Docstoc

Gas Power Systems - 3

Document Sample
Gas Power Systems - 3 Powered By Docstoc
					Diagramas indicadores
  Instrumento analógico que mide la presión vs. el
  desplazamiento en una máquina recíproca. La
  gráfica está en términos de P y V.


     p                      El área es proporcional al
                            trabajo realizado por ciclo




                                  V
Diagramas indicadores
      El trabajo por ciclo se representa en términos
      de la presión efectiva media y el
      desplazamiento.
  p

                     MEP = Presión efectiva media

                    V
                           X = Desplazamiento
Diagramas indicadores
Para calcular el trabajo por ciclo utilice el MEP
y el desplazamiento.
     Trabajo = MEP ´ A ´ desplazamiento
  MEP = kiY, donde ki es una constante
  Y = ordenada promedio en el diagrama indicador.
  X = desplazamiento
  A = área del calor del cilindro.

            Trabajo  kiYA
El ciclo Otto: Máquina de ignición por chispa
p d
                                Procesos:
                                a-b Entrada
  c                         e   b-c Compresión
                                c-d Combustiones
  a                         b       (ignición iniciada
                            V        por chispa)
                                d-e Golpe de potencia
                                e-f Gas exhausto
                                b-a Golpe exhausto
           Desplazamiento

      Volumen de vacío
El ciclo Otto: Diagramas
                                                             4
p   4
                                    T
                                        3
    3                          5                            5
    1                          6
                           2            2,6
                               V                                 s
Diagrama P-V para el sistema real       Este es el diagrama T-s
de masa variable.                       para el sistema de masa fija.
El ciclo Otto reversible: Análisis termodinámico

    Q H  C v (T4  T3 )


    Q L  C v (T5  T6 )


       Q H  QC      T5  T6
               1
          QH         T4  T3
El ciclo Otto de aire estándar
      v
  r 
    v
            6
                            1  rv               1 k

      v     3
Suposiciones clave:
1. Procesos internamente reversibles
2. Calores específicos constantes

Consecuencias importantes:
1. La eficiencia es independiente del fluido de trabajo.
2. La eficiencia es independiente de las temperaturas.
Máquina de ignición por compresión:
Diagrama indicador ideal
                                   Procesos:
     a        b                    a-b Combustión
 p
                                         (P = constante)
                                   b-c Expansión
                              c          (s = constante)
     e                             c-d Exhausto
                              d
                               V         (V = constante)
                                   d-e Exhausto
                                         (P = constante)
                                   e-d Entrada
             Desplazamiento
                                         (P = constante)
         Volumen de vacío          d-a Compresión
                                         (s = constante)
Ciclo diesel de aire estándar: Eficiencia térmica
                   QC
              1
                   QH
            QH  C p Tb  Ta 
            QC  C v (Tc  Td )
         C v (Tc  Td )       (Tc  Td )
    1                 1
         C p (Tb  Ta )      k (Tb  Ta )
p a         b               Ciclo Diesel de aire estándar
                            c
 e                                    Eficiencia térmica
                            d
                             V
                                           1  rck  1 
                                    1   k 1 
                                           r  k r  1 
                                                           
           Desplazamiento                  v  c         
      Volumen de vacío

                     vb                                    vd
Razón de corte: rc              Razón de compresión: rv 
                     va                                    va
                                                             vc
                                  Razón de expansión:   re 
                                                             vb
Comparación de los
ciclos Diesel y Otto
Comparación de los ciclos Otto y Diesel
   Comparación No. 1:
   (a) Mismo estado de admisión (P,V)
   (b) Misma razón de compresión, rv
   (c) Mismo QH


 Factor clave: adición de calor a volumen constante del
 ciclo Otto vs. adición de calor a presión constante del ciclo
 Diesel.
p   c   Ciclo Otto: con una condición de
        admisión especificada como “a” con
        razón de compresión dada rv = va/vb

    b

                           d

                           a

         Desplazamiento        V
p       Ciclos Otto y Diesel con las mismas
    c
        condiciones de compresión en la admisión
        como “a” y la misma razón de compresión, rv.


    b         c*
                              d*
                              d

                               a

          Desplazamiento           V
          p       c


              b       c*
                                d*
                                d
                                a
                                    V
  Ciclo Diesel                 Ciclo Otto
         1     rck  1 
  1   k 1               1 r   1 k
         r  k r  1                v
         v  c          
Análisis de la primera ley del proceso de
adición de calor

        dU  Q  W
  Otto: adición de calor con V = 0 en el proceso
  b  c. dW = 0, y P y T crecientes
  Diesel: adición de calor con P = constante en
  el proceso b  c*. dW > 0, y P y T menores
  que en el ciclo Otto.
              V = const.
    Tc                         Ciclo Otto
T                          c
    Tc*                           c*
             P = const.
                                   Ciclo Diesel
     b
                                  d*
                           d
         a

                                   s
Diagramas T-s para igual adición de calor
     Tc
 T                        c
     Tc*                        c*    Las áreas bajo las
           QH                         trayectorias de
                                      proceso b  c y b 
      b                               c* son iguales con el
                                d*
                          d           supuesto de igual
      a
                                      adición de calor, QH.
                                 s


                QH,Otto = QH,Diesel
Comparaciones de eficiencia
 T   Tc                  c
     Tc*                         c*
                                      Cuando QH y rv son las
                                      mismas para ambos ciclos
     b
                                 d*
     a                  d
                                      OTTO   DIESEL
                                 s

           QC,Otto < QC,Diesel
Comparación de los ciclos Otto y Diesel

  Comparación No. 2:
  (a) Mismo estado de admisión (P,V)
  (b) Misma P máxima
  (c) Misma QH


 La comparación No. 2 es más práctica cuando se
 considera el efecto de “golpeo”. En el ciclo Otto se
 necesitan aproximadamente 11 atm para lograr la
 combustión con el golpe de la máquina.
T   Ciclo Diesel                c
                   c*                    Ciclo Otto

    b*
    b
                                 d
    a                   d* V = Const.
              P = Const.
                                     s
           DIESEL  OTTO
Ciclo de Carnot de aire estándar
Emplea las mismas suposiciones que el ciclo de la turbina de aire estándar.

                                       P  P2 , P3  P4
                                        1
T
    p1          QH       p2             1
                                             TC
                                                 1
                                                     T3
                                             TH      T1
                                                  1 k    k                 1 k    k
    p4                   p3              P                          P2 
                                    1  1                    1  
         QC                               P4                        P3 
                                                     1 k                   (1 k )
                              s            V4                      V3 
                                       1                     1  
                                            V1                     V2 
Ciclo de Carnot de aire estándar: limitaciones
 • La adición de calor a temperatura constante es
   difícil y costosa.
   – Se requiere trabajo porque el fluido se expande.
 • La adición de calor es limitada pues el gran
   cambio del volumen implica una presión media
   baja en el proceso de adición de calor.
   – Los efectos de la fricción pueden ser demasiado
     grandes si la presión media es muy baja.
El ciclo Ericsson de aire estándar
  • Adición y eliminación de calor a presión constante
  • Compresión y expansión a temperatura constante

              Qb-c
                       T = Constante
   p
         b                      c
                                            Ciclo de rescisión
                                            de aire estándar
       Qa-b                             Qc-d


              a          Qd-a           d

                                    v
El ciclo Ericsson de aire estándar
           Qb-c   T = Const.
p b                      c
Qa-b                         Qc-d
                                    T
                                            P = Const.
                                                           c      Qc-d d
                     Qd-a
       a                       d        Qb-c
                             v
                                                                  Qd-a
                                        b
                                                         Qa-b a
                                                                           s
El ciclo Ericsson de aire estándar: Eficiencia
                   Qb-c
          p    b
                          T = Const.
                                  c

        Qa-b                               Qc-d
                                           Wc-d
        Wa-b       a
                          Qd-a         d
                                            v


       WNETO Wc  d  Wa b
             
       QAñadido Qb c  Qc  d
El ciclo Brayton
• Las turbinas de gas modernas operan con
  un ciclo Brayton abierto
  – El aire ambiental se lleva a la toma.
  – Los gases exhaustos se liberan al medio ambiente.

• El ciclo Brayton de aire estándar es cerrado
  – Todos los procesos son internamente reversibles.
  – El fluido de trabajo es aire, que se supone gas ideal.
                        Ciclo real, abierto, de
                        la turbina de gas


                          Qentra

Ciclo de aire
                              WCOMP
estándar, cerrado,
de la turbina de gas.                      WTURB


                                 Qsale
Los procesos de la turbina de gas

• Compresión isentrópica a TH

• Adición de calor a presión constante a TH

• Expansión isentrópica a TC

• Eliminación de calor a presión constante TC
Ciclo Brayton de aire estándar
    Qentr
2   a
                        3
            WCOMP

                                WTURB
1                       4
                                      Qentr
            Qsale   p                 a
                            2                 3
                                                  S = Constante


                                1             4
                                    Qsale         Vv
        Qentra          Ciclo Brayton de aire estándar
p
    2               3
                         s = Constante


        1           4

            Qsale         V
                          V
                         Vv
                         T                Qentra     3
                                                           p2 = p3



                               2                           p1 = p4
                                                    4
                               1
                           s1 = s2
                                         Qsale   s3 = s4        s
Eficiencia térmica del ciclo Brayton ideal
       T           Qentra 3   p2 = p3

           2
                               Wsale
                              p1 = p4
  Wentra                 4
           1
                 Qsale             s


     WFUERA  WENTRA   ( h3  h4 )  h2  h1 
                   
          QH                   h3  h2
 Eficiencia térmica del ciclo Brayton ideal
                        3
  T          Qentra         p2 = p 3

         2
                              Wsale
Wentra                      p1 = p 4
                                       Para un gas ideal, h-h0 = Cp(T - T0).
                        4
                                       Los procesos de compresión y
         1                             expansión son politrópicos con
                                       constante k.
                Qsale            s

                                       (1 k )
                        P2                     k
                  1  
                        P1 
Eficiencia del ciclo
 • Se aplican las suposiciones de los gases ideales.

 • Todos los procesos son internamente reversibles
    – La eficiencia del compresor y la turbina es casi el 100%.
 • Supone que el combustible que se agrega en el
   quemador es un porcentaje pequeño (masa o moles)
   del flujo total, por lo que las propiedades del aire
   proporcionan una buena estimación del rendimiento
   del ciclo.
El ciclo dual
• El ciclo dual está diseñado para aprovechar
  algunas de las ventajas de los ciclos Otto y
  Diesel.

• Es la mejor aproximación a la operación real
  de la máquina de ignición por compresión.
El ciclo dual
  p          QH,P
         b    c
  QH,V              s = Constante


         a                    d
                                      QC,V
                              e

                                  V
     p         QH,P
           b    c
    QH,V

           a            d
                            QC,V
                        e

                            V
               C v (Td  Te )
  1
       CV (Tb  Ta )  C P (TC  Tb )
               (Td  Te )
   1 
        (Tb  Ta )  k (TC  Tb )
               QH,P                Ve
           b    c             rv 
    QH,V
                                   Va
                                   Vc
           a          d
                              rc 
                                   Vb
                      e            Pb
                              rP 
                          V        Pa

         1       r r 1          
                             k

  1  k 1 
                          p c
                                  
       rv  rp  1  krp (rc  1) 
                                 

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:19
posted:9/17/2012
language:Spanish
pages:38