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Problema Ciclo Combinado . Se tiene una instalación de ciclo combinado de turbina de gas y turbina de vapor, en la que los gases procedentes de la combustión en la turbina de gas precalientan el agua, vaporizan y sobrecalientan el vapor de agua hasta la temperatura de 300ºC, siendo los datos de la instalación los siguientes: Aire: cp = 1,04 kJ/kgºK ; γ= 1,4 Agua: cp = 4,18 kJ/kgºK ; Turbina de gas: Caudal Másico: 50 kg/seg ; Entrada en el compresor: 20ºC y 1 atm ; Entrada en la turbina: T3 = 850ºC Temperatura de salida del Recuperador de calor (productos de combustión): 120ºC ; Relación de compresión: 7 Rendimientos: η cámara combustión = 1 ; η mec. compresor= η mec. turbina gas = 0,95 ; η C = 0,8 ; η T gas = 0,85 Problema Ciclo Combinado . Turbina de vapor: Rendimiento del generador de vapor: 1 Temperatura de salida del Recuperador de calor (Vapor): 300ºC Presión de entrada a la turbina de vapor (ΑP) : 80 atm Temperatura de entrada a las turbinas de vapor (1) y (2) : 550ºC Presión de entrada a la turbina de vapor (BP): 20 atm Presión en el condensador: 50 mbars Rendimientos: η mec. bombeo = 0,85 ; η mec. turbina vapor = 0,98 ; η T = 0,85 El sobrecalentamiento del vapor de agua a la presión de 80 atm entre 300ºC y 550ºC, así como el recalentamiento a 20 atm hasta los 550ºC, se realizan en el hogar de la instalación de vapor de agua Determinar: 1. El trabajo útil de la turbina de gas y el rendimiento global de la turbina de gas. 2. El trabajo útil de la turbina de vapor 3. El rendimiento de la instalación. Para resolver el problema se supondrá que la pérdida de carga en tuberías, cámara de combustión y caldera es despreciable. Diagrama general de equipos en ciclo combinado Gráfica T vs. S para Turbina de Gas Gráfica T vs. S para Turbina de vapor Nota 1: en el diagrama la bomba parece ser No isentrópica, sin embargo en la resolución se ha asumido con rendimiento de 100% Gráfica T vs. S para Turbina de Gas 1. El trabajo útil de la turbina de gas y el rendimiento global de la turbina de gas. kg kJwww mecc C TmecTgasugas 91,103)( =+= η η 95,0=mecTgasη TgassaireT gg TTCpw η)( 43 −= 95,0=meccη Eficiencia mecánica de la etapa de expansión en la turbina de gas Eficiencia mecánica del compresor en la turbina de gas kgK kJCpaire 04,1= KT g )15,273850(3 += γ γ ρ 1 34 1 − = gg TT s Trabajo de la turbina 7=ρ 4,1=γ C s aireC gg TT Cpw η )( 21 − = 85,0=Tgasη KT g )15,27320(1 += ( ) γ γ ρ 1 12 − = gg TT s 8,0=Cη Eficiencia térmica del compresor en la turbina de gas Eficiencia térmica de la etapa de expansión en la turbina de gas Trabajo del compresor Gráfica T vs. S para Turbina de Gas 1. El trabajo útil de la turbina de gas y el rendimiento global de la turbina de gas. )( 231 gg TTCpq aire ′−= C gs g TT TT g g η 12 12 − +=′ Flujo de calor por unidad de masa en la cámara de combustión 179,0 1 == q wugas TGη 2. El trabajo útil de la turbina de vapor Gráfica T vs. S para Turbina de vapor kg kJwww mecb b TvapmecTvuvapor 1405)( =−= η η 98,0=mecTvη ( ) ( ) vvvv NMTvap hhhhw −+−= ′33 85,0=mecbη 121 pvwb ∆= kg kJh v 35203 = por tablas con P3v=80 atm, T3v=550°C ( ) TM vvvv hhhh η343 −+= ′ kg kJh v 4,30914 =′ por tablas con P4´v=20 atm y s4´v=s3=6,877 KJ/kgK kg kJh v 35783 =′ ( ) TN vvvv hhhh η343 ′′ −+= kg kJh v 23084 = por tablas con P3´v=P4´v y T3´v=T3v por tablas con P4v=P1v y s4v=s3´v=7,57 KJ/kgK Eficiencia mecánica de la turbina de vapor Eficiencia mecánica de la bomba 85,0=Tη Eficiencia térmica de la turbina de vapor kg mv 3 1 001,0= por tablas con P1v=0,05 atm, T1v=Tsat@P1v vPPp v 1212 −=∆ por tablas con P2v=P3v Trabajo de la turbina Trabajo de la bomba 3. El rendimiento de la instalación. 389,0 21 = + + = vaporgas vaporuvaporgasugas inst mqmq mwmw η ( ) v srcgpgas vapor hh TTCm m v gaire 22 4 − − = ′ ′ kg kJh v 27782 =′ kg kJh v 6,1381 = por tablas con x1=0 y P2´v=80 atm kg kJh v 8,1462 = Asumiendo la bomba isentrópica por tablas P2v=80 atm y s2v=s1v=0,4790 KJ/kgK Con balance en el intercambiador por tablas con T2´v=300°C y P2´v=80 atm ( ) ggg sTgasg TTTT 4334 −−=′ η s kgmgas 50= KTsrcg )15,273120( += ( ) ( ) vvv Mv hhhhq −+−= ′′ 3232 Flujo de calor por unidad de masa en recalentadores Gráfica T vs. S para Turbina de Gas Gráfica T vs. S para Turbina de vapor Número de diapositiva 1 Número de diapositiva 2 Número de diapositiva 3 Número de diapositiva 4 Número de diapositiva 5 Número de diapositiva 6 Número de diapositiva 7 Número de diapositiva 8
