Informe Turbina Gas

8/12/2019 Informe Turbina Gas

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Universidad Nacional Experimental Politcnica

Antonio Jos de Sucre

Vice-Rectorado Luis Caballero Mejas

Departamento de Ingeniera Mecnica

Ctedra: Laboratorio de instalaciones trmicas

Seccin: 01

PRATICA DE LABORATORIO

PLANTA DE TURBINA A GAS

Integrantes:

Cadena anderson, exp: 2009203038

Gmez Jos Antonio exp: 2008103000

Caracas, noviembre de 2013


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Introduccin

En nues t ro pa s , l a Turb ina a Gas t iene muy d ive rsas

ap l icac iones, s iendo la av iac in en la que se emplean

es ta to reac to res cuyo func ionamien to r ige e l c i c lo Jou le

Bry ton ab ier to la ms d i fund ida a nue st ro c r i te r io y la cua l

se rea l iza en la exper ienc ia de l laborator io ; a cont inuac in

pues podemos cons iderar e l rea de generac in de energa

e lc t r ica o p lantas de generac in de potenc ia ; ta les como

las termoelc t r icas que emplean tambin turb inas a gas con

e l c i c lo Jou le Bry ton ab ier to ; en tercer lugar

tambin podemos cons iderar a la indust r ia nava l con e l

empleo de p lantas de propu ls in en base a turb inas a gas

reduc iendo enormemente los costos de operac in de las

embarcac iones y es aun hac indose ms e f ic ientes

combinndose con e l muy conoc ido tambin c ic lo C laus ius

Para esta experiencia de laboratorio se observara la aplicacin el Ciclo

Brayton de Turbina de Gas, con de todos sus parmetros y variables que

intervienen en el proceso de generacin e potencia elctrica.


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Objetivos generales

Determinar el rendimiento real de la planta de Turbina de Gas, para un

rgimen de trabajo predeterminado en funcin de la velocidad y potencia

generada y compararlo con el rendimiento ideal del ciclo Brayton para las

mismas condiciones de trabajo en cuanto a la relacin de presin del Ciclo.

Objetivos especficos

Identificar y proceder al encendido y arranque de los equipos e

instalaciones de la planta de turbina de gas.

Describir los equipos y funcin que tienen en la planta de turbina de

gas para el estudio en funcin de un flujo de gas y dibujar el diagrama

esquemtico representativo de la planta

Establecer el tipo de trabajo predeterminado en la planta para graficar

curvas en funcin de la velocidad y potencia producida.

Registrar los valores experimentales reflejados en el tablero de control

y mando de las propiedades del gas en funcin de un flujo de gas y

velocidad desarrollada reflejada en revoluciones por minuto en el eje

de la turbina acoplada al dinammetro.

Determina el balance energtico para el clculo de energa, potencia

producida y rendimiento de equipos y planta bajo las condiciones de

operacin.

Analizar termodinmicamente el ciclo de la planta para graficar curvasde comportamiento de los procesos: Ciclo Brayton y sus

modificaciones y copara los valores experimentales con loestipulados

tericamente


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Datos Obtenidos en la Prctica de Laboratorio.

Diagrama esquemtico y representativo de la planta (Ciclo brayton)

C3H8 Aire

acei

te

Presiones

(Bar) Temperaturas (C)

n

(RPS) Pote

mf

gr/seg

Tg

C

P

g

Orifici

o

mmh2

o

TC P3 P4

P23

mmhg T1 T2 T3 T4 T5 n1 n2 V A

1,7 35 75 110 0,5 0,2 2 32 90 850 720 700 1000 260 40 8

1,9 42 85 115 0,5 0,1 2 36 100 835 730 690 1100 430 32 3

2,1 43 95 118 0,4 0,1 2 38 100 820 780 680 1200 520 30 2


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Clculos

a) Determinar el Trabajo consumido por el Compresor en Kw

El trabajo que consume el Compresor Etapa 1-2 es el 100% del

generado por la Turbina de Gas Etapa 3-4 gracias al eje que los une.

por ello que se considera conveniente proceder al clculo de la

potencia generada por la Turbina de Gas que se encuentra ubicada en

los puntos 3-4, del Ciclo de Generacin, hallando estos valores para

los tres estados de Operacin del Equipo, se obtendrn a su vez el

valor de trabajo que consume el Compresor.

Partiendo de Ecuacin Estequiometria Terica

C3H8 + AT( O2+ 3.76N2) CO2+ N2+ H2O

Balanceando la ecuacin se obtiene como resultado:

C3H8 + 5( O2+ 3.76N2) 3CO2+ 18.8N2+ 4H2O

Se procede a determinar la relacin aire/combustible:

comb

aire

comb

aire

ca

KgKg

mmr 6,15

444,686

1812328576,3325

Se obtiene: a terico= 686.4 kg/aire

Calculamos la masa de aire con la siguiente ecuacin

Donde h=75 mmH2O

s

Kg

s

gOmmHmaire 10583,0828,1057522,12 21000

.

m

m haire 12 22.


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Donde h=85 mmH2O

s

Kg

s

gOmmHmaire 112662,0663,1128522,12 21000

Donde h=95 mmH2O

s

Kg

s

gOmmHmaire 119105,01058,1199522,12 21000

Procedemos a obtener la relacin aire combustible real aplicando la

siguiente ecuacin:

Ra/creal= mairereal/ mcombreal

Se obtiene lo siguiente:

rpm mcombreal(Kg./s) mairereal(Kg./s) Ra/creal

1000 0,0017 0,10583 62,253

1100 0,0019 0,112662 59,2957

1200 0,0021 0,119105 56,7166

Comparando las relaciones aire/combustible reales con la terica se tiene:

%057,399

6,15

100253,62

X

Kg

Kg

Kg

Kg

comb

aire

comb

aire


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%100,380

6,15

10059,2957

X

Kg

Kg

Kg

Kg

comb

aire

comb

aire

%567,363

6,15

10056,7166

X

Kg

Kg

Kg

Kg

comb

aire

comb

aire

Aplicando primera ley de la termodinmica al compresor:

KwKKKgKj

s

Kg

Wc 159,632900035.10,105831000

KwKKKg

Kj

s

KgWc 235,7361000035.10,1126621100

KwKKKg

Kj

s

KgWc 4103,7381000035.10,1191051200

m h Q m h W ent ent c sal sal c

W m cp T T c air SAL ENT

W m cp T T c air 2 1


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b) Determinar el Trabajo producido por la Turbina de Gas en KW

Con los valores de temperatura (K) obtenidos en la prctica y

utilizando la tabla de 400% de exceso de aire se obtiene:

RPS T3(K) h3(KJ/Kg) Pr3 T4(K) h4(KJ/Kg) Pr4

1000 1123 1212,176 201,612 993 1057,81 121

1100 1108 1193,224 190,341 1003 1069,58 126.497

1200 1093 1175,984 179,81 1053 1128,464 153,986

Los valores para el punto 4 son ideales, por ello con la relacin de

presin se halla la Pr4y se obtienen los valores reales de las entalpas para

dicho punto.

644,805,0

2,0612,201

1000

4

3

4

34

4

3

4

3

r

rr

r

r

P

rpspara

P

PPP

P

P

P

P

h4= 2083,2333 KJ/Kg

Para 1100 rps

0682,385,0

1,0341,190

4 rP

43

hhmmW combairet


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h4=765,8973 KJ/Kg

Para 1200 rps

9525,444,01,081,179

4 rP

h4=802,4642 KJ/Kg

Los resultados se reflejan a continuacin:

RPS Pr4 h4R(KJ/Kg)

1000 80,644 945,845

1100 38,0682 765,8973

1200 44,9525 802,4642

Con los valores antes obtenidos se procede a calcular el trabajo

producido

s

KJ

Kg

KJ

s

KgW

s

KJ

Kg

KJ

s

KgW

s

KJ

Kg

KJ

s

KgW

hhmmW combaire

7596,5464,1128984,11750021,00,119105

165,1458,1069224,11930019,00,112662

598,1681,1057176,12120017,00,10583

1200

1100

1000

43


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c) Determinar el trabajo producido por la turbina de potencia en Kw.

Balance en la turbina:

Como anteriormente se obtuvo los valores para el punto 4, se proceder

igual con el punto 5.

RPS T5(K) h5R(KJ/Kg)

1000 973 1034.41

1100 963 1022.71

1200 953 1011.08

s

KJ

Kg

KJ

s

KgW

s

KJ

Kg

KJ

s

KgW

s

KJ

Kg

KJ

s

KgW

227,1408,1011464,11280021,0119105,0

3695,571,102258,10690019,0112662,0

5162,241,103481,10570017,010583,0

1200

1100

1000

54 hhmmW combairetp


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d) Determinar el trabajo neto producido y la potencia neta en Kw

KwAV

P

KwKwW

KwAV

P

KwKwW

KwAV

P

KwKwW

neta

neto

neta

neto

neta

neto

6,01000

2030

576,12227,144103,77596,5

96,01000

3032

299,123695,5235,7165,14

4,31000

8540

955,125162,2159,6598,16

1200

1200

1100

1100

1000

1000

e) Calcular la eficiencia trmica del compresor, turbina de gas y de

potencia

Para el compresor

Para las turbinas

Idealmente se tiene:

Para 1000 rps

T1= 32C = 305 K Pr1= 1, 47 h1= 305.22 KJ/Kg

Kg

KJhKTKT SSS 51,34573,342495,1305 22

29,0

2

21 tctneto WWWW

real

ideal

c W

W

ideal

realt

W

W


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13/21

Para cada caso queda:

RPS rp

1000 1,495 : 1

1100 1,495 : 1

1200 1,396 : 1

f) Eficiencia del compresor:

%85,6710025,3117,373

25,3115,353

%92,5810024,3097,373

29,30922,347

%12,6910030561,363

30551,345

2000

1100

1000

g) Eficiencia de la turbina de gas:

%72,12100

4642,802984,1175

4654,1128984,1175

%93,281008973,765224,1193

58,1069224,1193

%96,57100945,845176,1212

81,1057176,1212

1200

1100

1000


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h) Eficiencia de la turbina de potencia:

%51,9110041,103481,1057

396,103681,10571000

%68,5610071,102258,1069

01,104358,10691100

%67,2410008,1011464,1128

5,1099464,11281200

i) Calcular la eficiencia trmica real del ciclo Brayton y compararla con la

eficiencia trmica ideal del ciclo Brayton

Eficiencias reales

%46,161007,78

955,121000

%96,13100068,88

299,121100

%23,13100021,95

576,121200

QH

Wtc


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Eficiencias ideales

%42,19100955,12

5162,21000

%65,43100299,12

3695,51100

%13,113100576,12

227,141200

j) Determinar rendimiento de la Planta de Turbina de Gas

tpneto

tp

ic

WW

W


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k) Graficar la eficiencia trmica real del ciclo vs. la eficiencia trmica ideal

del ciclo Brayton

RPS % %

1000 16,46 19,42

1100 13,96 43,65

1200 13,23 113,13

rc ic

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

19.42 43.65 113.13

eficiencia real vs eficiencia ideal


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l) Graficar la eficiencia trmica real del ciclo vs. la temperatura en la

cmara de combustin.

RPS % T3K

1000 16,46 1123

1100 13,96 1108

1200 13,23 1093

rc

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

1123 1108 1093

eficiencia real vs temperatura


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m) Graficar la eficiencia trmica real del ciclo vs. la relacin de presin en

la turbina de potencia

RPS % Rp

1000 16,46 1,495 : 1

1100 13,96 1,495 : 1

1200 13,23 1,396 : 1

rc

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

1,495 : 1 1,495 : 1 1,396 : 1

eficiencia real vs relacion de presion

en turbina de potencia


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n) Graficar la eficiencia trmica real del ciclo vs. la diferencia de

temperatura (T3-T2)

RPS % T3-T2

1000 16,46 1033

1100 13,96 1008

1200 13,23 993

rc

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

1033 1008 993

eficiencia real vs diferencia de

temperatura (t3-t2)


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o) Graficar la eficiencia trmica real del ciclo vs. el flujo de gas

RPS %

Mcombu

(Kg/s)

1000 16,46 0,0017

1100 13,96 0,0019

1200 13,23 0,0021

rc

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0.0017 0.0019 0.0021

eficiencia real vs flujo de gas


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Conclusiones

Tras finalizar el anlisis del comportamiento de una planta de turbina

gas se concluye en que las diferencias entre los clculos ideales y los reales,

difieren mucho, ya que en este caso los resultados reales eran inferiores a

los resultados ideales esto es debido a que se toman en consideracin ms

factores que tendern a disminuir el trabajo Neto tanto en la turbina,

compresor y el ciclo con tal, y a su vez el rendimiento del mismo.

Cabe destacar que algunos de los resultados fueron muy diferentes

que en la realidad, esto puede deberse mala data obtenida; por tal motivo

algunas eficiencias dan muy por encima de las esperadas o inferiores.

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