Ciclo combinado Rankine y Brayton (Termodinamica)

[pic 1]

TECNOLOGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC

DIVISION DE INGENIERIA MECATRONICA

Fundamentos De La Termodinámica

-Dr. Martin Salazar Pereyra

Reporte De Ciclo Combinado

Turbina de Gas-Vapor

Medina Ruiz Roberto Josaphat

Grupo: 9453

26/01/2021

INDICE

Introduccion………………………………..……………………………………………………3

DESCRIPCION DEL SISTEMA

Ciclo combinado .............................…………………….. ……………….………………….4

METODOLOGIA

Ciclo Brayton simple ………........…………….……......…......………………………………10

Ciclo Rankine con Sobrecalentamiento ..........................................................................17

COMPORTAMIENTO DEL CICLO

Graficas ..........................................................................................................................25

ANALISIS

Analisis De Resultados………………………………………………………………………..27

INTRODUCCIÓN

Una turbina de gas es una máquina motriz de combustion interna que trabaja con la combinacion de gas natural y aire, la cual se compone de un turbocompresor, una cámara de combustión y de una turbina de gas. El ciclo Brayton, también conocido como ciclo Joule o ciclo Froude, es un ciclo termodinámico consistente, en su forma más sencilla, en una etapa de compresión adiabática, una etapa de calentamiento isobárico y una expansión adiabática de un fluido termodinámico compresible. Es uno de los ciclos termodinámicos de más amplia aplicación, al ser la base del motor de turbina de gas.

El ciclo Rankine es un ciclo de potencia de combustion externa y un ciclo de sistema cerrado, representativo del proceso termodinámico que tiene lugar en una central térmica de vapor. Utiliza un fluido de trabajo que alternativamente evapora y condensa, típicamente agua,. Mediante la quema de un combustible, el vapor de agua es producido en una caldera a alta presión para luego ser llevado a una turbina donde se expande para generar trabajo mecánico en su eje y posteriormente es enfriado por un condensador e impulsado por una bomba para la reutilizacion del fluido.

Una central de ciclo combinado es una central eléctrica en la que la energía térmica del combustible se transforma en electricidad mediante dos ciclos termodinámicos: el correspondiente a una turbina de gas, generalmente gas natural, mediante combustión (ciclo Brayton) y el convencional de agua/turbina de vapor (ciclo de Rankine), donde se hace uso de los gases calientes que desecha la turbina de gas tras completar su ciclo para utilizarlos como combustolio en el ciclo Rankine de el ciclo de vapor.

En México casi el 60% de la producción de energía se hace mediante el uso de centrales Termoeléctricas para la generación de energía por medio del trabajo generado en las turbinas de vapor, esto representa una gran importancia en la industria eléctrica en México.

Y de la energia generada en Mexico, aproximadamente el 50% son centrales con ciclos combinados y solo el 13% son centrales termoelectricas convencionales, gracias a que La combinación de estos dos procesos permite alcanzar rendimientos, en torno al 60%, muy superiores a los de una central térmica convencional con un solo ciclo, ya que obtiene la energía eléctrica en dos etapas, logrando así un mayor aprovechamiento de la energía del combustible.

DESCRIPCION DEL SISTEMA

CICLO COMBINADO

En ciclo combinado de una ciclo Brayton y un ciclo Rankine se aprovechan los gases calientes que son desechados de la turbina de vapor para generar vapor en el ciclo Rankine mediante el uso de una caldera de recuperacion de calor.

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Figura 1: Diagrama esquematico del ciclo combinado.

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Figura 2: Diagrama T-S de ciclo Brayton simple a 1300°C de compresion y relacion de presiones de 15.

Estado 1: En este estado el aire se encuentra a presion y temperatura ambiente justo antes de pasar por el compresor.

Estado 2: Este estado ocurre despues de haber pasado por el compresor, reduciendo el volumen del aire, aumentando la presion y aumentando su temperatura.

Estado 2s: Este estado se le conoce como estado 2 ideal, es un estado imaginario y con proceso isentropico (a entropia constante), que sirve para calcular el estado 2 real.

Estado 3: Este estado ocurre despues de haber pasado por la camara de combustion, donde el aire comprimido se combina con el combustible provocando una combustion haciendo que aumente en gran medida la temperatura a una presion constante.

Estado 4: Este estado ocurre despues de pasar por la turbina de gas, donde el gas proveniente de la camara de combustion se expanden aumentando en gran medida su volumen y reduciendo su temperatura.

Estado 4s: Este estado se le conoce como estado 4 ideal, es un estado imaginario y con proceso isentropico (a entropia constante), que sirve para calcular el estado 4 real.

PROCESOS

Proceso de compresion (1-2): En este proceso el aire que esta a presion y temperatura ambiente, pasan por el compresor reduciendo su volumen y aumentando su presion y su temperatura, es de utilidad para lograr la combustion en la camara de combustion.

Proceso de calentamiento a presion constante (2-3): En este proceso el aire pasa por la camara de combustion elevando en gran medida su temperatura y manteniendo su presion.

Proceso de expansion (3-4): En este proceso los gases provenientes de la camara de combustion pasan por la turbina de gas, expandiendo su volumen y haciendo girar la turbina de forma natural para generar trabajo.

Proceso de enfriamiento (4-1): Este proceso es unicamente parte del ciclo con un sistema cerrado, en este proceso de le retira el calor a el aire para pasar nuevamente por el compresor.

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