Problemas primer parcial Máquinas Térmicas 1. En una turbina de un solo escalonamiento que gira a 3000 rpm se conocen los datos siguientes: - La componente tangencial de la velocidad absoluta de entrada es 350 m/s - La componente tangencial de la velocidad de salida es 0 m/s - La velocidad periférica es 200 m/s - Gasto másico = 20 kg/s - Máquina axial Determinar la potencia que suministra la turbina y el par. 2. De una turbina radial se conocen los datos siguientes: - Triángulo de entrada al rodete: o C1=300 m/s o W1= 100 m/s U1= 290 m/s o - Triángulo de salida del rodete: C2= 50 m/s o W2 = 190 m/s o o U2=180 m/s Determinar la potencia sabiendo que el gasto másico es de 0,2 kg/s. 3. Una turbina de gas trabaja con un ciclo del que se conocen los datos siguientes: - Rendimiento compresor = 0,84 - Rendimiento turbina = 0,9 - Rendimiento cámara combustión = 0,97 - Pérdida de carga en la cámara de combustión 2% - Temperatura de entrada de los gases a la turbina 800ºC - Rendimiento mecánico del conjunto compresor-turbina = 0,96 - Potencia efectiva a 1 bar y 18 ºC = 10 MW - Poder calorífico del combustible = 42 KJ/kg - La relación de compresión es la correspondiente a la máxima potencia Se pide: - Determinar los trabajos específicos de la turbina y el compresor - Rendimiento térmico del ciclo - Gasto másico de aire y de combustible - Rendimiento de la instalación - ¿El ciclo puede ser regenerativo? - Factor de practicabilidad o factor de potencia. Considerar que el fluido es aire y que la masa de combustible es despreciable frente a la masa de aire. Gas ideal (Cp=1KJ/KgK y Cv=0,713 KJ/KgK)
4. En un escalonamiento de una turbina de gas de reacción, los datos que se conocen son: - R=0,5 - Velocidad axial constante - Potencia de entrada al estator = 5 bar - Temperatura de entrada al estator = 400 ºC - Velocidad absoluta de entrada al estator = 75 m/s - Ángulo de salida del estator = 18 º - Altura de los álabes de entrada al estator = 200m - Diámetro medio a lo largo de todo es escalonamiento = 1,5 m Suponiendo que el escalonamiento trabaja con la relación cinemática de máximo rendimiento y estimando un coeficiente de pérdida de velocidad de 0,98. Determinar: - La potencia que suministra el escalonamiento - Altura de los álabes en la sección intermedia y al final - Grado de reacción a la altura de la raíz usando la ley torsional de torbellino libre. Datos adicionales: Cp= 1,029 KJ/KgK R= 0,289 Gamma=1,39 5. Tenemos una turbina de vapor cuyo primer escalonamiento es un Curtis con doble corona de velocidad y con un salto isoentrópico del escalonamiento de 1275 Kj/Kg. Sabiendo que el ángulo de salida de la tobera (estator) es de 18 º, que los álabes son simétricos, que no hay pérdidas por fricción y que la turbina funciona con la relación cinemática de máximo rendimiento. Se pide determinar: - El diámetro medio de la corona sabiendo que ésta acciona un alternador que gira a 3000 rpm - Potencia que suministra el escalonamiento - Si se debe emplear admisión parcial sabiendo que el volumen especifico del fluido a la entrada de la primera corona es de 0,3 m3/Kg y que el gasto másico de vapor es de 20 kg/s 6. Diseñar un escalonamiento de un turbocompresor en el que los criterios de diseño son: - Cx= 150 m/s para todo el escalonamiento - Presión parada entrada (P01) = 1 bar - Temperatura parada entrada (T01) = 293 K - Rendimiento del compresor = 85 % - Coeficiente de carga = 30 % - Coeficiente de flujo = 0,6 - Grado de reacción = 50% Establecer el triángulo de velocidades, la velocidad periférica, el trabajo periférico, el ángulo de prerrotación, en ángulo de deflexión y la relación de compresión.
Si el TC forma parte de una turbina de gas que acciona un alternador que gira a 3000 rpm, establecer el prediseño del diámetro y de la altura de los álabes, sabiendo que el gasto másico es de 200 kg/s de aire. La densidad del aire a 1 bar y 20 ºC es de 1,2 kg/m3. Cp= 1,005 kJ/kg Gamma = 1,4 7. En un escalonamiento de una turbina de vapor de presión constante en el rotor, el salto energético en la tobera es de 180 Kj/kg y el ángulo de salida de la tobera es de 20º. Sabiendo que el álabe es simétrico y suponiendo que no existen perdidas por friccion, calcular el trabajo periférico si la turbina está funcionando con la relación cinemática de rendimiento máximo. 8. Mismo problema pero con coeficiente de pérdida de velocidad en el estator de 0,95 y en el rotor de 0,92. Hallar el ángulo de torbellino.