CICLOS DE POTENCIA DE GAS516

EJEMPLO 9-5 El ciclo Brayton ideal simple

Una central eléctrica de turbina de gas que opera en un ciclo Brayton ideal tiene una relación de presión de 8. La temperatura del gas es de 300 K en la entrada del compresor y de 1 300 K en la entrada de la turbina. 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 Se tiene una planta de energía que opera en un ciclo Brayton ideal. Se determinarán la temperatura del gas a la salida del compresor y de la turbina, la relación del trabajo de retroceso y la eficiencia térmica.Suposiciones 1 Existen condiciones estacionarias de operación. 2 Son apli-cables las suposiciones de aire estándar. 3 Los cambios de energía cinética y potencial son insignificantes. 4 Se considerará la variación de los calores específicos con la temperatura.Análisis El diagrama T-s del ciclo Brayton ideal descrito se muestra en la figura 9-35, en la que se observa que los componentes involucrados en el ciclo Brayton son dispositivos de flujo estacionario.a) Las temperaturas del aire en la salida del compresor y la turbina se deter-minan de las relaciones isentrópicas:

Proceso 1-2 (compresión isentrópica de un gas ideal):

Proceso 3-4 (expansión isentrópica de un gas ideal):

b) Para encontrar la relación del trabajo de retroceso, se necesita encontrar la entrada de trabajo al compresor y la salida de trabajo de la turbina:

Por lo tanto,

Es decir, 40.3 por ciento de la salida del trabajo de la turbina se emplea úni-camente para activar el compresor.c) La eficiencia térmica del ciclo es la relación entre la salida de potencia neta y la entrada de calor total:

s

T, K

2

3

4

1

P = consta

nte

P = constante

wturb

wcompresor

rp = 8

1 300

300

qsalida

qentrada

FIGURA 9-35Diagrama T-s para el ciclo Brayton estudiado en el ejemplo 9-5.

(a la salida del compresor)

w neto � w salida � w entrada � 606.60 � 244.16 � 362.4 kJ >kg

q entrada � h 3 � h 2 � 1 395.97 � 544.35 � 851.62 kJ >kg

r bw � w comp,entrada

w turb,salida �

244.16 kJ >kg

606.60 kJ >kg � 0.403

w turb,salida � h 3 � h 4 � 1 395.97 � 789.37 � 606.60 kJ >kg

w comp,entrada � h 2 � h 1 � 544.35 � 300.19 � 244.16 kJ >kg

(a la salida de la turbina)

h 4 � 789.37 kJ >kg

P r 4 � P 4

P 3 P r 3 � a 1

8 b 1330.9 2 � 41.36 S T 4 � 770 K  

P r 3 � 330.9

T 3 � 1 300 K S h 3 � 1 395.97 kJ >kg

h 2 � 544.35 kJ >kg

P r 2 � P 2

P 1 P r 1 � 18 2 11.386 2 � 11.09 S T 2 � 540 K  

Pr1 1.386

T1 300 K h1 300.19 kJ kg

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