Calculo de turbinas aereas
Páginas: 6 (1363 palabras)
Publicado: 30 de junio de 2014
Turbinas aéreas
por Juan Emanuel Venturelli
Mat. 9682
1 Introducción
El fin de este trabajo es realizar el ánalisis térmico de dos turbinas aéreas del tipo Turbofan a
travez de los datos disponibles de presiones, temperaturas y caudales. Las turbinas seleccionadas
son la JT8D TURBOFAN y la JT9D TURBOFAN.
2 JT8D TURBOFAN
El ciclo puede dividirse en dos partes. Ciclo de flujo de aire frioa travez del Fan y ciclo de flujo
de aire caliente a travez del Propulsor. La relación:
B=
mfrio
mcaliente
es la denominada relación de By Pass. En este caso:
mfrio = 165
lbs
Kg
= 74, 8
s
s
mcaliente = 150
lbs
Kg
= 68
s
s
por lo que:
B = 1.1
2.1 Ciclo del flujo de aire frío
Comenzemos con el ciclo del flujo frío. A la entrada de la turbina las condiciones del aireson:
Pa = 1, 01 bar
Ta = 290K
Este sera nuestro estado de referencia, por lo que para simplificar las expresiones tomamos la
entalpía y entropía en este punto igual a cero:
ha = 0
sa = 0
KJ
Kg
KJ
K.Kg
Luego de atravesar el Fan la condición del aire es:
P1 ′ = 1, 93 bar
T1 ′ = 360K
1
Sección 2
2
KJ
KJ
Por lo que tomando c p = 1, 056 K.Kg y R = 0, 2864 K.Kg , parael aire tenemos que:
h1 ′ = c p (T1 ′ − Ta) = 73, 92
s1 ′ = c p Ln
KJ
Kg
T1 ′
P ′
KJ
− R Ln 1 = 0, 0429
Ta
Pa
K.Kg
A la salida de la sección del Fan, a falta de datos concretos del estado del aire y/o velocidad de
salida (una vez que la entalpía se transforma en energía cinetica del fluido), tomamos la transformación como adiabático-isontropica, y la condición de presión a lasalida igual a la de entrada
(despreciamos las perdidas que pudiera haber):
P5 ′ = 1, 01 bar
s5 ′ = s1 ′ = 0, 0429
KJ
K.Kg
De esta manera la temperatura aproximada de salida es:
s5 ′
T5 ′ = Ta e cp = 302K
Y la entalpía:
h5 ′ = c p (T5 ′ − Ta) = 12, 67
KJ
Kg
Con estos datos es posible determinar ahora el trabajo que requiere el Fan:
w f = − (h1 ′ − ha) = − 73, 92
KJ
KgY la potencia:
N f = w f mfrio = − 5529KW
La velocidad de salida la calculamos como:
vf =
2 (h1 ′ − h5 ′) = 350
m
s
2.2 Ciclo de flujo de aire caliente
Para el caso del propulsor por donde circula flujo denominado caliente, la condición del aire a la
salida del compresor de baja (que esta acoplado al Fan a travez de un mismo eje) es:
P1 = 4, 14 bar
T1 = 450K
h1 = c p (T1 − Ta) =168, 96
s1 = c p Ln
KJ
Kg
T1
P
KJ
− R Ln 1 + sa = 0, 0599
Ta
Pa
K.Kg
El flujo pasa a travez del compresor de alta, aumentando la presión del aire aun más:
P2 = 16, 4 bar
T2 = 700K
h2 = c p (T2 − Ta) = 432, 96
s2 = c p Ln
KJ
Kg
T2
P
KJ
− R Ln 2 = 0, 132
Ta
Pa
K.Kg
JT8D TURBOFAN
3
El trabajo consumido por el compresor de alta y el compresor de baja es:
wc =wcb + wca = − (h2 − ha) = − 432, 96
KJ
Kg
y la potencia:
Nc = wc mcaliente = − 29441KW
Luego de esto se produce el aporte calor en la camara de combustión a presión aproximadamente constante (con una leve caida de esta, debido a las perdidas por rozamiento):
P3 = 15, 2 bar
T3 = 1200K
h3 = c p (T3 − Ta) = 960, 96
s3 = c p Ln
KJ
Kg
T3
P
KJ
− R Ln 3 = 0, 723
Ta
Pa
K.Kg
Ala salida de la turbina propiamente dicha el aire sale con una condición:
P4 = 2 bar
T4 = 750K
h4 = c p (T4 − Ta) = 486, 76
s4 = c p Ln
KJ
Kg
T4
P
KJ
− R Ln 4 = 0, 808
Ta
Pa
K.Kg
El trabajo que produce la turbina (parte de la cual se utiliza para el Fan y los compresores):
wt = − (h4 − h3) = 528
KJ
Kg
y la potencia:
Nt = wt mcaliente = 35904KW
El resto de potencia quequeda, una vez descontada la potencia consumida por el Fan y los compresores es la utilizada por los otros sistemas. La velocidad de salida del aire en este caso es
dato:
m
v j = 422
s
Entonces la cantidad de entalpía que es convertida en energía cinetica es:
h4 − h5 =
v2
KJ
j
= 89, 04
2
Kg
Y la condición en el punto 5 (a la salida de la turbina):
h5 = 397, 7
T5 =
KJ
Kg...
por Juan Emanuel Venturelli
Mat. 9682
1 Introducción
El fin de este trabajo es realizar el ánalisis térmico de dos turbinas aéreas del tipo Turbofan a
travez de los datos disponibles de presiones, temperaturas y caudales. Las turbinas seleccionadas
son la JT8D TURBOFAN y la JT9D TURBOFAN.
2 JT8D TURBOFAN
El ciclo puede dividirse en dos partes. Ciclo de flujo de aire frioa travez del Fan y ciclo de flujo
de aire caliente a travez del Propulsor. La relación:
B=
mfrio
mcaliente
es la denominada relación de By Pass. En este caso:
mfrio = 165
lbs
Kg
= 74, 8
s
s
mcaliente = 150
lbs
Kg
= 68
s
s
por lo que:
B = 1.1
2.1 Ciclo del flujo de aire frío
Comenzemos con el ciclo del flujo frío. A la entrada de la turbina las condiciones del aireson:
Pa = 1, 01 bar
Ta = 290K
Este sera nuestro estado de referencia, por lo que para simplificar las expresiones tomamos la
entalpía y entropía en este punto igual a cero:
ha = 0
sa = 0
KJ
Kg
KJ
K.Kg
Luego de atravesar el Fan la condición del aire es:
P1 ′ = 1, 93 bar
T1 ′ = 360K
1
Sección 2
2
KJ
KJ
Por lo que tomando c p = 1, 056 K.Kg y R = 0, 2864 K.Kg , parael aire tenemos que:
h1 ′ = c p (T1 ′ − Ta) = 73, 92
s1 ′ = c p Ln
KJ
Kg
T1 ′
P ′
KJ
− R Ln 1 = 0, 0429
Ta
Pa
K.Kg
A la salida de la sección del Fan, a falta de datos concretos del estado del aire y/o velocidad de
salida (una vez que la entalpía se transforma en energía cinetica del fluido), tomamos la transformación como adiabático-isontropica, y la condición de presión a lasalida igual a la de entrada
(despreciamos las perdidas que pudiera haber):
P5 ′ = 1, 01 bar
s5 ′ = s1 ′ = 0, 0429
KJ
K.Kg
De esta manera la temperatura aproximada de salida es:
s5 ′
T5 ′ = Ta e cp = 302K
Y la entalpía:
h5 ′ = c p (T5 ′ − Ta) = 12, 67
KJ
Kg
Con estos datos es posible determinar ahora el trabajo que requiere el Fan:
w f = − (h1 ′ − ha) = − 73, 92
KJ
KgY la potencia:
N f = w f mfrio = − 5529KW
La velocidad de salida la calculamos como:
vf =
2 (h1 ′ − h5 ′) = 350
m
s
2.2 Ciclo de flujo de aire caliente
Para el caso del propulsor por donde circula flujo denominado caliente, la condición del aire a la
salida del compresor de baja (que esta acoplado al Fan a travez de un mismo eje) es:
P1 = 4, 14 bar
T1 = 450K
h1 = c p (T1 − Ta) =168, 96
s1 = c p Ln
KJ
Kg
T1
P
KJ
− R Ln 1 + sa = 0, 0599
Ta
Pa
K.Kg
El flujo pasa a travez del compresor de alta, aumentando la presión del aire aun más:
P2 = 16, 4 bar
T2 = 700K
h2 = c p (T2 − Ta) = 432, 96
s2 = c p Ln
KJ
Kg
T2
P
KJ
− R Ln 2 = 0, 132
Ta
Pa
K.Kg
JT8D TURBOFAN
3
El trabajo consumido por el compresor de alta y el compresor de baja es:
wc =wcb + wca = − (h2 − ha) = − 432, 96
KJ
Kg
y la potencia:
Nc = wc mcaliente = − 29441KW
Luego de esto se produce el aporte calor en la camara de combustión a presión aproximadamente constante (con una leve caida de esta, debido a las perdidas por rozamiento):
P3 = 15, 2 bar
T3 = 1200K
h3 = c p (T3 − Ta) = 960, 96
s3 = c p Ln
KJ
Kg
T3
P
KJ
− R Ln 3 = 0, 723
Ta
Pa
K.Kg
Ala salida de la turbina propiamente dicha el aire sale con una condición:
P4 = 2 bar
T4 = 750K
h4 = c p (T4 − Ta) = 486, 76
s4 = c p Ln
KJ
Kg
T4
P
KJ
− R Ln 4 = 0, 808
Ta
Pa
K.Kg
El trabajo que produce la turbina (parte de la cual se utiliza para el Fan y los compresores):
wt = − (h4 − h3) = 528
KJ
Kg
y la potencia:
Nt = wt mcaliente = 35904KW
El resto de potencia quequeda, una vez descontada la potencia consumida por el Fan y los compresores es la utilizada por los otros sistemas. La velocidad de salida del aire en este caso es
dato:
m
v j = 422
s
Entonces la cantidad de entalpía que es convertida en energía cinetica es:
h4 − h5 =
v2
KJ
j
= 89, 04
2
Kg
Y la condición en el punto 5 (a la salida de la turbina):
h5 = 397, 7
T5 =
KJ
Kg...
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