Problemas Propuestos de turbinas a gas
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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
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Máquinas Térmicas II
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
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C.C.
Máquinas Térmicas II
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 %
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COMBUSTIBLE
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C.C.
C T