OBJ 5

Un ciclo Brayton tiene aire que entra al compresor a 27 °C y 100 kPa. La relación de presión es 10 y la máxima temperatura permisible es 1350 K. Las eficiencias del compresor y la turbina son 85% y existe una caída de presión entre la descarga del compresor y la entrada de la turbina de 27 kPa. Haga el diagrama T-s y determine:

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

b) El trabajo del compresor, de la turbina y la eficiencia del ciclo porkg de aire-

Solución:

Turbina de gas que funciona según un ciclo Brayton abierto

Diagrama T-s

Modelo. Corriente estacionaria, ciclo de aire estándar, Los cambios de energía cinética y potencial son insignificantes, capacidad térmica especifica variable.

Datos:

Relación de presión , la eficiencia del compresor y la turbina

Estado 1Entrada del compresor

Estado 2Salida del compresor

Estado 3Entrada de la turbina

Estado 4Salida de la turbina

Debido a la caída de presión

Debido a que las tablas se encuentran expresadas en temperaturas absolutas convertimos y en una temperatura absoluta.

Análisis:El compresor y la turbina son irreversibles. Se procede a obtener valores idealizados suponiendo el aire como gas ideal.

El estado a la salida del compresor puede determinarse a partir de la relación de isentropícas. Para un estado de entrada dado, a partir de las tablas de aire:

y

La presión relativa a la salida del compresor es:

Los valores de la temperatura y la entalpia en el estado 2 se aproximan interpolando el valor de

en las tablas. Se obtiene que:

Los valores de la presión relativa y la entalpia en el estado 3 se aproximan aplicando punto medio

del valor de en las tablas con los valores de (1340 °C y 1360°C), obteniendo:

Debido a la caída de presión entre la descarga del compresor y la entrada de la turbina:

La presión relativa a la salida de la turbina es:

Los valores de la temperatura y la entalpia en el estado 4 se aproximan interpolando el valor de

en las tablas. Se obtiene que:

El trabajo del compresor, de la turbina y la eficiencia del ciclo (idealmente):

Los datos anteriores de y son idealizados, procedemos a calcular los valores irreversibles.

Para el compresor, en ausencia de efectos de las energías cinética y potencial.

Como , la entalpía real a la salida del compresor es:

La temperatura a la salida del compresor, se obtiene interpolando con :

Las irreversibilidades en el interior del compresor dan como resultado un aumento de

temperatura de sobre la correspondiente a la compresión isentropíca.

Para la turbina, en ausencia de efectos de las energías cinética y potencial.

, la entalpía real a la salida de la turbina es:

La temperatura a la salida de la turbina, se obtiene interpolando con :

Las irreversibilidades en el interior de la turbina dan como resultado un aumento de temperatura

de sobre la correspondiente a la expansión isentropíca.

a) La presión y la temperatura en cada estado del ciclo:

Estado 1Entrada del compresor

Estado 2Salida del compresor

Estado 3Entrada de la turbina

Estado 4Salida de la turbina

b) El trabajo del compresor, de la turbina y la eficiencia del ciclo (Reales):