Problemas resueltos turbinas

1) En una TG, que funciona según el ciclo abierto sencillo de Brayton entra aire a la presión de p1 = 1 atm y temperatura

absoluta T1 = 300ºK. La relación de compresión es = p2/p1 = 8, y la temperatura máxima del ciclo

T3 = 900ºK ; = 1,4 ; R = 29,27 Kgm/(kgºK)

Determinar:

a) Los parámetros del aire en los puntos característicos del ciclo

b) El rendimiento del ciclo

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RESOLUCIÓN

a) Parámetros del aire en los puntos característicos del ciclo

Punto (1): p1= 1 atm ; T1= 300ºK ; v1= RaireT1

p1

=

29,27 (Kgm/kgºK) x 300ºK

10 4 (kg/m 2 )

= 0,878 m3

kg

Punto (2):

p2 = e p1 = 8 atm ; T2 = T1 (

p2

p1

)

g - 1

g = 300 x 8

0,4

1,4 = 543,4ºK

D =

T2

T1

= 1,81 ; v 2 = v1

e

1g

=

0,878 (kg/m 3 )

8

1

1,4

= 0,1988 m3

kg

ì

í

ï

î

ï

Punto (3): p3 = p2 = 8 atm ; T3 = 900ºK ; v 3= R T3

p3

=

29,27 (Kgm/kgºK) x 900ºK

8.10 4 (kg/m 2 )

= 0,329 m3

kg

Punto (4): T4 = T3

e

g - 1

g

= 900ºK

8

1,4 - 1

1,4

= 496,8ºK ; v4 = R T4

p4

=

29,27 (Kgm/kgºK) x 496,8ºK

1.104 (kg/m2 )

= 1,454 m3

kg

b) Rendimiento del ciclo

hciclo = 1 - 1

D

= 1 - 1

1,8113

= 0,4479 = 44,79%

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2) Determinar el rendimiento de una turbina de gas de una sola etapa, en las siguientes situaciones:

a) Sin regeneración

b) Con regeneración al 100%

Datos:

El aire a la entrada del compresor tiene una temperatura T1= 25ºC y una presión p1= 1,033 kg/cm2. La relación de

presiones es: p2/p1= 3,5

El gas a la entrada de la turbina tiene una temperatura T3= 923ºK, mientras que la presión a la salida de la turbina

es p4 = 1,033 kg/cm2.

Nota: Se considerará un coeficiente adiabático = 1,40.

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RESOLUCIÓN

D =

T2

T1

= (

p2

p1

)( g -1)/g = 3,5 (1,4-1)/1,4 = 1,43 ; F =

T3

T1

= 923ºK

298ºK

= 3,09

a) Rendimiento de la turbina de gas de una sola etapa sin regeneración: hciclo = 1 - 1

1,4303

= 0,3008 = 30,08%

b) Rendimiento de la turbina de gas de una sola etapa con regeneración al 100%:

1

hciclo = 1 - D

F

= 1 -

1,4303

3,09

= 0,5382 = 53,82%

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3) Una turbina de gas, en funcionamiento normal tiene una relación de temperaturas = 3, una relación de

compresión = 1,64 y unos rendimientos C = T = 0,85

a) Se produce una caída de presión de un 1% en la cámara de combustión, y se desea saber cómo implica esta

variación en el rendimiento de la instalación y cuál es el valor de la variación del rendimiento de la turbina

b) Si en la misma instalación de TG se produce una variación relativa de un 1% en el rendimiento de la turbina y

en el rendimiento del compresor, hallar la variación del rendimiento global de la instalación

c) Si en esta TG la temperatura

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