECÁNICA SISTEMAS TÉRMICOS Y LAB. TAREA: CICLOS REALES DE PLANTAS DE GAS EJERCICIO 1 Un ciclo Brayton con una relación de presiones de 15 opera con aire que entra al compresor a 80 kPa y 0°C, y a la turbina a 700°C. Calcule el trabajo neto específico producido por este ciclo, y su eficiencia térmica considerando: Caso ideal  Considere solo aire como gas ideal, con calores específicos constantes y variables  Considere al argón como fluido de trabajo, con calores específicos constantes y variables. Estudio real  Considere al aire y al argón como fluidos de trabajo con calores específicos constantes y variables.  Desprecie el flujo másico de combustible. Realice graficas Eficiencia térmica VS relación de compresión (rc de 5, 10 y 15) para ambos gases y compare las respuestas obtenidas. Presente el procedimiento de cálculo en el EES EJERCICIO 2 Una planta de turbina de gas opera en el ciclo regenerativo Brayton con dos etapas de recalentamiento y dos etapas de interenfriamiento entre los límites de presión de 100 y 1200 kPa. El fluido de trabajo es aire. El aire entra a la primera y a la segunda etapas del compresor a 300K y 350K respectivamente, y a la primera y segunda etapas de la turbina a 1400K y 1300K, respectivamente. Suponiendo que:  Las eficiencias isentrópica del compresor y turbina es de 80%  El regenerador tiene una efectividad del 75%.  El rendimiento de la cámara de combustión 87%  El rendimiento mecánico del conjunto 97% y  Usando calores específicos variables Hallar:     

Relación de retrabajo Producción neta de trabajo. El calor botado al ambiente La exergía en las salidas de la cámara de combustión e intercambiadores de calor. Se considera o no aplicar cogeneración a este sistema?

“Saber para Ser”

EJERCICIO 3 Considere una planta de generación eléctrica de turbina de gas cuya relación de presiones es de 8, las eficiencias isentrópica del compresor y de la turbina son del 80%, y hay un regenerador con una efectividad de 70%, cuando el flujo de aire a través del compresor es de 40kg/s, la temperatura a la entrada de la turbina se vuelve 1700K. Pero la temperatura de la entrada de la turbina está limitada a 1500K. Para evitar las complicaciones por temperatura, se propone usar aire en exceso para bajar la temperatura de combustión y por lo tanto la temperatura de entrada a la turbina. Comparando con el sistema en el que se tenga 1500K con 40Kg/s . Cuál es el cambio en potencia y eficiencia del sistema. Condiciones de diseño: Datos estándar 100kpa y 25°C

EJERCICIO 4 Una turbina de gas trabaja con un ciclo abierto regenerativo. En el compresor axial entran 2000 lb/min de aire y la relación de compresión es de 7/1. El aire pasa a través del regenerador y de la cámara de combustión alcanzando finalmente una temperatura de 1400ºF, con una pérdida de presión en el recalentador de 14,5 psi y en la cámara de combustión de 0,8 psi. En el escape de la turbina existe asimismo una pérdida de presión de 14,5 psi , hasta la salida a la atmósfera, debido al regenerado. Sabiendo que el rendimiento interno del compresor es 0,85, el de la turbina 0,90, el mecánico de la transmisión 0,97, el del cambiador de calor 0,92 y el rendimiento de la cámara de combustión 0,95 Calcular: a. La potencia que desarrolla la instalación. En KW b. El rendimiento de la instalación. Otros datos Las condiciones ambientales son 15ºC y 1 bar. Potencia calorífica del combustible, Pi = 40.000 KJ/Kg, No se despreciará la masa del combustible frente a la del aire. Se supondrá gas perfecto con: cp = 1 KJ/Kg° K ; k= 1, 39

NOTA: El deber se realizará en equipos de dos personas Día de presentación: día del segundo examen parcial