Ciclo Brayton Problemas

INGENIERÍA MECÁNICA

CICLOS JOULE BRAYTON Problemas

&roblema 2 1: De una turbina a gas se conocen los siguientes datos: h1 = 18 Kj/Kg (Entalpía de entrada al compresor). h = 18! Kj/Kg (Entalpía de salida del compresor). h" = 8!! Kj/Kg (Entalpía de entrada a la turbina). h# = "$! Kj/Kg (Entalpía de salida de la turbina). h% = #" !!! Kj/Kg (&oder calorí%ico del combustible). 'cc = 1 (endimiento de la cmara de combusti*n). ma  = 1 Kg/seg (+lujo msico del aire). ,alcular: • -asto msico del combustible. • rabajo til del ciclo. • &otencia de la instalaci*n. 0e ha depreciado la masa del combustible para el clculo de la potencia.

   6    1    /    5    0    /    1    2   z    i   u    R   s   o    l    l    i   u    Q   o    i   p   a   r   e    S  .   g   n    I

2

&roblema 2 1:

0oluci*n: T    6    1    /    5    0    /    1    2

3

QEntrada

2

  z    i   u    R   s   o    l    l    i   u    Q   o    i   p   a   r   e    S  .   g   n    I

 t e  t a n  s  n  c o  P =

W ciclo 4

1

 t e  s t a n  n  o  c  P =

QSalida

S

3

&roblema 2 1: 

asto !"sico del co!#usti#le$ se o#tiene despe%ando de la ecuaci&n del #alance en la c"!ara de co!#usti&n. (h 3 - h 2 ) * m a mc



h f  * m c * ηcc

(h 3 - h 2 ) * m a h f  * ηcc

=

(800 − 180) *12 43 000

=

0,173 Kg/seg

'ra#a%o (til del ciclo$

Wutil 

=

=

=

(h 3 - h 4 ) - (h 2 - h1 )

=

(800 350) (180 18) −

−

−

=

288 Kj/Kg

Potencia de la instalaci&n$ )a * ! = 1

 # e

=

Wutil * m a

=

288 * 12

=

3 45" K!

   6    1    /    5    0    /    1    2   z    i   u    R   s   o    l    l    i   u    Q   o    i   p   a   r   e    S  .   g   n    I

+

&roblema 2 : Un motor de una turbina a gas de aire estándar básico, ideal tiene una temperatura de entrada al compresor de 519 °R y una temperatura de entrada a la turbina de 2 520 °R. Con Cp  0,2! "tu#$b %  1,! R  Const.    6    1    /    5    0    /    1    2

Calcular& • elaciones de presiones 3ue da el m4imo 5 neto. &2

=

(51%) (2 520)

=

'2

114%!" °$ 

'1

• 5 compresor. + (&2 − &1 ) = 0!24 (1143!" − 51% = 14%!%

=

(

2 520 51%

1!4

) 0!4

=

15!88

  z    i   u    R   s   o    l    l    i   u    Q   o    i   p   a   r   e    S  .   g   n    I

tu 

5

&roblema 2 : &4

=

(&3 ) (&1 ) (&2 )

=

&2

W tui.a = +, (&3 - &4 ) = 0!24 (2 520 − 1143!") = 330!3

 e.taa

=

+, (&3 - &2 )

=

0!24 (2 520 1143!") −

*tu W .et = 330!% - 14%!% = 180 !4  • '(iciencia del ciclo. 180!4 η = t 330!3

=

=

*tu

330!3



tu 

   6    1    /    5    0    /    1    2   z    i   u    R   s   o    l    l    i   u    Q   o    i   p   a   r   e    S  .   g   n    I

0!54" = 54!" 6

&roblema 2 : W tui.a = +, (&3 - &4 ) = 0!24 (2 520 − 1143!") = 330!3  e.ta/a = +, (&3 - &2 ) = 0!24 (2 520 − 1143!") = 330!3

W .et = 330!% - 14%!% = 180!4

• E%iciencia del ciclo. 180!4 η = t 330!3

=

0!54" = 54!"

*tu 

*tu

 *tu     6    1    /    5    0    /    1    2   z    i   u    R   s   o    l    l    i   u    Q   o    i   p   a   r   e    S  .   g   n    I

,

&roblema 2 ": esol6er el problema 2 1 suponiendo calores especí%icos 6ariables • 7na rp = 1$.88 (aplicar unidades inglesas). • 7na rp = 1.!! (aplicar unidades 0..). 0oluci*n: 9ase: 1 b;mol aire seco. abla 9 a $1< : 

*tu h 1 = −173  − ml ' 1 = 1!20%5 ' 2

=

' 1     ,

=

&r



h 9tu/mol

18.>>>

11!

#!8<.1

1<.!?



h

11#!

#"$.$

1!20%5  15!88 = 1%!207 1<.<"

nterpolando:

1%!%23 − 18!""" 1%!207 − 18!"""

=

4235!" - 408%!1 h - 408%!1 2

   6    1    /    5    0    /    1    2   z    i   u    R   s   o    l    l    i   u    Q   o    i   p   a   r   e    S  .   g   n    I

-

&roblema 2 ": h2

=

*tu

4 152!1

 − ml &2 = 112% °$  Wc &3

h1 - h 2

=

=

' 4

4 32"

= −

*tu  − ml

2 520 °$ 

=

' 3  

h3

1 15!88

=

=

15 108!5

' 3

28!3%4 e. talas * 6 , i.te,laci. 

*tu  - ml *tu W = h − h = 15 108!5 − 5 077!1 = 10 031 t 3 4  − ml

&4

 η

=

1 254 °$ 

e.ta/a

t

=

=

h

h4

3

W. 

e.ta/a

=

5 077!1

−

h

=

10 031 − 4 32" 10 %5"

2

=

15 108!5 − 4 152!1 = 10 %5" =

*tu  − ml

=

450!%

   6    1    /    5    0    /    1    2   z    i   u    R   s   o    l    l    i   u    Q   o    i   p   a   r   e    S  .   g   n    I

0!521 = 52!1



&roblema 2 ":  abla a 88 K:



Kj Kml Kj h 2 = 8 230!" Kml h1

= −

Wc

413!4

&3

=

1 400 °K

&4

=

751 °K

 η

=

h

3

−

e.ta/a

t

=

Kj Kml Kj h 3 = 3 5 118!8 Kml Kj h 4 = 13 484!4 Kml

' 2

=

14!4""

&2

=

580 °K 

   6    1    /    5    0    /    1    2

8 230!" − ( −413!4) = 8 "44

=

W t

' 1 = 1!2055

h

=

4

h

3

W. 

=

e.ta/a

35 118!8 − 13 484!4 = 21 "34!4

−

=

h

2

=

' 3

=

450!%

Kj Kml

35 118!8 - 8 230!" = 2" 888!2

21 "34!4 - 8 "44 2" 888!2

=

0!483 = 48!3

' 4

=

37!575

  z    i   u    R   s   o    l    l    i   u    Q   o    i   p   a   r   e    S  .   g   n    I

Kj Kml

10

&roblema 2 $:

   6    1    /    5    0    /    1    2

Gracias…

  z    i   u    R   s   o    l    l    i   u    Q   o    i   p   a   r   e    S  .   g   n    I

11