Sesión 12: TERMODINÁMICA Segunda Ley de la Termodinámica Sistema de Potencia de Gas 2016 – III Ing. Jonathan Alain Sánchez Paredes Máquinas Térmicas Turbina a Gas 3 Módulo TG 4 . Procesos Termodinámicos . ¿Te gustaría conocer un poco más de la Termodinámica? Pues bien… veamos la importancia de este curso en el campo de la ingeniería. 6 6 . 7 . 8 . el estudiante será capaz de analizar la segunda ley de la Termodinámica en los diferentes procesos de los ciclos Rankine y Joule- Brayton considerando sus principales componentes. Resultados de Aprendizaje Al finalizar la unidad. Contenido SISTEMA DE POTENCIA DE GAS Ciclo Joule-Brayton: descripción. 9 . Ciclo real: eficiencia. Aplicaciones. componentes. eficiencia Parámetros característicos. 10 . se consigue finalmente un ciclo que se parece en gran medida al real pero que está formado en su totalidad de procesos internamente reversibles. Tal ciclo es llamado un ciclo ideal. CONSIDERACIONES BÁSICAS PARA EL ANÁLISIS DE LOS CICLOS DE POTENCIA Cuando al ciclo real se le eliminan todas las irreversibilidades y complejidades internas. expansión isentrópica. EL CICLO DE CARNOT Y SU VALOR EN INGENIERÍA El ciclo de Carnot se compone de cuatro procesos totalmente reversibles: adición de calor isotérmica. rechazo de calor isotérmico y compresión isentrópica. 11 . 12 . 2. El fluido de trabajo es aire que circula de modo continuo en un circuito cerrado y siempre se comporta como un gas ideal. El proceso de combustión es sustituido por un proceso de adición de calor desde una fuente externa. 3. 4. 13 . Todos los procesos que integran el ciclo son internamente reversibles. El proceso de escape es sustituido por un proceso de rechazo de calor que regresa al fluido de trabajo a su estado inicial. SUPOSICIONES DE AIRE ESTÁNDAR 1. 14 . CICLO BRAYTON: EL CICLO IDEAL PARA LOS MOTORES DE TURBINA DE GAS 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 15 . 16 . 1 η𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡.𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵 = 1 − (𝑘𝑘−1)⁄𝑘𝑘 𝑟𝑟𝑝𝑝 Donde k = relación de calores específicos 17 . Relación trabajo Retroceso: ¿Cuánto del trabajo entregado por al turbina se gasta en el compresor? 𝒘𝒘𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄.𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔 18 .𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆𝒆 𝒓𝒓𝒃𝒃𝒃𝒃 = 𝒘𝒘𝒕𝒕𝒕𝒕𝒕𝒕𝒕𝒕. 19 . Incrementar las temperaturas de entrada de la turbina (o de quemado). Incremento de las eficiencias de los componentes de turbomaquinaria. 3. 2. Adición de modificaciones al ciclo básico. Desarrollo de las turbinas de gas 1. La temperatura del gas es de 300 K en la entrada del compresor y de 1 300 K en la entrada de la turbina. 20 . EJEMPLO 1: Una central eléctrica de turbina de gas que opera en un ciclo Brayton ideal tiene una relación de presión de 8. 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: 21 . Proceso 3-4 (expansión isentrópica de un gas ideal): b) Para encontrar la relación del trabajo de retroceso 22 . c) La eficiencia térmica del ciclo 23 . Desviación de los ciclos reales de turbina de gas en comparación con los idealizados 24 . Determine a) la relación del trabajo de retroceso. EJEMPLO 2: Del ciclo de la turbina de gas analizado en el ejemplo anterior. b) la eficiencia térmica y c) la temperatura de salida de la turbina. Suponga una eficiencia del compresor de 80 por ciento y una eficiencia de la turbina de 85 por ciento. 25 . Solución: 26 . a) la relación del trabajo de retroceso 27 . 28 . el aire sale del compresor a una temperatura y entalpía más altas.b) En este caso. c) La temperatura del aire en la salida de la turbina se determina a partir de un balance de energía en la turbina: 29 . CICLO BRAYTON CON REGENERACIÓN 30 . y la entrada al compresor opera a 90 kPa y 15 °C. EJERCICIO 1: Considere un ciclo Brayton simple que usa aire como fluido de trabajo. ¿Qué tendrá mayor impacto en la relación de trabajo de retroceso: una eficiencia isentrópica de compresor de 90 por ciento o una eficiencia isentrópica de turbina de 90 por ciento? Use calores específicos constantes a temperatura ambiente. una temperatura máxima de ciclo de 600 °C. tiene una relación de presiones de 12. 31 . 7457 b) 0. 32 Respuestas: a) 0.7456 . Determine el flujo másico de aire necesario para una producción neta de potencia de 70 MW.000 K. Suponga calores específicos constantes a temperatura ambiente.037 kg/s 33 . y b) 85 por ciento. una temperatura de entrada al compresor de 300 K y una temperatura de entrada a la turbina de 1. EJERCICIO 2: Se usa aire como fluido de trabajo en un ciclo Brayton ideal simple que tiene una relación de presiones de 12. b) 1. Respuestas: a) 352 kg/s. suponiendo que tanto el compresor como la turbina tienen una eficiencia isentrópica de a) 100 por ciento. b) 0. Use calores específicos constantes a temperatura ambiente. Determine la potencia producida por este motor y su eficiencia térmica. y el aire al principio de la compresión está a 70 kPa y 0 °C. EJERCICIO 3: Un motor de avión opera en un ciclo Brayton ideal simple con una relación de presiones de 10.482 34 . Se agrega calor al ciclo a razón de 500 kW. el aire pasa a través del motor a razón de 1 kg/s.2 kW. Respuestas: a) 241. Alan Kay .El mejor modo de predecir el futuro es inventándolo. SIGUIENTE SESIÓN: Ciclos de Motores 36 . ed.). ed. GRACIAS POR SU ATENCIÓN 37 . (2001).: McGraw Hill. & Richards D.: McGraw Hill. M. Wark.F.F.). & Boles. Termodinámica (7ª. Termodinámica (6ª. México D. K. Y. Bibliografía: Cengel. (2012). México D.