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Ciclos de potencia: gas, vapor y combinados Lucila Aliaga Contreras Termodinámica Instituto IACC 20-07-2020

1. Elabore una tabla comparativa entre los diferentes ciclos de potencia de gas, indicando sus principales características, sus componentes (dispositivos) principales, los procesos que lo componen, sus ventajas y desventajas, y un ejemplo de aplicación. Ciclo Otto

Características Sistema compuesto por ciclos, utilización de mezcla de gas – aire, encendidos por chispa.

Brayton

Sistema de gran fuerza siendo la base de la composición de las turbinas de gas.

Ciclo Diese.

de Sistema que utiliza Diésel para su funcionamiento, comprimiendo el aire para elevar temperatura y así iniciar la combustión. Ciclos de Sistema de ciclos Stirling y reversibles, donde el Ericsson proceso de transformación del calor es de forma isotérmica.

Componentes Procesos. Compresor , 4 procesos: cilindros, *Compresión isentrópica. cigüeñal, *Adición de calor a volumen especifico constante. *Expansión isentrópica. *Rechazo del calor a volumen especifico constante. Compresor y 4 Procesos. turbina. *Compresión isentrópica. *Adición de calor. *Expansión isentrópica. *Rechazo de calor. Componentes 4 Procesos. reforzados. *Compresión insentrópica. Pistones, *Adición de calor a presión bielas, constante. cigüeñal, *Expansión sentrópica. culatas. *Rechazo de calor a volumen constante. Compresor, 4 Procesos. turbina y *Expansión a T° constante. regenerador *Regeneración a V° constante. *Compresión a T° constante.

Ventajas Fácil mantención. La eficiencia térmica aumenta en relación a la presión y T°.

Desventajas Produce gases tóxicos. El ciclo real es complejo.

Ejemplo Motores de combustión interna como el de los automóviles.

Sistema de rápida Gran consumo Turbina a gas usado respuesta. de combustible. en los aviones. Generador de gran Perdida de calor potencia. Mayor eficiencia que Sistema de Motores diésel de los de gasolina y mantención más automóviles. menor costo complejo y producción de gases tóxicos. Al ser reversible alcanza al mayor rendimiento posible. Pueden ser usados como calor y energía o como refrigeración.

Sistema de Usos en sistemas de partida lenta. refrigeración. Altos costos en los gases utilizados.

2 . Describa la forma de obtención de trabajo y potencia a partir de los ciclos térmicos y haga una comparación entre los que utilizan gas como fluido de trabajo y aquellos que utilizan vapor.

T° Construcción Tipo Trabajo

GAS 540°C – 600°C 35 MPa, robusta Rankine Proceso de combustión.

VAPOR 1000°C – 1300°C 2 a 4 MPa, Liviana Brayton Proceso de cambio de fase, calentamiento, generación de vapor.

Como podemos a preciar ambos tienen una entrada al proceso para generar la energía y una salida, por lo tanto la operación en si es similar.

3..- La relación de compresión de un ciclo de Otto de aire estándar es de 9,5. Antes del proceso de compresión isentrópica, el aire está a 100 Kpa, 35°C y ocupa un volumen de 600 cm3. La temperatura final del proceso de expansión isentrópica es de 800 K.

Usando los valores de calores específicos a temperatura ambiente, determine:

a. La temperatura más alta y la presión más alta del ciclo. b. La cantidad de calor transferido al fluido de trabajo, en kJ. c. La eficiencia media efectiva (PME).

4.En un Ciclo de Brayton ideal simple, que usa aire fluido de trabajo tiene una relación de presiones de 12, una temperatura de entrada al compresor de 300 K y una temperatura de entrada a la turbina de 1000 K. Suponiendo calores específicos de temperatura constante a temperatura ambiente: Determine el flujo másico del aire necesario para obtener una producción neta de potencia de 70 MW, suponiendo que tanto el compresor como la turbina tienen una eficiencia isentropica a . 100% y b 85%.

5. Considere una planta termoeléctrica de vapor de agua que opera en ciclo de Rankine ideal con recalentamiento. La planta mantiene la caldera a 5000 kPa, la sección de recalentamiento s 1200 kPa, y el condensador a 20 kPa. La calidad del vapor húmedo a la salida de ambas turbinas es de 96%. Determine la entrada de cada turbina y la eficiencia térmica del ciclo.

Bibliografía IACC (2018). Ciclos de potencia, gas, vapor y combinados. Termodinámica. Semana 5. Departamento

de

física

aplicada.

Universidad

de

Sevilla.

Ciclo

Diésel.

http://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Diesel Instituto mexicano de transporte. Caracterización de un motor de combustion interna con dos tipos

de

combustibles.(2014).

https://www.imt.mx/archivos/Publicaciones/PublicacionTecnica/pt417.pdf