Ensayo en banco turbina de gas

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1. Objetivo:

El objetivo fundamental de éste trabajo práctico es que el alumno adquiera práctica en el cálculo completo del ciclo teórico de un motor alternativo de combustión interna, razonando la influencia de las condiciones de borde en las diferentes variables que alteran el diagrama del ciclo y cuantificar los beneficios en la eficiencia del mismo.

2. Marco teórico:

A continuaciónse hace un análisis del punto de vista termodinámico de los puntos que definen el ciclo teórico de funcionamiento de la máquina:

Cabe mencionar aquí que los cálculos a realizar se efectúan a plena carga.
El resultado de los cálculos nos dará un valor de potencia teórica de la turbina correspondiente a la que entregaría el combustible en condiciones ideales desde el punto de vista termodinámicoy mecánico. Es decir, se hacen una serie de suposiciones y simplificaciones sin tener en cuenta el comportamiento real del combustible, la eficiencia mecánica de las partes móviles, las fugas y retrocesos que pudieran existir ni las potencias consumidas por los órganos auxiliares de la máquina.
Al ciclo calculado lo llamamos ciclo de aire puesto que consideramos que el fluido que evoluciona en elmismo es aire comportándose como un gas ideal.
A diferencia de lo estudiado para motores, en el caso de las turbinas a gas el ciclo ideal se aproxima bastante a los valores reales.
La razón de ésta exactitud que no tenemos en los motores alternativos es debida la gran masa de aire que evoluciona en la máquina comparada con la cantidad de combustible inyectado. Es decir tenemos aquí un granexceso de aire lo que hace que la diferencia entre considerar el ciclo tratándose como si fuera aire solo a considerar aire+combustible es despreciable. Luego la velocidad con que el fluido de trabajo atraviesa la máquina y el régimen estacionario de las partes hace que las pérdidas termodinámicas sean muy bajas luego el ciclo ideal de aire de la máquina turbina a gas es una muy buena aproximación alciclo real.

Condiciones simplificadoras.

1) El aire se comporta como un fluido ideal, es decir cumple con las leyes de Boyle y Mariotte y de Gay Loussac.
2) En todo el ciclo no hay reacción química (esto nos permite utilizar las fórmulas de la termodinámica clásica simplificando los cálculos).
3) Los procesos de compresión y expansión son adiabáticos (consideramos que el ciclo del motor seefectúa en un tiempo tan corto que no permite la transferencia de calor hacia las paredes del cilindro).
4) Los procesos de entrega de calor son a p constante.


3. Desarrollo del cálculo.

Datos del ciclo.

Caudal de aire de entrada [Kg/s] 18,7
Relación de compresión 12
Rendimiento del compresor [%] 84
Rendimiento de la turbina [%] 87
Número de ejes 2
Tipo de temperatura dato 4Temperatura dato [°C] 810
Presión atmosférica [bar] 1,013
Caída presión admisión [bar] 0,05
Caída de escape ciclo simple [bar] 0,08
Caída cám comb ciclo simple [%p2] 1,5
Caída escape (ciclo regen) [%p2] 0,1
Caída cám comb (ciclo regen) [%p2] 3
Presión regenerador [%pr] 75
Temperatura ambiente [°C] 20
Caída temperatura admisión [°C] 2
Exponente compresión (kc) 1,39
Exponente expansión (kt)1,35
Eficiencia regenerador 0,85
Eficiencia mecánica 0,97
Poder calorífico inferior [KJ/Kg] 41800
Calor espacífico compr [KJ/Kg °C] 1,0048
Calor esp expansión [KJ/KG °C] 1,1137

Esquema mecánico del Ciclo Brayton:



Ciclo Brayton: diagrama T-S



Siguiendo la memoria de cálculo propuesta, obtuve los siguientes valores:

Punto 1 1` 2 2` 3 4 4` 5 5` 5``
Presion (kPa) 101,396,3 1155,6 1155,6 1138,266 345,706183 345,70618 345,70618 109,3 109,3
Temperatura(K) 293 291 584,365879 640,25 1408,48 1034,36506 1083 1083 767,4 808,428

Parámetro Valor
Ncompresor(kW) 3281,16184
Ncompresión(kW) 3906,14505
Nturbina(kW) 2412,83189
Nneta(kW) 2412,83189
λ 0,00825656
Qentregado(kW) 6453,81878
η(%) 37,3861116

Ciclo Brayton regenerativo (diagrama T-s)



Siguiendo...
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