Clase 14 201510

Universidad Andrés Bello
IND 1205 Fundamentos de Procesos Industriales

14. Ciclos de Potencia con Gases
(Parte 2)

Semestre 1, 2015
Dr. Lorenzo Reyes Bozo
14. Ciclos de Potencia con Gases (Parte 2)

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Agenda






Tipos de Motores de Combustión Interna
Turbinas de Gas
Ciclo Brayton Aire – Estándar
Irreversibilidades y pérdidas
Recalentamiento y Refrigeración

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Motores de Combustión Interna


A diferencia de un motor de combustión externa, en el que el fluido de
trabajo se calienta fuera del cilindro, en un motor de combustión
interna la energía se entrega a través de la combustión de un
combustible al interior del cilindro.



Este tipo de motores tienen un amplio uso a nivel de autos, industrias y
plantas de poder, por mencionaralgunas.



Debido a que este tipo de motores es muy común, los ciclos ideales
asociados a su funcionamiento son particularmente importantes.



Los motores de combustión interna pueden ser clasificados de acuerdo
al método que utilizan para transformar la energía de un combustible
en trabajo mecánico. Existen 3 tipos generales:
1. Pistón

2. Turbina
3. Jet
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Motores de Combustión Interna
1.

PISTON

Existen 2 subgrupos:
los de chispa-ignición, en los
que la combustión se inicia con
una chispa,

y los de compresión-ignición,
en los que la presión provoca la
ignición.

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2

Motores de Combustión Interna
2.

TURBINAS
En general, este tipo de motores
corresponde a las turbinas de
gas de las plantas depoder.

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Motores de Combustión Interna
3.

JET
Motores de jets y cohetes.

TURBOJET
Combinación entre una turbina y
un motor para jet; las turbojet
son ampliamente usadas para
propulsar aeronaves.

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3

Ciclos de Potencia con Gases




Plantas de Potencia
Gas como fluido de trabajo



Motores deCombustión Interna

2 Tipos

Turbinas de Gas

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Turbinas de Gas




Más ligeras y compactas que
las centrales de vapor
Adecuadas en Transporte:





Propulsión aérea
Transporte marítimo

Puede operar en lazo abierto
o cerrado (ciclo)

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4

Turbinas de Gas
Qe

We

Ws

Int. Calor

ATM

Qs
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Turbinas de Gas

Esquema de una turbina de gas axial (ciclo Brayton)

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Turbinas de Gas

Esquema de una turbina de gas industrial de combustión
(ciclo Brayton)

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Turbinas de Gas

Esquema de una turbina de gas con dos escalonamientos
con el receptor en el eje de BP
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Turbinas de Gas

Turbina de gas con tres escalonamientos de compresión y dos etapas
de expansión, con las etapas montadas sobre dos ejes y reductor de
engranajes n. (Receptor situado sobre el eje de AP)
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Análisis de Aire – Estándar


Análisis Ideal… Supuestos:




Aire como gas ideal de masa constante
ProcesosInternamente Reversibles
La elevación de la temperatura ocurre por
combustión interna por transferencia de calor desde
una fuente externa

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Ciclo Brayton Aire – Estándar

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14. Ciclos de Potencia con Gases (Parte 2)

Ciclo Brayton Aire – Estándar
Qe
Qe
Ws

Ws
We
Qs

We
 h1  h2  0
m
Ws
 h3  h4  0
m

We

Qs

Qe
 h3  h2  0
m
Qs
 h1  h4 0
m

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Ciclo Brayton Aire – Estándar



Rendimiento térmico del ciclo:

t 


Q
h h
Wciclo
 1 s  1 4 1
Qe
Qe
h3  h2

Procesos 2-3 y 4-1 isobáricos:

P1  P4

P2  P3

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14. Ciclos de Potencia con Gases (Parte 2)

Ciclo Brayton Aire – Estándar


Procesos 1-2 y 3-4 isoentrópicos:

pr 2  pr 1 

P2
P1

 T2   P2 
  
 T1  ...