Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CICLOS DE POTENCIA DE GAS
T, K
1 300
300
2s
1
q entrada
2a
q salida
3
4a
FIGURA 9-37
Diagrama T-s del ciclo de turbina de
gas estudiado en el ejemplo 9-6.
4s
s
Análisis a) El diagrama T-s del ciclo se muestra en la figura 9-37. El trabajo
real tanto del compresor como de la turbina se determinan utilizando las definiciones
de las eficiencias del compresor y la turbina, de las ecuaciones 9-19
y 9-20:
Compresor:
Turbina:
Por lo tanto,
w comp,entrada w s 244.16 kJ >kg
305.20 kJ >kg
h C 0.80
w turb,salida h T w s 10.85 2 1606.60 kJ >kg 2 515.61 kJ >kg
r bw w comp,entrada
w turb,salida
Es decir, en este caso el compresor consume 59.2 por ciento del trabajo producido
por la turbina (arriba de 40.3 por ciento). Este aumento se debe a las
irreversibilidades que ocurren dentro del compresor y la turbina.
b) En este caso, el aire sale del compresor a una temperatura y entalpía más
altas, las cuales son determinadas a partir de
305.20 kJ >kg
515.61 kJ >kg 0.592
Por lo tanto,
y
w comp,entrada h 2 a h 1 S h 2 a h 1 w comp,entrada
h tér
300.19 305.20
605.39 kJ >kg 1y T 2 a 598 K 2
q entrada h 3 h 2 a 1 395.97 605.39 790.58 kJ >kg
w neto w salida w entrada 515.61 305.20 210.41 kJ >kg
w neto 210.41 kJ >kg
0.266 o 26.6%
q entrada 790.58 kJ >kg
Esto es, las irreversibilidades que ocurren dentro de la turbina y el compresor
hacen que la eficiencia térmica de la central descienda de 42.6 a 26.6 por
ciento. En este ejemplo se muestra qué tan sensible es el desempeño de una
central eléctrica de turbina de gas respecto a las eficiencias del compresor y
la turbina. De hecho, las eficiencias térmicas de las turbinas de gas no alcanzaron
valores competitivos hasta que se hicieron mejoras significativas en su
diseño y en el de los compresores.
c) La temperatura del aire en la salida de la turbina se determina a partir de
un balance de energía en la turbina:
Entonces, de la tabla A-17,
w turb,salida h 3 h 4 a S h 4 a h 3 w turb,salida
1 395.97 515.61
T 4a 853 K
880.36 kJ >kg
Comentario La temperatura a la salida de la turbina es considerablemente
mayor a la de la salida del compresor (T 2a 598 K), lo que sugiere el uso de
regeneración para reducir costos de combustible.