PARCIAL 2DO CORTE DE MAQUINAS TERMICAS

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PARCIAL 2DO CORTE DE MAQUINAS TERMICAS
ENTREGADO POR 
FERNANDO MIGUEL SOLAR DORIA
HERNAN HERNANDEZ ESCUDERO
PRESENTADO A
ING. JESUS DAVID RHENALS JULIO
MAQUINAS TERMICAS
INGENIERIA MECANICA
FACULTAD DE INGENIERIAS
UNIVERSIDAD DE CORDOBA
MONTERIA-CORDOBA
COLOMBIA
AÑO 2023
Punto 1.
Usted debe resolver los siguientes ejercicios en pareja y obligatoriamente usando el software EES. 
1. [75%] En un lugar de la mancha, de cuyo nombre no quiero acordarme… opera una central de generación de energía con ciclo Brayton de gas simple como se muestra en la figura.
Los directivos de la central están dispuestos a hacer una inversión para mejorar la eficiencia del ciclo y para ello tienen un tope de capital de 150 MCOP, usted es contratado por la empresa para realizar la reforma de la planta con miras a la optimización de la eficiencia, por lo que debe elegir alternativas para la mejorar la eficiencia y elaborar un informe con los cálculos que soporten su elección. Para ello suponga que el fluido de trabajo necesario se tiene disponible con un costo despreciable. A continuación, se presentan las alternativas disponibles en el mercado con sus costos y condiciones de funcionamiento.
Con cualquier alternativa que usted elija se debe gastar el 85% del presupuesto total disponible y el informe debe mostrar claramente alternativa planteada, condiciones de operación y costo, además se debe calcular la relación potencia neta/costo y la relación eficiencia/costo.
CODIGO EN EES
"Datos de entrada"
P_ratio = 10
T_1 = 303 [K] 
P_1= 100 [kPa] 
P_2= 1000 [kPa]
P_3= 1015 [kPa]
T_3 = 1373 [K] 
P_4= 100 [kPa]
m_dot = 2 [kg/s] 
Eta_c = 80/100 
Eta_t = 85/100
"Condiciones de entrada"
h_1=ENTHALPY(Air,T=T_1) 
Z_1=CompressibilityFactor(Air,T=T_1,P=P_1)
"Analisis del compresor"
Z_2=P_ratio*Z_1
h_s2= 580.2
T_2s=Temperature(Air,h=h_s2)
Eta_c =(h_s2-h_1)/(h_2-h_1) 
W_c=h_2-h_1
"Calentador analisis"
h_3=ENTHALPY(Air,T=T_3) 
Q_in= h_3-h_2
"Analisis de la turbina"
Z_3=CompressibilityFactor(Air,T=T_3,P=P_3)
P_ratio2= P_4 /P_3 
Z_4=P_ratio2*Z_3
h_s4=765
T_4s=Temperature(Air,h=h_s4)
h_4=h_3 - Eta_t*(h_3-h_s4)
W_t=h_4-h_1 
"Analisis del ciclo"
W_net=W_t-W_c
Eta=W_net/Q_in
Bwr=W_c/W_t 
Alternativa 1:
Eficiencia térmica del ciclo Brayton con aire:
Trabajo neto (kW):
Relación potencia neta-costo: 
	Elemento
	Costo (Millones de COP)
	Compresor
	3,47*4=13,88
	Recalentador
	8,42
	Turbina
	39,6/0,4=99
	TOTAL
	121,3
Relación eficiencia-costo:
PARAMETROS A MEJORAR PARA NUEVAS ALTERNATIVAS
1. Mejorando la presión de entrada:
Si mejoramos la presión de suministro se obtendrá un aumento en la eficiencia energética de 27,77% a un 47,27% lo cual es una mejora significativa.
Y por otra parte el trabajo neto aumentara de 342.7kW a 917.9kW, que es casi el triple en potencia lo que entrega la turbina, la forma más viable es colocando una bomba antes de entrar al compresor, el fluido de trabajo tendría que ser agua.
2. Haciendo que el calentador tenga una caída de presión mayor.
Vemos un aumento un poco significativo de 27,76% a 31,47% aumentado la caída de presión en el calentador de 15kPa a casi 100kPa.
Y un aumento poco significativo en la potencia neta de 342,7kW a 453,1kW.
3. Disminuyendo la temperatura que entra a la turbina o disminuyendo el calor que genera el calentador.
Colocando un enfriador de gas se puede mejorar notablemente la eficiencia térmica del ciclo o simplemente haciendo que el calentador no consuma tanta energía.
Pero el trabajo entregado tiende a ser negativo por supuesto ya que la diferencia de entropías y temperaturas es mínima y negativa, por lo cual queda totalmente descartado.
4. Disminuyendo la presión de salida de la turbina.
Si reducimos de 100kPa a 25kPa obtendremos aproximadamente una eficiencia térmica del 55% que es casi el doble de la eficiencia del ciclo general.
Y la potencia neta también aumenta de 342,7kW a 840kW que es mas de dos veces la potencia del ciclo principal, siendo una opción a tener cuenta y se podría lograr colocando una bomba.
PUNTO 2
"Ejercicio 1"
m_dot= 2 [kg/s]
k=1.4
c_p=1.005
r=P_2/P_1
eta_c=0.80
eta_t=0.85
"Datos iniciales"
T_1=303 [K]
P_1=100[kPa]
P_2=1000[kPa]
T_2s=T_1*(r)^((k-1)/k)
eta_c=(T_2s-T_1)/(T_2-T_1)
P_3=985 [kPa]
T_3= 1373 [K] 
P_4=P_1
T_4s=T_3*(r)^ ((k-1)/k)
eta_t=(T_3-T_4)/(T_3-T_4s)
 
"Trabajo de turbinas y compresor"
w_c= c_p*(T_2-T_1) 
w_t=c_p*(T_3-T_4)
W_neto= (w_t)-(w_c) 
Q_in=c_p*(T_3-T_2)
eta_th=W_neto/Q_in
"ciclo brayton ideal con regeneración Interenfriamiento y recalentamiento"
P_1i=100[kPa]
r_i=10
T_1i=303 [K]
T_6i= 1373 [K] 
T_2i=T_1i*(r_i)^((k-1)/k)
T_7i=T_6i*(r_i)^((k-1)/k)
w_ci= 2*c_p*(T_2i-T_1i) 
w_ti=2*c_p*(T_6i-T_7i)
W_netoi= (w_ti)-(w_ci) 
T_1i=T_3i
T_6i=T_8i
T_2i=T_4i
T_2i=T_10i
T_5i=T_7i
T_5i=T_9i
Q_ini=2*m_dot*c_p*(T_6i-T_5i)
Q_outi=2*m_dot*c_p*(T_10i-T_1i)
eta_thi=W_netoi/Q_ini
mejora_eficiencia=eta_thi-eta_th
"costos"
turbina_gas=39.60/r_i
turbiba_compresor=3.47*r_i
camara_mezclado=0.85*3*m_dot
costo=camara_mezclado+turbina_gas+turbiba_compresor
inversion=mejora_eficiencia*costo
Tabla 1. Generación total.
Figura 1. Relación unidad-combustible.
Figura 2. Relación unidad-generación total.