Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CICLOS DE POTENCIA DE GAS
Combustible
Cámara de
combustión
2 3
1
Compresor
Aire
fresco
Turbina
Gases de
escape
4
w neto
FIGURA 9-29
Un motor de turbina de gas de ciclo abierto.
1
Intercambiador
2 de calor
3
Compresor
q entrada
Intercambiador
de calor
Turbina
4
w neto
q salida
FIGURA 9-30
Un motor de turbina de gas de ciclo cerrado.
T
P
2
1
2
s = constante
q entrada
P = constante
a) Diagrama T-s
q entrada
3
P = constante
s = constante
1 4
q salida
b) Diagrama P-v
3
4
q salida
FIGURA 9-31
Diagramas T-s y P-v para un ciclo
Brayton ideal.
s
v
1-2 Compresión isentrópica (en un compresor)
2-3 Adición de calor a presión constante
3-4 Expansión isentrópica (en una turbina)
4-1 Rechazo de calor a presión constante
Los diagramas T-s y P-v de un ciclo Brayton ideal se muestran en la figura
9-31. Observe que los cuatro procesos del ciclo Brayton se ejecutan en dispositivos
de flujo estacionario, por lo tanto deben analizarse como procesos
de flujo estacionario. Cuando los cambios en las energías cinética y potencial
son insignificantes, el balance de energía para un proceso de flujo estacionario
puede expresarse, por unidad de masa, como
(q entrada q salida ) (w entrada w salida ) h salida h entrada (9-15)
Por lo tanto, la transferencia de calor hacia y desde el fluido de trabajo es
y
(9-16a)
q salida h 4 h 1 c p 1T 4 T 1 2
(9-16b)
Entonces, la eficiencia térmica del ciclo Brayton ideal bajo las suposiciones de
aire estándar frío se convierte en
h tér,Brayton
q entrada h 3 h 2 c p 1T 3 T 2 2
w neto
q
1 q salida
entrada q
1 c p 1T 4 T 1 2
entrada c p 1T 3 T 2 2 1 T 1 1T 4 >T 1 12
T 2 1T 3 >T 2 12
Los procesos 1-2 y 3-4 son isentrópicos, por lo que P 2 P 3 y P 4 P 1 . Por lo
tanto,
T 2
P k
2
T 1 P 1
1k
P 3
P 4
k 1k
T 3
T 4
Al sustituir estas ecuaciones en la relación de eficiencia térmica y al simplificar,
se obtiene
h tér,Brayton 1 1
r 1k12>k
p
(9-17)