Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CICLOS DE POTENCIA DE GAS
cionado un ciclo Brayton simple que usa argón como fluido
de trabajo y tiene una relación de presiones de 6. El intercambiador
de calor de rechazo de calor mantiene el estado a la
entrada del compresor a 50 kPa y 20 °C. Usted ha decidido
usar colectores solares para servir como fuente de calor. Las
pruebas de estos colectores dan los resultados de aumento de
temperatura que se muestran en la figura. Desarrolle una gráfica
de la potencia que producirá este sistema, y su eficiencia
térmica, como función del flujo másico de argón. ¿Hay un
flujo másico “óptimo” con el que se debe operar esta planta
de generación eléctrica?
Aumento de temperatura, °C
200
150
0
0 1
Flujo de gas, kg/s
FIGURA P9-217
9-218 Si el control de temperatura a la entrada del compresor
del problema 9-217 se avería, la temperatura a la entrada
del compresor varía linealmente con el flujo de gas. Es 40
°C cuando el flujo es 0 kg/s, y 0 °C cuando el flujo es de 2
2
kg/s. Desarrolle un programa que estime la potencia producida
y la eficiencia térmica cuando el flujo de argón varía de
0.01 kg/s a 2 kg/s. ¿Hay un flujo óptimo al que se debe operar
esta planta de generación eléctrica?
9-219 Desde que Aegidius Elling, de Noruega, la introdujo
en 1903, la inyección de vapor de agua entre la cámara de
combustión y la turbina se usa incluso en algunas turbinas
modernas de gas que están actualmente en operación, para
enfriar los gases de combustión a una temperatura metalúrgicamente
segura, al mismo tiempo que aumenta el flujo másico
a través de la turbina. Actualmente hay varias plantas de turbina
de gas que usan inyección de vapor de agua para aumentar
la potencia y mejorar la eficiencia térmica.
Considere una planta de generación eléctrica de turbina de
gas cuya relación de presión es 8. Las eficiencias isentrópicas
del compresor y de la turbina son 80 por ciento, y hay un regenerador
con una efectividad de 70 por ciento. Cuando el flujo
másico de aire a través del compresor es de 40 kg/s, la temperatura
a la entrada de la turbina se vuelve 1.700 K. Pero la
temperatura de entrada a la turbina está limitada a 1.500 K, y
por lo tanto se está considerando la inyección de vapor de agua
a los gases de combustión. Sin embargo, para evitar las complicaciones
relativas a la inyección de vapor, se propone usar
aire en exceso (es decir, admitir mucho más aire que el que se
necesita para llevar a cabo la combustión) para bajar la temperatura
de combustión y, por lo tanto, la temperatura de entrada
a la turbina, al mismo tiempo que se aumenta el flujo másico
y por lo tanto la producción de potencia de la turbina. Evalúe
esta propuesta, y compare el desempeño termodinámico de una
planta de generación eléctrica de turbina de gas de “alto flujo
de aire” con el de una de “inyección de vapor de agua”, en las
siguientes condiciones de diseño: el aire ambiente está a 100
kPa y 25 °C, hay disponible suministro adecuado de agua a 20
°C y la cantidad de combustible suministrado a la cámara de
combustión permanece constante.