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Se quiere diseñar una central de ciclo combinado Brayton-Rankine para una potencia total de 10 MW. El compresor de la turbina de gas tiene un rendimiento de 0,85. La presión y temperatura de entrada a la turbina de la turbina de gas, cuyo rendimiento es 0,85, son de 1 MPa y 1300 K. Los gases de escape salen de la caldera de vapor a 250 °C. La presión y temperatura de entrada a la turbina de vapor, cuyo rendimiento es 0,80, son de 3,5 MPa y 350 °C, y la presión de salida de 10 kPa. Se pide:

a) Hacer un esquema de la instalación.

b) Potencia específica de la turbina de gas.

c) Gasto de agua y gasto de aire.

d) Calor recibido del combustible, calor intercambiado en la caldera y rendimiento energético global.

>	read`../therm_eq.m`:read`../therm_const.m`:read`../therm_proc.m`:with(therm_proc):

>	su1:="Aire":su2:="H2O":dat:=[Pe=10e6*W_,eta[CG]=0.85,eta[TG]=0.85,T3TG=1300*K_,p3TG=1e6*Pa_,T5TG=(250+273)*K_,T3TV=(350+273)*K_,p3TV=3.5e6*Pa_,eta[TV]=0.8,p4TV=10e3*Pa_];

>	eqBE:=eq5_43;Wgdat:=get_gas_data(su2):Wldat:=get_liq_data(su2):get_pv_data(su2):Adat:=get_gas_data(su1):dat:=op(dat),Wgdat,Wldat,Const,SI2,SI1:

a) Hacer un esquema de la instalación.
(arriba.)

b) Potencia específica de la turbina de gas

>

wTG:=c[p]*(T3-T4)-c[p]*(T2-T1);eq5_59;T2_:=subs(eta=eta[CG],T1=T0,pi[12]=p3TG/p0,Adat,dat,solve(eq5_59,T2)):'T2'=evalf(%,3);eq5_60;T4_:=subs(eta=eta[TG],T3=T3TG,p3=p3TG,p4=p0,Adat,dat,solve(eq5_60,T4)):'T4'=evalf(%,3);T4TG:=T4_:wTG_:=subs(Adat,dat,c[p]*(T3TG-T4_)-c[p]*(T2_-T0)):'wTG'=evalf(%,3);qTG_:=subs(Adat,dat,c[p]*(T3TG-T2_)):'qTG'=evalf(%,3);

i.e. la potencia unitaria neta es de 218 kJ/kg, y calor recibido 700 kJ/kg.

c) Gasto de agua y gasto de air

TV:

>

T1_:=subs(dat,evalf(fsolve(subs(dat,SI0,p4TV=pv(T)),T=100..1000)))*K_:'T1'=evalf(%,3);h1_:=subs(dat,T=T1_,dat,hl(T)):'h1'=evalf(%,3);h3_:=subs(dat,T=T3TV,dat,hv(T)):'h3'=evalf(%,3);wet_vap(subs(dat,T3TV),subs(dat,p3TV),subs(dat,p4TV));h4_:=subs(dat,h3_-(h3_-h4s_)*eta[TV]):'h4'=evalf(%,3);wTV_:=h3_-h4_:'wTV'=evalf(%,3);qTV_:=h3_-h1_:'qTV'=evalf(%,3);eqBEcarga:=ma*wTG+mw*wTV=P;eqBEHX:=ma*c[p]*(T4-T5)=mw*qTV;eqBEcarga_:=subs(dat,ma*wTG_+mw*wTV_=Pe):'eqBEcarga'=evalf(%,2);eqBEHX_:=subs(Adat,dat,ma*c[p]*(T4TG-T5TG)=mw*qTV_):'eqBEHX'=evalf(%,2);sol1_:=subs(dat,solve({eqBEcarga_,eqBEHX_},{ma,mw})):evalf(%,2);

i.e. han de circular 35 kg/s de aire por la TG y 2,9 kg/s de agua por la TV.

d) Calor recibido del combustible, calor intercambiado en la caldera y rendimiento energético global.

>	Qcomb:=ma*qTG;Qcomb_:=subs(sol1_,dat,ma*qTG_):'Qcomb'=evalf(%,2);QHX:=mw*qTV;QHX_:=subs(sol1_,dat,mw*qTV_):'QHX'=evalf(%,2);eta:='Pe/Qcomb';eta_:=subs(dat,Pe/Qcomb_):'eta'=evalf(%,2);

i.e. en la cámara de combustión se reciben 24 MW, y en el intercambiador de los ciclos se aprovechan 8,6 MW- El rendimiento global es del 41 %.

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