>	restart:#"m17_p20"

En una turbina de gas industrial de 1,5 MW se quema un combustible, asimilable al heptano, con aire procedente de un compresor de relación de presiones 8:1, que a su vez lo toma de un ambiente a 20 ºC, 96 kPa y 40% de humedad. Sabiendo que la temperatura de entrada a la turbina no debe sobrepasar los 1000 K, se pide:
a) Gasto másico de aire.
b) Poder calorífico y aire teórico del heptano.
c) Relación aire/combustible real y riqueza.
d) Consumo de combustible.
e) Temperatura de rocío de los gases de escape.

Datos:

>	read`../therm_chem.m`:with(therm_chem):with(therm_proc):

>	su1:="Aire":su2:="C7H16":su3:="H2O":dat:=[Wneto=1.5e6*W_,pi[12]=8,T0=(20+273)*K_,p0=96e3*Pa_,phi0=0.4,T3=1000*K_];

Ec. de balance y const.:

>	eqBE:=eq5_43;eqET:=eq1_12;Adat:=get_gas_data(su1):dat:=op(dat),Adat,Const,SI2,SI1:Fdat:=get_gas_data(su2):get_pv_data(su3):

a) Gasto másico de aire.

Modelo de aire estándar.

Para dar esa potencia neta, el aire necesario, suponiendo rendimientos unidad, es:

>	eqW:=Wneto=ma*(w34-w12);eqW:=Wneto=ma*c[p]*(T3-T4-T2+T1);eqW:=Wneto=ma*c[p]*(T3*(1-1/pi[12]^((gamma-1)/gamma))-T0*(pi[12]^((gamma-1)/gamma)-1));ma_:=subs(dat,solve(%,ma)):ma=evalf(%,2);

i.e. 7,1 kg/s de aire.

b) Poder calorífico y aire teórico del heptano.

Aproximaremos C7H16 por 7*C+8*H2.

>	fuel:=7*C+8*H2;eq0:=eq_fit(fuel+c0*O2=c1*CO2+c2*H2O);A[0]=11/c21;A0_:=subs(dat,11/c21):A[0]=evalf(%,2);Am_:=A0_*subs(dat,M)/subs(Fdat,M):Am=evalf(%,3);PCS_:=PCS(eq0):'PCS'=evalf(%,3);PCI_:=PCI(eq0):'PCI'=evalf(%,3);PCIm_:=PCI_/subs(Fdat,M):'PCIm'=evalf(%,2);

i.e. el heptano necesita 15,2 kg de aire por cada kg de fuel, y su poder calorífico inferior es de 47 MJ/kg.

c) Relación aire/combustible real y riqueza.

>	eqA:=A=ma/mf;eqBECC:=mf*PCIm=ma*c[p]*(T3-T2);T2:=T0*pi[12]^((gamma-1)/gamma);T2_:=subs(dat,T2):'T2'=evalf(%,3);mf_:=subs(PCIm=PCIm_,ma=ma_,T2=T2_,dat,solve(eqBECC,mf)):mf=evalf(%,2);eqA_:=A=ma_/mf_:evalf(%,2);eqphi:=phi=A[0]/A;eqphi:=phi=subs(eqA_,A0_/A):evalf(%,2);lambda:=1/rhs(%);

i.e. en realidad se quema con 99 molA/molF (en vez de A0=52 molA/molF, y la riqueza es del 53 % (1,9 veces el aire teórico).

d) Consumo de combustible.

>	'mf_'=mf_;

i.e. se gastan 0,071 kg/s de fuel.

e) Temperatura de rocío de los gases de escape.

Despreciamos el agua del aire ambiente frente a la generada en la combustión. La salida es a p0.

>	eqMix_:=eqMIX(a*fuel+a*A*subs(dat,(c21*O2+c79*N2))=[2,3,4,5]);sol1_:=solve(subs(eqA_,dat,{eqNX,eqBC,eqBH,eqBO,eqBN}),{a,x[O2],x[N2],x[CO2],x[H2O]}):evalf(%,2);eqRaoult:=p[v](TR)=x[H2O]*p;TR_:=solve(subs(dat,sol1_,pv(T)=x[H2O]*p0),T):'TR'=evalf(%,3);'TR'=TKC(TR_);;

i.e. la temperatura de rocío es de 40 ºC (313 K), y la de salida de la turbina 280 ºC:

>	T4:=T3/pi[12]^((gamma-1)/gamma);T4_:=subs(dat,T4);'T4_'=TKC(%);

>