Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

520
CICLOS DE POTENCIA DE GAS
η
tér,Brayton
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
Con regeneración
Sin regeneración
T 1 /T 3 = 0.2
T 1 /T 3 = 0.25
T 1 /T 3 = 0.33
Cuando se utilizan las suposiciones de aire estándar frío, ésta se reduce a
T 5 T 2
T 4 T 2
(9-24)
Un regenerador con una eficacia más alta obviamente ahorrará una gran
cantidad de combustible porque precalentará el aire a una temperatura más
elevada antes de la combustión. Sin embargo, lograr una mayor eficacia requiere
el uso de un regenerador más grande, lo que implica un precio superior
y causa una caída de presión más grande. Por lo tanto, el uso de un regenerador
con una eficacia muy alta no puede justificarse económicamente a menos
que los ahorros en costos de combustible superen los gastos adicionales involucrados.
La mayoría de los regeneradores utilizados en la práctica tienen
eficacias por debajo de 0.85.
Bajo las suposiciones de aire estándar frío, la eficiencia térmica de un ciclo
Brayton ideal con regeneración es
5 10 15 20 25
Relación de presiones, r p
FIGURA 9-40
Eficiencia térmica de un ciclo Brayton
ideal con y sin regeneración.
h tér,regen 1 a T 1
T 3
b1r p 2 1k12>k
(9-25)
Por consiguiente, la eficiencia térmica de un ciclo Brayton con regeneración
depende de la relación entre las temperaturas mínima y máxima, así como de
la relación de presión. La eficiencia térmica se grafica en la figura 9-40 para
diversas relaciones de presión, así como para relaciones de temperatura mínima
a máxima. En dicha figura se muestra que la regeneración es más efectiva con
relaciones de presión inferiores y bajas relaciones de temperatura mínima a
máxima.
T, K
1 300
q entrada
3
EJEMPLO 9-7 Ciclo de una turbina de gas real
con regeneración
Determine la eficiencia térmica de la turbina de gas descrita en el ejemplo
9-6 si se instala un regenerador que tiene una eficacia de 80 por ciento.
300
1
2a
5
4a
q regeneración = q ahorrado
Solución La turbina de gas analizada en el ejemplo 9-6 se ha equipado con
un regenerador. Para una eficacia especificada se determinará la eficiencia
térmica.
Análisis El diagrama T-s del ciclo se muestra en la figura 9-41. Primero
determine la entalpía del aire a la salida del regenerador. Emplee la definición
de eficacia:
FIGURA 9-41
Diagrama T-s del ciclo Brayton regenerativo
descrito en el ejemplo 9-7.
s
Por lo tanto,
0.80
h 5
h 4a
h 2a
h 2a
h 5 605.39 kJkg
880.36 605.39 kJkg h 5 825.37 kJkg
q entrada h 3 h 5 11 395.97 825.37 2 kJ >kg 570.60 kJ >kg
Esto representa un ahorro de 220.0 kJ/kg de los requerimientos de entrada de
calor. La adición de un regenerador (en el que se supone que no hay fricción)
no afecta la salida de trabajo neto. De tal manera que,
w neto 210.41 kJ >kg
h tér 0.369 o 36.9%
q entrada 570.60 kJ >kg