2DO PARCIAL DE MOTORES II.docx

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