Máquinas Térmicas II

Ing. Serapio Quillos Ruiz

PROBLEMAS PROPUESTOS

Ejemplo Nº 1:

Un motor de una turbina a gas de aire estándar básico, ideal tiene una temperatura de entrada al

compresor de 519 °R y una temperatura de entrada a la turbina de 2 520 °R.

Con Cp = 0,24 Btu/Lb K = 1,4 R = Const.

a) Relaciones de presiones que da el máximo W neto.

b) W compresor.

c) W turbina.

d) W neto.

e) Eficiencia del ciclo.

Ejemplo Nº 2:

Resolver el problema Nº 1 suponiendo calores específicos variables

a) Una rp = 15.88 (aplicar unidades inglesas).

b) Una rp = 12.00 (aplicar unidades S.I.).

Ejemplo Nº 3:

En una planta con turbina de gas, la potencia neta de la misma debe de ser de 10 MW, el compresor

aspira el aire a 1 bar y 300 ºK, a la salida de la cámara de combustión las condiciones son de 6 bar y

1 000 °K, la expansión se lleva a cabo en dos turbinas adiabáticas montadas como se muestra en la

figura, de modo tal que la primera debe suministrar el 50% de la potencia requerida por el

compresor, la potencia restante es suministrada por un motor eléctrico. Las eficiencias isoentrópicas

del compresor y las turbinas pueden considerarse de 100%. En la cámara de combustión se usa un

combustible de P.c. = 42 000 KJ / Kg.

Determinar:

a) P(KN/m2) y T (°K) en el punto (4)

b) Determinar el flujo de aire en el compresor en Kg/s.

c) Determinar el consumo de combustible (Kg/min) si la eficiencia de combustión es de 95%.

d) Si en la planta se usara un generador con 70% de efectividad, determinar la ra/c en la cámara.

COMBUSTIBLE

1

3 2

COMBUSTOR

C T

4

T CARGA

5

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Ing. Serapio Quillos Ruiz

Problema Nº 4:

De una turbina a gas se conocen los siguientes datos:

h1 = 18 Kj/Kg (Entalpía de entrada al compresor).

h2 = 180 Kj/Kg (Entalpía de salida del compresor).

h3 = 800 Kj/Kg (Entalpía de entrada a la turbina).

h4 = 350 Kj/Kg (Entalpía de salida de la turbina).

hf = 43 000 Kj/Kg (Poder calorífico del combustible).

ηcc = 1(Rendimiento de la cámara de combustión).

ma = 12 Kg/seg (Flujo másico del aire).

Calcular:

a) Gasto másico del combustible.

b) Trabajo útil del ciclo.

c) Potencia de la instalación.

Se ha depreciado la masa del combustible para el cálculo de la potencia

Problema Nº 5:

Un motor a reacción funciona de acuerdo al ciclo joule-brayton, si las condiciones de admisión al

compresor son de 0,96 bar y 285 ºK, y el ingreso de la turbina es 8 bar y 1300 ºK, y el combustible

usado tiene un poder calorífico de 36 MJ/Kg, y se quema con una eficiencia de 95%.

a) Determinar la velocidad de los gases a la salida de la tobera en m /s

b) Determinar la ra /c, en la cámara de combustión.

Problema Nº 6:

Una turbina a gas produce 1000 MW en las siguientes condiciones, presión y temperatura de entrada

del aire 100 kPa - 300ºK la relación de presión es 10 es combustible tiene P.C. de 40 000 KJ/Kg. La

relación de combustible – aire es de 0,010 los productos de la combustión equivalen a 400% del aire

teórico.

Calcular el flujo de aire.

Problema Nº 7:

Una planta productora de energía a gas produce 800 Kw, mientras funciona en las siguientes

condiciones: el aire hace su ingreso a 100 KPa, y 300 ºK; la relación de presiones es 10 y el

combustible a utilizar tiene un poder calorífico de 47 886 KJ/Kg, y se tiene una relación de

combustible – aire de 0,017 Kg com. /Kg. Aire; los productos de la combustión equivalen a 400%

de aire teórico.

Calcular el flujo de aire, el trabajo total realizado por la turbina y el trabajo efectuado en el

compresor, así como la eficiencia térmica del ciclo.

0.96 bar

4

3

1

5

2

C.C.

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Ing. Serapio Quillos Ruiz

Problema Nº 8:

Una planta generadora de energía funciona bajo un ciclo joule-brayton ideal estándar, en el cual el

aire entra al compresor a 27ºC y 100 KPa. La relación de presiones es 10 y la máxima temperatura

permisible es de 1350 ºK, las eficiencias internas del compresor y de la turbina son ambas de 85%,

y existe una caída de 27 Kpa entre la descarga del compresor y la admisión en la turbina.

Determine:

a. La presión y la temperatura en cada estado del ciclo.

b. El trabajo especifico desarrollado por el compresor, el realizado por la turbina y la eficiencia

térmica del ciclo.

Problema Nº 9:

Una planta de potencia con turbina a gas trabaja con un ciclo joule-brayton estándar, en donde el

aire ingresa al compresor a 300 °K y 100 kPa, la relación de presiones es 10 y la máxima

Temperatura permisible del ciclo es 1 350 °K. Determinar:

a) La presión y la temperatura en cada estado.

b) Trabajo realizado en el compresor, efectuado por la turbina, y la eficiencia térmica del ciclo.

Problema Nº 10:

En la figura el compresor utiliza una potencia de 500KW y comprime el aire desde 1 bar y 17 ºC,

hasta 4 bar, el calor intercambiado en el regenerador es de 400 KW, el combustible tiene un

Pc = 30 000 KJ/Kg : ra/c =40 ; nm =95% para el turbo compresor.

nad =100%, asumir para el aire y gases de combustión Cp=1,0035 KJ/Kg-°K

a) Determinar la potencia neta en KW

b) Determinar la eficiencia del regenerador en %

4

COMBUSTIBLE

1

3 2

C.C.

C T