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En una central de regasificación de gas natural licuado, se va a usar un ciclo Brayton de nitrógeno en circuito cerrado para generar 1 MW de potencia mecánica. El compresor, de rendimiento isentrópico 0,8 y relación de presiones 4, toma el nitrógeno a 4 MPa y -100 ºC, y lo hace pasar por un recuperador de calor con los gases de salida de la turbina a contracorriente. A la salida del intercambiador, el gas recibe calor de la combustión exterior de gas natural hasta alcanzar los 800 ºC antes de entrar en la turbina, de rendimiento isentrópico 0,9. Tras la turbina, el gas pasa por el recuperador, y finalmente por un cambiador de calor donde una corriente de gas natural licuado lo enfría hasta las condiciones de entrada al compresor. Suponiendo para el intercambiador regenerativo un rendimiento del 70%, s pide:

a) Temperaturas de salida del compresor y de la turbina.

b) Gasto másico circulante, y temperatura a la que se calienta el fluido de trabajo en el intercambiador.

c) Gasto de gas natural necesario para alcanzar las condiciones de entrada a la turbina.

d) Calor transmitido al gas natural licuado.

e) Rendimiento térmico del ciclo motor.

Datos:

>	read`../therm_eq.m`:read`../therm_const.m`:read`../therm_proc.m`:with(therm_proc):Digits:=5:with(plots):

>	su1:="N2":dat:=[Wdot=1e6*W_,eta[C]=0.8,pi[12]=4,p1=4e6*Pa_,T1=(-100+273.15)*K_,T3=(800+273.15)*K_,eta[T]=0.9,eta[R]=0.7];

>	gdat:=get_gas_data(su1):ldat:=get_liq_data(su1):dat:=op(dat),gdat,ldat,Const,SI2,SI1:get_pv_data(su1):

a) Temperaturas de salida del compresor y de la turbina.

>	eq5_59;T2_:=solve(subs(eta=eta[C],dat,eq5_59),T2);eq5_60;T4_:=solve(subs(eta=eta[T],dat,eq5_60),T4);

i.e. del compresor sale a 278 K, y de la turbina  a 758 K.

b) Gasto másico circulante, y temperatura a la que se calienta el fluido de trabajo en el intercambiador.

>	eqW:=Wdot=mdot*c[p]*(T3-T4-T2+T1);mdot_:=subs(dat,solve(subs(T2=T2_,T4=T4_,dat,eqW),mdot));eqR:=eta=(T2R-T2)/(T4-T2);T2R_:=solve(subs(eta=eta[R],T2=T2_,T4=T4_,dat,eqR),T2R);eqBER:=T2R-T2=T4-T4R;T4R_:=T4_-T2R_+T2_;

i.e. hay que hacer circular 4.6 kg/s de nitrógeno, que en el recuperador, por la parte de alta pasa de 278 K a 614 K., y por la parte de baja, pasa de 758 K a 422 K.

c) Gasto de gas natural necesario para alcanzar las condiciones de entrada a la turbina.