TERMODINÁMICA APLICADA
Universidad Pontificia Bolivariana
Actividad Grupal 2:
Ciclos de potencia – problema aplicado
Recomendación: lea y analice bien la información y preguntas antes de comenzar a resolver el problema.
Instrucciones:
1. La actividad se desarrolla en parejas.
2. Entregar a través de la opción en Teams habilitada para esta Actividad en el tiempo definido.
3. Entregar archivo en Word con planteamiento de solución, ecuaciones usadas, resultados,
respuesta y análisis. Se deben agregar archivos de respaldo empleados en el cálculo (ej., hojas de
Excel, rutinas en Matlab, Python, EEES, etc.)
Fecha de entrega: 12 de noviembre, 5:59 PM
Valor: 30%
Problemas:
1. Las necesidades de electricidad y calor de una planta se deben satisfacer mediante una fábrica que
consiste en una turbina de gas y un intercambiador de calor para la producción de vapor de agua. La planta
opera en un ciclo Brayton simple entre los límites de presión de (100 + N) y (1000 + 5N) kPa con aire como
fluido de trabajo. El aire entra al compresor a 20 + 2N °C. Los gases de combustión salen de la turbina y
entran al intercambiador de calor a 450+ 3N °C, y salen del intercambiador de calor a 325 + 2N °C, mientras
el agua líquida entra al intercambiador de calor a 15 °C y sale a 200 °C como vapor saturado. La potencia
neta producida por el ciclo de turbina de gas es de (1500 + 5N) kW. Suponiendo una eficiencia isentrópica
del compresor de 86+0.5N por ciento y una eficiencia isentrópica de la turbina de 88+ 0.6N por ciento, y
usando calores específicos variables, evaluar:
a. el flujo másico de aire,
b. la relación del trabajo de retroceso y la eficiencia térmica,
c. la tasa de producción de vapor de agua en el intercambiador de calor y
d. la eficiencia de utilización de la planta de cogeneración, definida como la relación de la energía total
utilizada a la energía suministrada a la planta.
Realizar un análisis de los resultados obtenidos en el que se responda a las siguientes preguntas:
a. ¿Cómo afecta la eficiencia isentrópica del compresor al ciclo global?
b. ¿Cómo influye la eficiencia isentrópica de la turbina en la producción de potencia?
c. ¿Qué impacto tiene la variabilidad de los calores específicos en el análisis térmico del ciclo Brayton?
¿Cómo se ajustan los cálculos térmicos teniendo en cuenta que los calores específicos varían con la
temperatura?
d. ¿Qué efecto tiene la relación de presión en la eficiencia del ciclo? ¿Cómo se puede mejorar el
rendimiento térmico del ciclo mediante ajustes en la relación de presión?
e. ¿Cuál es la capacidad de transferencia de calor del intercambiador? ¿El intercambiador de calor
puede proporcionar suficiente energía para convertir el agua a vapor saturado a la temperatura
indicada? Evaluar si la energía liberada por los gases de combustión es suficiente para satisfacer las
necesidades térmicas del intercambiador. ¿Cómo afecta la eficiencia del intercambiador de calor al
balance energético global de la planta?
f. Analizar cómo la eficiencia de este dispositivo influye en el suministro de vapor y, en consecuencia,
en el aprovechamiento del calor residual.
g. ¿Cómo influye la potencia neta en la operación general de la planta? Relacionar esta potencia con
las necesidades eléctricas de la planta y si se debe ajustar la operación del ciclo Brayton para
cumplir con los requerimientos.
