Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

516
CICLOS DE POTENCIA DE GAS
T, K
1 300
300
2
1
q entrada
P = constante
w compresor
r p = 8
P = constante
3
w turb
4
q salida
FIGURA 9-35
Diagrama T-s para el ciclo Brayton
estudiado en el ejemplo 9-5.
s
EJEMPLO 9-5 El ciclo Brayton ideal simple
Una central eléctrica de turbina de gas que opera en un ciclo Brayton ideal
tiene una relación de presión de 8. La temperatura del gas es de 300 K en la
entrada del compresor y de 1 300 K en la entrada de la turbina. Utilice las
suposiciones de aire estándar y determine a) la temperatura del gas a la salida
del compresor y de la turbina, b) la relación del trabajo de retroceso y c) la
eficiencia térmica.
Solución Se tiene una planta de energía que opera en un ciclo Brayton
ideal. Se determinarán la temperatura del gas a la salida del compresor y de
la turbina, la relación del trabajo de retroceso y la eficiencia térmica.
Suposiciones 1 Existen condiciones estacionarias de operación. 2 Son aplicables
las suposiciones de aire estándar. 3 Los cambios de energía cinética
y potencial son insignificantes. 4 Se considerará la variación de los calores
específicos con la temperatura.
Análisis El diagrama T-s del ciclo Brayton ideal descrito se muestra en la
figura 9-35, en la que se observa que los componentes involucrados en el
ciclo Brayton son dispositivos de flujo estacionario.
a) Las temperaturas del aire en la salida del compresor y la turbina se determinan
de las relaciones isentrópicas:
Proceso 1-2 (compresión isentrópica de un gas ideal):
T 1 300 K h 1 300.19 kJkg
P r1 1.386
P r 2 P 2
P 1
P r 1 18 2 11.386 2 11.09 S T 2 540 K
Proceso 3-4 (expansión isentrópica de un gas ideal):
T 3 1 300 K S h 3 1 395.97 kJ >kg
P r 3 330.9
h 2 544.35 kJ >kg
P r 4 P 4
P 3
P r 3 a 1
8 b1330.9 2 41.36 S T 4 770 K
h 4 789.37 kJ >kg
(a la salida del compresor)
(a la salida de la turbina)
b) Para encontrar la relación del trabajo de retroceso, se necesita encontrar la
entrada de trabajo al compresor y la salida de trabajo de la turbina:
w comp,entrada h 2 h 1 544.35 300.19 244.16 kJ >kg
w turb,salida h 3 h 4 1 395.97 789.37 606.60 kJ >kg
Por lo tanto,
r bw w comp,entrada
w turb,salida
244.16 kJ >kg
606.60 kJ >kg 0.403
Es decir, 40.3 por ciento de la salida del trabajo de la turbina se emplea únicamente
para activar el compresor.
c) La eficiencia térmica del ciclo es la relación entre la salida de potencia
neta y la entrada de calor total:
q entrada h 3 h 2 1 395.97 544.35 851.62 kJ >kg
w neto w salida w entrada 606.60 244.16 362.4 kJ >kg