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Considérese una turbina de gas de gasto volumétrico 10 m3/s (supóngase constante), de relación de presiones 15, temperatura máxima 1100 ºC y rendimientos adiabáticos del 85%. Sabiendo que el aire ambiente está a 94 kPa, 30 ºC y 40% de humedad, se pide:
a) Esquema de la instalación, diagramas T-s de los procesos, potencia neta y rendimientos energético y exergético.
b) Temperaturas de rocío y de saturación adiabática, y gasto másico de agua necesario para conseguir la saturación adiabática de todo el aire de entrada.
c) Variaciones que produciría dicha adición de agua en los valores del apartado a), indicando posibles ventajas e inconvenientes.
d) Ventajas e inconvenientes que aportaría la utilización de un acumulador de hielo producido con potencia de base sobrante nocturna (no de la turbina de gas), para enfriar aún más el aire de entrada (la turbina de gas es de uso diurno).

Datos:

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

>	su1:="Aire":su2:="H2O":dat:=[mv=10*m_^3/s_,pi[12]=15,T3=(1100+273)*K_,eta=0.85,p0=94e3*Pa_,T0=(30+273)*K_,phi0=0.4];

E. const.:

>	Adat:=get_gas_data(su1):dat:=op(dat),Adat,Const,SI2,SI1:Wdat:=get_gas_data(su2),get_liq_data(su2):get_pv_data(su2):

a)  Esquema de la instalación, diagramas T-s de los procesos, potencia neta y rendimientos energético y exergético.

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eqBETG:=Wnet=Wt-Wc;eqm:=m=rho*mv;eqET:=rho=p/(R*T);rho_:=subs(p=p0,T=T0,dat,rhs(%)):'rho'=evalf(%,3);eqm_:=subs(rho=rho_,dat,eqm):'m'=evalf(subs(eqm_,m),4);Wt:=m*c[p]*(T3-T4);T4:=T3*(1-(1-1/pi[12]^((gamma-1)/gamma))*eta);T4_:=subs(dat,T4):'T4'=evalf(%,3);Wt_:=subs(eqm_,dat,Wt):'Wt'=evalf(%/(1e6*W_/MW_),3);Wc:=m*c[p]*(T2-T1);T1:=T0;T2:=T1*(1+(pi[12]^((gamma-1)/gamma)-1)/eta);T2_:=subs(dat,T2):'T2'=evalf(%,3);Wc_:=subs(eqm_,dat,Wc):'Wc'=evalf(%/(1e6*W_/MW_),3);Wnet_:=subs(Wt=Wt_,Wc=Wc_,rhs(eqBETG)):'Wnet'=evalf(%/(1e6*W_/MW_),3);Q:='m*c[p]*(T3-T2)';Q_:=subs(eqm_,dat,Q):'Q'=evalf(%/(1e6*W_/MW_),3);eta[e]:='Wnet/Q';eta[e_]:=Wnet_/Q_:'eta[e]'=evalf(%,2);eta[C]:=1-T0/T3;eta[C_]:=evalf(subs(dat,eta[C])):'eta[C]'=evalf(%,2);eta[x]:='eta[e]/eta[C]';eta[x_]:=eta[e_]/eta[C_]:'eta[x]'=evalf(%,2);

b) Temperaturas de rocío y de saturación adiabática, y gasto másico de agua necesario para conseguir la saturación adiabática de todo el aire de entrada.

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eqTrocio:='pv(Trocio)=phi0*pv(T0)';Trocio_:=evalf(subs(dat,SI0,solve(eqTrocio,Trocio)))*K_:'Trocío'=evalf(%,3);eqTad:='h(T0,w0)=h(Tad,wad)';w0_:=evalf(subs(dat,w(phi0,T0,p0))):'w0'=evalf(%,2);wad_:=subs(dat,w(1,Tad,p0)):'wad'=evalf(%,2);eqTad_:=subs(c[pa]=cpa,c[pv]=cpv,Wdat,T=T0,cpa=c[p],dat,cpv=c[p],Wdat,h(T,w0_))=subs(c[pa]=cpa,c[pv]=cpv,Wdat,T=Tad,cpa=c[p],dat,cpv=c[p],Wdat,h(T,wad_)):evalf(%,3);Tad_:=fsolve(subs(SI0,eqTad_),Tad=200..400)*K_:'Tad'=evalf(%,3);wad__:=evalf(subs(Tad=Tad_,wad_)):'wad'=evalf(%,2);mw:='m*(wad__-w0_)';mw_:=subs(eqm_,mw):'mw'=evalf(%,2);

c) Variaciones que produciría dicha adición de agua en los valores del apartado a), indicando posibles ventajas e inconvenientes.

La T0 pasaría a Tad, pero la w sigue siendo insignificante.

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T0:=Tad_:'T0'=evalf(%,3);eqBETG:=Wnet='Wt-Wc';eqm:=m=rho*mv;rho_:=subs(p=p0,T=T0,dat,rhs(eqET)):'rho'=evalf(%,3);eqm_:=subs(rho=rho_,dat,eqm):'m'=evalf(subs(eqm_,m),3);Wt:=m*c[p]*(T3-'T4');T4:=T3*(1-(1-1/pi[12]^((gamma-1)/gamma))*eta);T4_:=subs(dat,T4):'T4'=evalf(%,3);Wt_:=subs(eqm_,dat,Wt):'Wt'=evalf(%/(1e6*W_/MW_),3);Wc:='m*c[p]*(T2-T1)';T1:=T0:'T1'=evalf(%,3);T2:='T1'*(1+(pi[12]^((gamma-1)/gamma)-1)/eta);T2_:=subs(dat,T2):'T2'=evalf(%,3);Wc_:=subs(eqm_,dat,Wc):'Wc'=evalf(%/(1e6*W_/MW_),3);Wnet_:=subs(Wt=Wt_,Wc=Wc_,rhs(eqBETG)):'Wnet'=evalf(%/(1e6*W_/MW_),3);Q:='m*c[p]*(T3-T2)';Q_:=subs(eqm_,dat,Q):'Q'=evalf(%/(1e6*W_/MW_),3);eta[e]:='Wnet/Q';eta[e_]:=Wnet_/Q_:'eta[e]'=evalf(%,2);eta[C]:='1-T0/T3';eta[C_]:=evalf(subs(dat,eta[C])):'eta[C]'=evalf(%,2);eta[x]:='eta[e]/eta[C]';eta[x_]:=eta[e_]/eta[C_]:'eta[x]'=evalf(%,2);

d) Ventajas e inconvenientes que aportaría la utilización de un acumulador de hielo producido con potencia de base sobrante nocturna (no de la turbina de gas), para enfriar aún más el aire de entrada (la turbina de gas es de uso diurno).

Como se ha visto, al enfriar el aire se aumenta la P y el eta, pero los problemas pueden ser de pérdidas térmicas en el acumulador y de formación de escarcha a la entrada del compresor (la expansión dinámica por la succión baja ya 4 ºC o 5 ºC la T del aire).

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