Ayudas visuales para el instructor Calor, trabajo y energía. Primer curso de termodinámica © 2002, F. A. Kulacki Capítulo 8. Módulo 5. Transparencia 1.

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1 Ayudas visuales para el instructor Calor, trabajo y energía. Primer curso de termodinámica © 2002, F. A. Kulacki Capítulo 8. Módulo 5. Transparencia 1 Sistemas de potencia de Gas - 5 Rendimiento real de una turbina Sistemas de potencia de gas - 5 Rendimiento real de una turbina

2 Ayudas visuales para el instructor Calor, trabajo y energía. Primer curso de termodinámica © 2002, F. A. Kulacki Capítulo 8. Módulo 5. Transparencia 2 Sistemas de potencia de Gas - 5 Rendimiento real de una turbinaPanorama Ciclos Brayton internamente irreversiblesCiclos Brayton internamente irreversibles –Estudio de caso Rendimiento real de una turbinaRendimiento real de una turbina

3 Ayudas visuales para el instructor Calor, trabajo y energía. Primer curso de termodinámica © 2002, F. A. Kulacki Capítulo 8. Módulo 5. Transparencia 3 Sistemas de potencia de Gas - 5 Rendimiento real de una turbina Ciclos Brayton internamente irreversibles

4 Ayudas visuales para el instructor Calor, trabajo y energía. Primer curso de termodinámica © 2002, F. A. Kulacki Capítulo 8. Módulo 5. Transparencia 4 Sistemas de potencia de Gas - 5 Rendimiento real de una turbina La irreversibilidad interna está en cada proceso del ciclo abierto.La irreversibilidad interna está en cada proceso del ciclo abierto. Compresión (eficiencia del compresor)Compresión (eficiencia del compresor) Adición de calorAdición de calor Expansión (eficiencia de la turbina)Expansión (eficiencia de la turbina) Análisis del ciclo real: ciclo Brayton

5 Ayudas visuales para el instructor Calor, trabajo y energía. Primer curso de termodinámica © 2002, F. A. Kulacki Capítulo 8. Módulo 5. Transparencia 5 Sistemas de potencia de Gas - 5 Rendimiento real de una turbina La irreversibilidad interna disminuirá el trabajo de salida y decrecerá la eficiencia térmica. También inducirá una mayor producción de entropía. 2 3 14 p 1 = p 4 T,h p 2 = p 3 s s 3 = s 4 1

6 Ayudas visuales para el instructor Calor, trabajo y energía. Primer curso de termodinámica © 2002, F. A. Kulacki Capítulo 8. Módulo 5. Transparencia 6 Sistemas de potencia de Gas - 5 Rendimiento real de una turbina Estudio de caso

7 Ayudas visuales para el instructor Calor, trabajo y energía. Primer curso de termodinámica © 2002, F. A. Kulacki Capítulo 8. Módulo 5. Transparencia 7 Sistemas de potencia de Gas - 5 Rendimiento real de una turbina Dados: eficiencia de la turbina y el compresor del 80%, los datos de operación se dan a continuación. No hay irreversibilidad interna en el quemador. Encontrar: para el ciclo real, la eficiencia térmica, la razón W comp /W turb y la producción de entropía. Estudio de caso QHQHQHQH QCQCQCQC W ENTRA W SALE a b’ d’ ccT s a b b’ d’ d

8 Ayudas visuales para el instructor Calor, trabajo y energía. Primer curso de termodinámica © 2002, F. A. Kulacki Capítulo 8. Módulo 5. Transparencia 8 Sistemas de potencia de Gas - 5 Rendimiento real de una turbina Nota: los valores de h y s o provienen de las tablas de gases, y todos los datos iniciales se dan aquí, pero en la práctica éste no es necesariamente el caso.

9 Ayudas visuales para el instructor Calor, trabajo y energía. Primer curso de termodinámica © 2002, F. A. Kulacki Capítulo 8. Módulo 5. Transparencia 9 Sistemas de potencia de Gas - 5 Rendimiento real de una turbina Proceso de los cálculos Nota: Las razones de presión para los procesos isentrópico y real son las mismas, y por tanto  s =  s o.

10 Ayudas visuales para el instructor Calor, trabajo y energía. Primer curso de termodinámica © 2002, F. A. Kulacki Capítulo 8. Módulo 5. Transparencia 10 Sistemas de potencia de Gas - 5 Rendimiento real de una turbina Eficiencia térmica y razón de trabajo Obsérvese que se tiene una razón elevada del trabajo de compresión al de expansión, lo cual es típico de los sistemas de turbinas de gas. La variable clave es la temperatura de entrada a la turbina, T c, que debe ser tan grande como sea posible. T c está limitada por la capacidad de enfriamiento del material y las aspas de la turbina. Obsérvese que se tiene una razón elevada del trabajo de compresión al de expansión, lo cual es típico de los sistemas de turbinas de gas. La variable clave es la temperatura de entrada a la turbina, T c, que debe ser tan grande como sea posible. T c está limitada por la capacidad de enfriamiento del material y las aspas de la turbina.

11 Ayudas visuales para el instructor Calor, trabajo y energía. Primer curso de termodinámica © 2002, F. A. Kulacki Capítulo 8. Módulo 5. Transparencia 11 Sistemas de potencia de Gas - 5 Rendimiento real de una turbina Las tasas de producción de entropía se basan en la aplicación del balance de entropía para un sistema abierto, para cada proceso dentro del ciclo. Los procesos de adición y eliminación de calor ocurren a temperaturas alta y baja, respectivamente; por tanto, arrojan una producción de entropía a partir del proceso de transferencia de calor ausente en los cálculos anteriores. Producción de entropía Producción de entropía

12 Ayudas visuales para el instructor Calor, trabajo y energía. Primer curso de termodinámica © 2002, F. A. Kulacki Capítulo 8. Módulo 5. Transparencia 12 Sistemas de potencia de Gas - 5 Rendimiento real de una turbina La eficiencia de Carnot para el ciclo Q H, T H Q C, T C (Representación general del ciclo) Aquí, la diferencia en los cálculos de la eficiencia indica un nivel alto de la producción externa de entropía. Aquí, la diferencia en los cálculos de la eficiencia indica un nivel alto de la producción externa de entropía.

13 Ayudas visuales para el instructor Calor, trabajo y energía. Primer curso de termodinámica © 2002, F. A. Kulacki Capítulo 8. Módulo 5. Transparencia 13 Sistemas de potencia de Gas - 5 Rendimiento real de una turbina Curvas de eficiencia T,h p 2 = p 3 s S 1 = S 2 S 3 = S 4 1 s’ 2 s’ 4 p 1 = p 4  Razón de presión, p 2 /p 1 24 0.9 0.8 0.7 0.1 0.25 La eficiencia del ciclo Brayton depende mucho de las eficiencias de la turbina y el compresor. Las curvas de la izquierda son aproximadas.

14 Ayudas visuales para el instructor Calor, trabajo y energía. Primer curso de termodinámica © 2002, F. A. Kulacki Capítulo 8. Módulo 5. Transparencia 14 Sistemas de potencia de Gas - 5 Rendimiento real de una turbina Fin de Sistemas de potencia de gas - 5

15 Ayudas visuales para el instructor Calor, trabajo y energía. Primer curso de termodinámica © 2002, F. A. Kulacki Capítulo 8. Módulo 5. Transparencia 15 Sistemas de potencia de Gas - 5 Rendimiento real de una turbina Términos y conceptos clave Ciclo Brayton Eficiencia real de un ciclo