Ejercicio de Ciclo combinado (Plantas térmicas)

Nº días: 358

Nº mes: 12

HERRERA KANTÚN GEOVANI

TAREA 5 CICLO COMBINADO Una turbina de combustión de una CCC tiene una relación de presiones de [13.5 + Nº mes/ 5]. El aire entra al compresor axial a 98 kPa y [23 + Nº mes] ºC ̇ ) ( con un flujo másico Recibe calor en la cámara de combustión de tal manera que su temperatura máxima es de [1080 + Nº días/3]ºC. Los gases que salen de la turbina de combustión se aprovechan para producir vapor en un recuperador de calor que produce vapor de agua a 10Mpa y [500 + Nº días/5]ºC que se envía a una turbina de vapor de ciclo rankine, que tiene un condensador que opera a una presión de 10 Kpa. La temperatura de los gases a la salida del recuperador es (150 + Nº mes)ºC. Los procesos en el compresor y la turbina de gas son adiabáticos irreversibles, con eficiencias adiabáticas del 92 % en compresor y 87% en la turbina. La turbina de vapor tiene una eficiencia adiabática = 90 %. La eficiencia del recuperador de calor es 95 %. 1. Hacer esquema del arreglo del equipo y diagrama T-S. 2. Calcular el flujo de vapor ̇ para el ciclo rankine (real) en kg/seg. 3. Potencias netas reales del ciclo Bratton y Rankine y potencia neta del ciclo combinado en KW. 4. Eficiencias térmicas reales por separado del ciclo Bratton y Rankine y eficiencia del ciclo combinado %. CTU global. 5. Hacer gráfica indicando los tres rendimientos. NOTA: Cálculos del ciclo Bratton con tablas de aire A-17. Datos del ejercicio Relación de presiones= [13.5 + Nº mes/5]= 13.5 +12/5= 15.9 T1=[23+Nº mes]ºC= 23+12=35ºC

con P1=98 Kpa

Flujo másico ( ̇ ) T3=[1080 + Nº días/3]ºC = 1080 + 358/3 = 1199.33ºC T5= (150 + Nº mes) ºC = 150 + 12 = 162ºC T6= (500 + Nº días/5) ºC= 500 + 358/5= 571.6 ºC P6= 10 Mpa

y

P7= 10 Kpa

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ESQUEMA DEL ARREGLO DEL EQUIPO

DIAGRAMA T-S 3 T

Qent

Ciclo de gas 4

2

1

6

5 Ciclo de vapor 9 7

8 Qsal

S

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CICLO BRAYTON PUNTO 1 Se entra con T1 = 308 K en la tabla de propiedades de gas ideal del aire (Tabla A-17 del Yunus), encontramos: T1 (K)

h1 (KJ/Kg)

Pr1

305 308 310

305.22

1.4686

310.24

1.5546

Interpolando: h1= 308.232 kj/kg Pr1= 1.5202 PUNTO 2 Utilizando la relación de presiones se obtiene: P2 Pr 2  P1 Pr1



rp 

Pr 2 Pr1



Pr 2  rp  Pr1

( Se entra con

)

a la tabla A-17, interpolando encontramos: Pr2 23.13 24.17118 24.46

T2 (K) 660

h2 (KJ/Kg) 670.47

670

681.14

Interpolando: T2= 667.82 K

y

h2= 678.82 Kj/kg

PUNTO 3 Se entra con T3 = 1472.33 K en la tabla A-17, interpolando encontramos: T3 (K) 1460 1472.33 1480 h3 = 1602.52 kj/kg

h3 (KJ/Kg) 1587.63

Pr3 537.1

1611.79

568.8

y

Pr3 = 556.64

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PUNTO 4 Utilizando la relación de presiones se obtiene:

P3 Pr 3  P4 Pr 4



rp 

Pr 3 Pr 4



Pr 4 

Pr 3 rp

Pr4 = 556.64/15.9 = 35 Se entra con Pr4 = 35 a la tabla A-17, interpolando encontramos: Pr4 33.72 35 35.50 T4 = 737.19 K

y

T4 (K) 730

h4 (KJ/Kg) 745.62

740

756.44 h4 = 753.4 kj/kg

PUNTO 5 Se entra con T5 = 435 K en la tabla A-17, interpolando encontramos: T5 (K) 430 435 440 h5 = 436.52 kj/kg

̇

(

̇

(

)( (

̇

)( ̇

)

)( (

)

) )(

)

h5 (KJ/Kg) 431.43 441.61

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q H  h3  h2 r

hallando h2r

CICLO RANKINE TABLAS DE VAPOR YUNUS Punto 6 Con la presión de 10MPa

y T6 = 571.6 ºC

T6 (C) h6 (KJ/Kg) S6 550 3500.9 6.7561 571.6 600 3625.3 6.9029 Interpolando con los valores de la tabla de agua sobrecalentada: h6= 3554.64 kj/kg

y

S6 = 6.8195 kj/kg K Zona Humeda.

Punto 7 P7 = 10 Kpa

S6 = S7 = 6.8195 kj/kg K

Con una calidad de:

(

)(

Punto 8 P8= 10 Kpa Punto 9 P9 = 10 Mpa

WBomba  h9  h8   v f 8 P9  P8 

h9  h8   v f 8 P9  P8 

 h9  h8  v f 8 P9  P8  (

(

)

)

)

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(

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)

Balance del intercambiado de calor

̇ (

)(

) )( )

̇ ( ̇

( ̇

̇ ( )

( ̇

) ( (

)(

) )

)(

)

CICLO COMBINADO 

WCCC  Wnet gas 

mS 

Wnetvapor

mg ( 



)



W CCC  W net  gas  W net vapor ̇ Rendimiento global del ciclo combinado ̇ ̇ ̇

(

)

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GRÁFICA DE EFICIENCIAS

60 50 40 30

Series1

20 10 0 CICLO RANKINE

CICLO BRAYTON

CICLO COMBINADO

Como se puede apreciar en la gráfica anterior, las eficiencias son: CICLO RANKINE CICLO BRAYTON CICLO COMBINADO

37.13% 37.68% 50.22%

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HERRERA KANTÚN GEOVANI

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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Carrera

-----------

ING. MECÁNICA

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Titulo del Trabajo

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TAREA 5. CENTRAL CICLO COMBINADO PLANTAS TERMICAS

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Nombre

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HERRERA KANTÚN GEOVANI DE J.

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Maestro

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ING. JUAN DE DIOS BUSTOS TORRES

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Fecha

----------26 MAYO DE 2011