Ciclo Combinado

Un ciclo combinado tiene las siguientes características:El ciclo Joule-Brayton tiene temperaturas extremas de 1300 °C y 400 °C. La presión

mínima es de 1 bar y la relación de presiones π es la óptima. En la zona de las turbinas hay dos turbinas (turbina de alta presión y turbina de presión). En la zona de los compresores existen tres compresores (uno de alta presión, uno de media presión y uno de baja presión). El gas que evoluciona es aire que se comporta como gas ideal con peso molecular de 28,966 kg/kmol y coeficiente adiabático de 1,4. El sistema tiene intercambio regenerativo ideal.

El ciclo Clausius-Rankinetiene presión en el generador de vapor de 110 bar y temperatura del condensador de 35 °C. El ciclo tiene doble recalentamiento. La salida de la turbina de alta presión tiene temperatura igual a la termodinámica media entre la salida de la bomba y la salida del generador de vapor. Los recalentadores entregan vapor a 600 °C a ambas turbinas.

Calcular los caudales y las potencias desarrolladas por cada ciclo del sistema si se desea una potencia total de 1000 MW y también calcular el rendimiento termodinámico del ciclo combinado.

Resolución:El ciclo Joule-Brayton se puede representar en un diagrama T-s como se muestra en

el siguiente esquema

Como el peso molecular del aire es 28,966 kg/kmol, su constante universal como gas ideal será:

y el calor específico a presión constante será:

Pmax=4,42 bar

por lo que las presiones en la compresión serán:

Pmin=1 bar, bar, p”=2,693 bar pmax=4,42 bar

por lo que las presiones en las turbinas serán:Pmin=1 bar, =2,1 bar, pmax=4,42 bar

Las temperaturas de entrada a los compresores es:

El trabajo de los compresores que es igual al calor cedido por el ciclo será:

La temperatura de salida de las turbinas será:

El trabajo de las turbinas que es igual al calor aportado será:

El rendimiento se puede calcular como:

El trabajo útil del ciclo será:

Y el rendimiento puede calcularse como:

El ciclo Clausius-Rankine se puede representar en un diagrama T-s como se muestra en la siguiente figura

Los diferentes p untos del ciclo Clausius-Rankine se muestran en la siguiente tabla de valores:punto t °C p bar v m3/kg h kJ/kj s kJ/kg K

1 35 0,05622 0,001006 146,56 0,50492   110   157,62 0,50493 600 110   3614,2 6,89994 270 13,5   2975,8 6,85425 600 13,5   3694,5 7,88826 35 0,05622 2421,77 7,88827 35 0,05622   2565,4 8,35432" 500 110   3362,1  4" 500 13,5   3474,4  

La temperatura T4=Tm(2,3)) y por lo tanto será:

El título del punto 6 será:

y por lo tanto el valor de su entalpía será:

Con estos valores se pueden calcular el calor aportado al ciclo, el calor cedido por el ciclo, el trabajo de las turbinas y por lo tano el trabajo útil y de estos valores el rendimiento del ciclo.

El ciclo Joule-Brayton entrega calor entre las temperaturas de 400 °C y 500 °C (502, 3 °C), luego se debe disponer de calor externo entre 500 °C y 600 °C indicado por los puntos 2” y 4”. Luego el calor externo será:

El calor total del Joule-Brayton debe ser igual al calor total aprovechable por dicho ciclo

lo que entrega una relación de masas de

La potencia que se desea obtener es 1000 MW, es decir, 1000.000 kW

de lo que se obtiene

Luego la potencia aportada por cada ciclo es:

El calor total aportado al ciclo será:

El rendimiento será:

El calor cedido por el ciclo será:

Y el rendimiento quedará como: