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1. Una caldera de un nivel de presión de una planta de potencia que trabaja según un ciclo de Rankine está constituida por un evaporador en la zona de radiación y un economizador y un sobrecalentador en la zona conectiva. Se conocen los siguientes datos: PN = 50 bares; Temperatura del vapor = 650ºC; T.alimentación = 60ºC; Gasto másico del vapor nominal = 300 Kj/s; T.de los gases de combustión a la entrada del calentador = 680ºC; T.ambiental = 20ºC; T.humos chimenea = 115ºC; AP = 5ºC; PCIcombustible = 42 Mj/kg. Despreciar el gasto de combustible frente al aire mf+ma = ma. Se pide: a) Representar un esquema de la caldera con sus diferentes intercambiadores de calor, así como el diagrama Q-T. b) Calcular la temperatura del gas y del agua a la entrada y salida de cada intercambiador. c) Calcular el gasto másico de combustible y la relación combustible-aire. d) Potencia útil nominal y rendimiento de la caldera. Suponer que gases combustible y aire se comportan como gases ideales.

2. De una caldera de recuperación de calor instalada en un ciclo combinado se conocen los siguientes datos de diseño: P.calderín = 40 bar; T.vapor = 650ºC; T.alimentación agua caldera = 60ºC; PP = 10ºC; AP = 5ºC; T.gases escape turbina gas = 795ºC; Gasto másico de gas = 350 Kj/s a) Representar esquemáticamente y diagrama Q-T. b) Gasto de vapor producido por la caldera. c) Temperatura gases a la salida de la caldera. d) Estimar la superficie de intercambio de calor del economizador y la caldera si se sabe que en función de U e) Suponiendo T.entrada a 85ºC se pide calcular el nuevo gasto de vapor producido y la variación de calor intercambiado en la caldera. ¿Interesa hacer la modificación en vista de la termodinámica?

1. Un aceite combustible tiene por análisis elemental 85% de C, 14% de H y 1% de S. Se quema con 15 Nm3 de aire por kg de combustible. Determinar el exceso de aire, la composición de los humos y el volumen de los mismos (húmedos y secos) por kg de combustible.

2. Un motor sobrealimentado quema isooctano C8H18 con el 120% de aire teórico. Para reducir la formación de NO3 se desea bajar la temperatura máxima de combustión. Calcular GER en % necesario para no superar 2100K en la cámara de combustión, suponiendo que todo el gas recirculado es N2 a 900K. En el momento de introducción del GER, en la cámara de combustión la temperatura es de 500K.

3. Una TG desarrolla una potencia de 47,5MWe con un flujo de calor de 9557 Kj/kW·h utilizando metano como combustible (PCI = 50 Mj/kJ y FAest = 0,058), el flujo de gases de escape es de 132,8 kJ/s a una temperatura de 795ºC. Si el 60 del aire que entra en la cámara de combustión es de dilución y en la zona secundaria se quema el 20% del combustible con una relación de equivalencia de 0,5, ¿cuál es la relación de equivalencia en la zona primaria? Los gases de escape se recogen en una caldera de recuperación para la producción de vapor a 40 bar y 650ºC. La temperatura del agua a la entrada y salida del economizador es de 60 y 245ºC y la temperatura de los gases de escape a la salida del evaporador 260ºC. Calcular el pinch point, approach point y la temperatura de los gases a la salida de la caldera. Suponer que tanto los gases de la combustión como el aire se comportan como un gas ideal con Cp = 1,005 kJ/kg·K

4. En una turbina de gas la resistencia de los materiales requiere temperaturas limitadas de 1100ºC. Consideramos una turbina de gas que usa una mezcla de penteno (C5H12) y aire. El aire comprimido entra en la cámara de combustión a 6,5 bares y 225ºC y el combustible se inyecta a 25ºC. Para una temperatura de salida de los gases de escape a 1100ºC. Calcular la relación combustible-aire global y el aire en exceso. Nota: adiabático = P = cte

5. En un MEC de cuatro tiempos y cinco cilindros opera a 2400 rpm. La inyección de combustible empieza 20º antes del PMS y finaliza 5º después del PMS. Si la combustión comienza 7º antes del PMS, calcular: a) Tiempo que dura una inyección. b) Flujo de combustible a través del inyector (másico). c) El ángulo y tiempo de retraso de la ignición. d) Si el PCI del combustible es 43,5 MJ/kg, ¿qué cantidad de calor se libera teóricamente en el período de combustión premezcla? e) ¿Cuánto calor se libera durante la combustión si su rendimiento es de 0,98?

6. Se va a ajustar una reacción de combustión completa del queroseno para el que se supone una formulación media de C12H24 (Hc = 42550 kJ/kg), suponiendo que se introduce un exceso de aire de 300%. Asimismo, se calculará la temperatura de los gases de combustión al abandonar la cámara de combustión. Se considera proceso adiabático y se suponen las reactantes a la T.de referencia.

7. En un MED el salto de la chispa se produce 18º antes del PMS con el motor a 1800 rpm. La prolongación de la llama comienza 8º después y el apagado 12º después del PMS. El diámetro del cilindro es de 8,4 cm y la bujía está desplazada 8 mm del eje del cilindro. El frente de la llama se puede aproximar a una esfera moviéndose desde la bujía hasta las paredes del cilindro. Calcular la velocidad efectiva del frente de llama si el motor gira a 3000 rpm debido al aumento de turbulencia la velocidad aumenta proporcionalmente a la relación de las velocidades (3000/1800) · 0,85: Vf (N2/N1). El desarrollo del frente de la llama se produce 8º después del salto de la chispa, ¿cuánto ha de avanzarse el encendido para que la combustión termine en el mismo punto anterior?

8. Para reducir la formación de NOx se desea reducir la temperatura óptima a 2200 K. Calcular la cantidad de GER % necesaria suponiendo que el gas de escape está compuesto por N2 y está a 1000 K. El gas que se recicla entra en el conducto de admisión a 1000 K y los demás reactivos a 700 K.

Examen de ordinaria 2016 1. Un gas está formado por 90% de metano, 8% de etano y 2% de nitrógeno. Se utilizan 10,5 Nm3 de aire por Nm3 de gas. Determinar el exceso de aire, la composición de los humos, el volumen y la fracción molar de los mismos (húmedos y secos) por Nm3 de gas.

Examen de ordinaria 2016 2. Un motor de encendido por compresión pera a 310 rpm, la relación de compresión es de 16,5:1, el diámetro 26 cm y la carrera 73 cm. La inyección de combustible en cada cilindro comienza 21º antes del PSM y dura 0,019 s. El retraso de ignición es de 0,0065 s. La presión máxima se alcanza 10º después del PMS y la combustión finaliza 15º más tarde. Calcular: a) Ángulo girado por el cigüeñal cuando finaliza la inyección. b) Duración de la combustión. El rendimiento volumétrico es 0,95, la relación de equivalencia 0,85 y el dosado estequiométrico 14, con un PCI de 43,5 MJ/kg. ¿Qué cantidad teórica de calor se libera en la combustión de difusión y cuánta durante todo el proceso de combustión si este tiene un rendimiento de 0,98?

Examen de ordinaria 2017 1. Disponemos de un residuo orgánico con la composición de la tabla. Calcular el oxígeno necesario para su combustión, el aire estequiométrico y la composición de los gases resultantes de una combustión con el 30% de aire en exceso. La combustión es completa, no se forman óxidos de nitrógeno y no se considera la formación de SO3, sino solo de SO2.

Componentes

% Masa

C

71

H

9,2

S

3,4

O

2,1

N

0,6

W (hum)

12,2

A (ceniza)

1,5

Total

100

Examen de ordinaria 2017 2. Un motor sobrealimentado quema C12H24 con el 125% de aire teórico. Para reducir la formación de NOx se desea bajar la temperatura máxima de combustión. Calcular el GER en % necesario para no superar 2100 K en la cámara de combustión, suponiendo que el gas recirculado es solo una mezcla de N2 y CO2 a 900 K con una proporción 70% y 30% respectivamente. En el momento de la introducción del GER, en la cámara de combustión la temperatura es de 500 K. · Entalpía de formación del combustible hºf = -297051 kJ/Kmol · Variación de entalpía combustible Dh = h500 – hº298 = 71529,3 kJ/Kmol

Examen de ordinaria 2017 3. Una TG desarrolla una potencia de 50 MWe con un flujo de calor de 10000 kJ/kW·h utilizando metano como combustible (PCI = 50 MJ/kg y FAest = 0,058), el flujo de gases de escape es de 150 kg/s a una temperatura de 750ºC. Si el 60% del aire que entra en la cámara de combustión es de dilución y en la zona secundaria se quema el 20% del combustible con una relación de equivalencia de 0,5, ¿cuál es la relación de equivalencia en la zona primaria? Los gases de escape se recogen en una caldera de recuperación para la producción de capor a 40 bar y 630ºC. La temperatura del agua a la entrada y salida del economizador es 60 y 245ºC y la tempertura de los gases de escape a la salida del evaporador 260ºC. Calcular el pinch point, approach point y la temperatura de los gases a la salida de la caldera. Suponer que tanto los gases de la combustión como el aire se comportan como un gas ideal con Cp = 1,005 kJ/kg·h, para el agua Cp = 4,18 kJ/kg·h...