95936246 Ejercicio de Ciclo combinado Plantas termicas PDF

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Nº días: 358

Nº mes: 12

HERRERA KANTÚN GEOVANI

TAREA 5 CICLO COMBINADO Una turbina de combustión de una CCC tiene una relación de presiones de [13.5 + Nº mes/ 5]. El aire entra al compresor axial a 98 kPa y [23 + Nº mes] ºC con un ´ ) flujo másico ma=( Nº días kg/seg . Recibe calor en la cámara de combustión de tal manera que su temperatura máxima es de [1080 + Nº días/3]ºC. Los gases que salen de la turbina de combustión se aprovechan para producir vapor en un recuperador de calor que produce vapor de agua a 10Mpa y [500 + Nº días/5]ºC que se envía a una turbina de vapor de ciclo rankine, que tiene un condensador que opera a una presión de 10 Kpa. La temperatura de los gases a la salida del recuperador es (150 + Nº mes)ºC. Los procesos en el compresor y la turbina de gas son adiabáticos irreversibles, con eficiencias adiab áticas del 92 % en compresor y 87% en la turbina. La turbina de vapor tiene una eficiencia adiabática = 90 %. La eficiencia del recuperador de calor es 95 %. 1. Hacer esquema del arreglo del equipo y diagrama T-S. ´ v para el ciclo rankine (real) en kg/seg. 2. Calcular el flujo de vapor m 3. Potencias netas reales del ciclo Bratton y Rankine y potencia neta del ciclo combinado en KW. 4. Eficiencias térmicas reales por separado del ciclo Bratton y Rankine y eficiencia del ciclo combinado %. CTU global. 5. Hacer gráfica indicando los tres rendimientos. NOTA: Cálculos del ciclo Bratton con tablas de aire A-17. Datos del ejercicio Relación de presiones= [13.5 + Nº mes/5]= 13.5 +12/5= 15.9 T1=[23+Nº mes]ºC= 23+12=35ºC

con P1=98 Kpa

´ g ¿=358 kg /seg Flujo másico ( m T3=[1080 + Nº días/3]ºC = 1080 + 358/3 = 1199.33ºC T5= (150 + Nº mes) ºC = 150 + 12 = 162ºC T6= (500 + Nº días/5) ºC= 500 + 358/5= 571.6 ºC P6= 10 Mpa

y

P7= 10 Kpa

η ADIABATICA COMPRESOR=92 % η ADIABATICA TURBINA =87 % η ADIABATICA TURBINA VAPOR=90 % η RECUPERADOR=95 % ESQUEMA DEL ARREGLO DEL EQUIPO

Nº días: 358

Nº mes: 12

HERRERA KANTÚN GEOVANI

DIAGRAMA T-S

3 T

Qent Ciclo de gas 4

2

1

6

5 Ciclo de vapor 9

8

7 Qsal CICLO BRAYTON

S

Nº días: 358

Nº mes: 12

HERRERA KANTÚN GEOVANI

PUNTO 1 Se entra con T1 = 308 K en la tabla de propiedades de gas ideal del aire (Tabla A-17 del Yunus), encontramos: T1 (K)

h1 (KJ/Kg)

Pr1

305 308 310

305.22

1.4686

310.24

1.5546

Interpolando: h1= 308.232 kj/kg Pr1= 1.5202 PUNTO 2 Utilizando la relación de presiones se obtiene: P2 Pr 2  P1 Pr 1



rp 

Pr 2 Pr1



Pr 2 r p Pr1

Pr 2=15.9 (1.5202 ) =24.17118 Se entra con

Pr 2=24.17118

a la tabla A-17, interpolando encontramos:

Pr2 23.13 24.17118 24.46

T2 (K) 660

h2 (KJ/Kg) 670.47

670

681.14

Interpolando: T2= 667.82 K

y

h2= 678.82 Kj/kg

PUNTO 3 Se entra con T3 = 1472.33 K en la tabla A-17, interpolando encontramos: T3 (K) 1460 1472.33 1480 h3 = 1602.52 kj/kg

PUNTO 4

h3 (KJ/Kg) 1587.63

Pr3 537.1

1611.79

568.8

y

Pr3 = 556.64

Nº días: 358

Nº mes: 12

HERRERA KANTÚN GEOVANI

Utilizando la relación de presiones se obtiene:

P3 Pr 3  P4 Pr 4



rp 

Pr 3 Pr 4



Pr 4 

Pr 3 rp

Pr4 = 556.64/15.9 = 35 Se entra con Pr4 = 35 a la tabla A-17, interpolando encontramos:

Pr4 33.72 35 35.50 T4 = 737.19 K

T4 (K) 730

h4 (KJ/Kg) 745.62

740

756.44 h4 = 753.4 kj/kg

y

PUNTO 5 Se entra con T5 = 435 K en la tabla A-17, interpolando encontramos: T5 (K) 430 435 440

h5 (KJ/Kg) 431.43 441.61

h5 = 436.52 kj/kg W cs =0.92 W cr W comp =h2−h1 =678.82−308.232=370.588 kj / kg W cs 370.588 = =402.81 kj / kg W cr = 0.92 nc nc =

W tr =0.87 W ts W turb =h3−h4=1602.52 −753.4 =849.12 kj / kg W tr=W ts nT =( 849.12 ) ( 0.87 ) =738.73 kj/kg W neto−turb=W tr −W cr=738.73−402.81 =335.92 kj / kg ´ ´ cr = 402.81 kj 358 kg =144205.98 Kw W seg kg ´ turb = 849.12 kj 358 kg =303984.96 Kw W kg seg ´ neto −turb= 335.92 kj 358 kg =120259.36 Kw W kg seg nT =

( (

)( )(

(

) )

)(

)

Nº días: 358

Nº mes: 12

HERRERA KANTÚN GEOVANI

q H =h 3−h2r hallando h2r W cr =h 2r −h1 h2 r =W cr + h1=402.81+308.232 =711.042 kj / kg q H =h 3−h2 r =1602.52−711.042=891.478 kj / kg nciclo− gas=

W neto−turb 335.92 =0.3768 ó 37.68 % = 891.478 qH

CICLO RANKINE TABLAS DE VAPOR YUNUS Punto 6 Con la presión de 10MPa y T6 = 571.6 ºC T6 (C) h6 (KJ/Kg) S6 550 3500.9 6.7561 571.6 600 3625.3 6.9029 Interpolando con los valores de la tabla de agua sobrecalentada: y

h6= 3554.64 kj/kg

Zona Humeda.

Punto 7 P7 = 10 Kpa

S6 = 6.8195 kj/kg K

S6 = S7 = 6.8195 kj/kg K

Con una calidad de: X7=

S7 −S f 7 6.8195−0.6493 =0.82259 ó 82.259 % = S fg7 7.5009

h7= hf 7 + x 7 hfg 7=191.83+ (0.82259 )(2392.8 )=2160.12 kj/kg Punto 8 P8= 10 Kpa

h8= hf =191.83 kj / kg

Punto 9 P9 = 10 Mpa

W Bomba  h9  h8  v f 8  P9  P8 

 h9 

h8   v f 8  P9  P8  

h9  h8  v f 8  P9  P8 

h9=191.83+ 0.001010 (10000 Kpa−10 Kpa )=201.92 kj/kg W bomba = ( h9 −h8 ) =201.92−191.83=10.09 kj /kg W turb− s=h6 −h7=3554.64 −2160.12 =1394.52 kj / kg

Nº días: 358

Nº mes: 12

HERRERA KANTÚN GEOVANI

W turb =0.90 W turb−s W turb =W turb− s nturb =1394.52( 0.90) =1255.068 Kj /kg W neta=W turb−W bombas=1255.068−10.09 =1244.978 kj / kg nturb −vapor =

q H =h 6−h 9=3554.64−201.92=3352.72 kj / kg Balance del intercambiado de calor

m ´ g ( h4 −h5 ) ( 0.95 )= m ´ s (h6 −h9 ) m ´ g (h4 −h5)( 0.95) 358(753.4 − 436.52)(0.95) 107770.888 = =32.144 kg /seg = m ´ s= (3554.64−201.92) 3352.72 (h6−h9) ´ net −cr = m ´ s W net =( 32.144) (1244.978 )= 40018.573 Kw W W net −cr 1244.978 ncr = = =0.37133 ó 37.133 % q H −cr 3352.72

CICLO COMBINADO 

WCCC Wnet  gas 

mS 

W net vapor

mg W CCC =335.92+ 

W

32.144 ( 1244.978 )=447.70372 kj/kg 358



CCC

W



net gas

 W net  vapor

´ CCC =120259.36+ 40018.573=160 277.933 Kw W Rendimiento global del ciclo combinado ´ CCC W ´ CCC 160 277.933 160 277.933 W = = nTotal −CCC = = =0.5022 ó 50.22 % Q´ H −CB q H ∙m 891.478 (358 ) 319149.124 3600 3600 = CTU CCC= =7168.46 kj / KWH n Total−CCC 0.5022 g

GRÁFICA DE EFICIENCIAS

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HERRERA KANTÚN GEOVANI

60

Como se puede apreciar en la gráfica anterior, las eficiencias son:

50 40 30 20 10 0 CICLO RANKINE

37.13% CICLO BRAYTON CICLO COMBINADO

CICLO BRAYTON

37.68% 50.22%

CICLO COMBINADO

CICLO RANKINE

Nº días: 358

Nº mes: 12

HERRERA KANTÚN GEOVANI

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

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Carrera

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ING. MECÁNICA

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Titulo del Trabajo

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TAREA 5. CENTRAL CICLO COMBINADO PLANTAS TERMICAS

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Nombre

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HERRERA KANTÚN GEOVANI DE J.

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Maestro

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ING. JUAN DE DIOS BUSTOS TORRES

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Fecha ----------26 MAYO DE 2011...