Proyecto Ees Termodinamica Ii
Páginas: 10 (2371 palabras)
Publicado: 12 de marzo de 2013
Ingeniería Termodinámica
Dr. Alejandro García
Proyecto EES
Monterrey, N.L. a 13 de Noviembre de 2012
Antecedentes
La ingeniería termodinámica es una materia que a lo largo de los años ha sido de gran ayuda a los ingenieros, ya que ha sido base fundamental para el uso eficiente de los recursos naturales disponibles a través de la creación de softwares los cuales son utilizados para eldiseño y fabricación de elementos y maquinaria.
Un ejemplo de esto son las plantas de ciclo combinado, las cuales son lugares en donde es generada energía eléctrica en la coexistencia de dos ciclos termodinámicos (Ciclo Brayton y Rankine) en un mismo sistema, los cuales utilizan como fluido de trabajo vapor de agua y gas.
Problema 1
Considere una planta eléctrica de ciclo combinado degas-vapor que tiene una producción neta de potencia de 450 MW. La relación de presiones del ciclo de turbina de gas es 14. El aire entra al compresor a 300 K y a la turbina a 1400 K. Los gases de combustión que salen de la turbina de gas se usan para calentar el vapor a 8 MPa y 400 °C en un intercambiador de calor. Los gases de combustión salen del intercambiador de calor a 460 K. Un calentador abiertode agua de alimentación incorporado al ciclo de vapor opera a una presión de 0.6 MPa. La presión del condensador es de 20 kPa. Suponiendo que todos los procesos de compresión y expansión son isentrópicos, determine:
a) La relación de flujos másicos del aire y el vapor (mairmvap)
b) La tasa necesaria de entrada de calor en la cámara de combustión (Qent)
c) La eficiencia térmica delciclo combinado (ηt)
Solución
Una vez que se corre el programa en el software EES podemos observar que la relación de flujos másicos del aire y el vapor es de 8.997 kg de aire por kg de vapor. Por otra parte también se obtuvo que la tasa necesaria de entrada de calor en la cámara de combustión es de 721.6 MW. Por último se logró estimar que la eficiencia del ciclo combinado es de 62.36%. Dichosresultados, así como otros valores, pueden ser observados en la figura 1.1
Fig. 1.1 – Resultados obtenidos de temperaturas, entropías, entalpías, trabajo de turbinas y compresores, entre otros.
Problema 2.
Reconsidere el problema anterior, estudie los efectos que tiene la relación de presiones del ciclo de gas al variar de 10 a 20 sobre la relación de flujo másico aire/vapor y sobre laeficiencia térmica del ciclo.
a) Grafique la relación de flujo másico aire/vapor (mairmvap) como función de la relación de presiones (Pr) del ciclo de gas.
b) Explique el comportamiento de la gráfica anterior (inciso a),
c) Grafique la eficiencia térmica del ciclo (ηt) como función de la relación de presiones (Pr) del ciclo de gas.
d) Explique el comportamiento de la gráfica anterior(inciso c).
Solución:
En la siguiente tabla se muestra como es que va cambiando el flujo másico de aire/vapor y la eficiencia térmica del ciclo con respecto a la relación de presiones, la cual varía desde 10 hasta 20.
A continuación se presenta la gráfica de relación de presiones – relación de flujo másico.
En la grafica que se muestra previamente se puede observar un comportamientoexponencial esperado. De esta grafica se puede decir que a mayor relación de presiones se tiene una mayor relación de flujo másico, lo cua es totalmente cierto ya que al momento en el que se tiene una mayor capacidad de compresión, la capacidad de entrada de aire y vapor en el ciclo aumenta.
A continuación se presenta la grafica de relación de presiones – eficiencia del ciclo.
En la graficamostrada previamente se puede observar como es que la eficiencia del ciclo termodinámico se ve afectada directamente por la relación de presiones. De esta grafica se puede decir que la eficiencia tiene un punto máximo de 59.3% cuando la relación de presiones es aproximadamente 16.5 y de ahí toma una tendencia a ir disminuyendo.
Problema 3
Resuelva el problema 2 de nuevo, pero ahora elija 2...
Dr. Alejandro García
Proyecto EES
Monterrey, N.L. a 13 de Noviembre de 2012
Antecedentes
La ingeniería termodinámica es una materia que a lo largo de los años ha sido de gran ayuda a los ingenieros, ya que ha sido base fundamental para el uso eficiente de los recursos naturales disponibles a través de la creación de softwares los cuales son utilizados para eldiseño y fabricación de elementos y maquinaria.
Un ejemplo de esto son las plantas de ciclo combinado, las cuales son lugares en donde es generada energía eléctrica en la coexistencia de dos ciclos termodinámicos (Ciclo Brayton y Rankine) en un mismo sistema, los cuales utilizan como fluido de trabajo vapor de agua y gas.
Problema 1
Considere una planta eléctrica de ciclo combinado degas-vapor que tiene una producción neta de potencia de 450 MW. La relación de presiones del ciclo de turbina de gas es 14. El aire entra al compresor a 300 K y a la turbina a 1400 K. Los gases de combustión que salen de la turbina de gas se usan para calentar el vapor a 8 MPa y 400 °C en un intercambiador de calor. Los gases de combustión salen del intercambiador de calor a 460 K. Un calentador abiertode agua de alimentación incorporado al ciclo de vapor opera a una presión de 0.6 MPa. La presión del condensador es de 20 kPa. Suponiendo que todos los procesos de compresión y expansión son isentrópicos, determine:
a) La relación de flujos másicos del aire y el vapor (mairmvap)
b) La tasa necesaria de entrada de calor en la cámara de combustión (Qent)
c) La eficiencia térmica delciclo combinado (ηt)
Solución
Una vez que se corre el programa en el software EES podemos observar que la relación de flujos másicos del aire y el vapor es de 8.997 kg de aire por kg de vapor. Por otra parte también se obtuvo que la tasa necesaria de entrada de calor en la cámara de combustión es de 721.6 MW. Por último se logró estimar que la eficiencia del ciclo combinado es de 62.36%. Dichosresultados, así como otros valores, pueden ser observados en la figura 1.1
Fig. 1.1 – Resultados obtenidos de temperaturas, entropías, entalpías, trabajo de turbinas y compresores, entre otros.
Problema 2.
Reconsidere el problema anterior, estudie los efectos que tiene la relación de presiones del ciclo de gas al variar de 10 a 20 sobre la relación de flujo másico aire/vapor y sobre laeficiencia térmica del ciclo.
a) Grafique la relación de flujo másico aire/vapor (mairmvap) como función de la relación de presiones (Pr) del ciclo de gas.
b) Explique el comportamiento de la gráfica anterior (inciso a),
c) Grafique la eficiencia térmica del ciclo (ηt) como función de la relación de presiones (Pr) del ciclo de gas.
d) Explique el comportamiento de la gráfica anterior(inciso c).
Solución:
En la siguiente tabla se muestra como es que va cambiando el flujo másico de aire/vapor y la eficiencia térmica del ciclo con respecto a la relación de presiones, la cual varía desde 10 hasta 20.
A continuación se presenta la gráfica de relación de presiones – relación de flujo másico.
En la grafica que se muestra previamente se puede observar un comportamientoexponencial esperado. De esta grafica se puede decir que a mayor relación de presiones se tiene una mayor relación de flujo másico, lo cua es totalmente cierto ya que al momento en el que se tiene una mayor capacidad de compresión, la capacidad de entrada de aire y vapor en el ciclo aumenta.
A continuación se presenta la grafica de relación de presiones – eficiencia del ciclo.
En la graficamostrada previamente se puede observar como es que la eficiencia del ciclo termodinámico se ve afectada directamente por la relación de presiones. De esta grafica se puede decir que la eficiencia tiene un punto máximo de 59.3% cuando la relación de presiones es aproximadamente 16.5 y de ahí toma una tendencia a ir disminuyendo.
Problema 3
Resuelva el problema 2 de nuevo, pero ahora elija 2...
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