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TitleTecnología Energética y Medio Ambiente II
TagsInternal Combustion Engine Torque Diesel Engine Thermodynamics Piston
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Table of Contents
                            Tecnología energética y medio ambiente - II
	Presentación
	Índice
	Módulo 4. Máquinas térmicas directas
		Introducción y objetivos del módulo
		1 Motores alternativos de combustión interna
		2 Ciclos de potencia con turbinas de vapor
		3 Turbinas de gas
		Ejercicios de MACI
		Ejercicios de turbinas de vapor y turbinas de gas
		Bibliografía
	Módulo 5. Cogeneración
		Introducción y objetivos del módulo
		1 Concepto de cogeneración. Ventajas e inconvenientes
		2 Situación de la cogeneración en España y Catalunya
		3 Mapa energético de un centro consumidor. Criterio de selección de tamaño
		4 Tecnologías utilizadas: MACI, turbinas de vapor, turbinas de gas.Comparación
		5 Criterios de eficiencia en cogeneración
		Ejercicios
		Bibliografía
	Módulo 6. Máquinas frigoríficas
		Introducción y objetivos del módulo
		1 Introducción a las máquinas frigoríficas
		2 Sistemas de producción de frío
		3 Ciclo inverso de Carnot
		4 Irreversibilidades y limitaciones del ciclo inverso de Carnot
		5 Refrigeración por compresión de gas (ciclo de Brayton)
		6 Refrigeración por compresión de vapor (ciclo de Rankine)
		7 Refrigeración por absorción
		Apéndice. Refrigerantes
		Ejercicios
		Bibliografía
                        
Document Text Contents
Page 1

El objetivo general de esta publicación es ofrecer una visión
amplia de las fuentes, las transformaciones y las aplicaciones
tecnológicas de la energía.
En cuanto al medio ambiente, se centra en el conocimiento
de los aspectos normativos y de legislación estatal y europea,
sin entrar a analizar en detalle los aspectos relacionados con
la preservación, la contaminación en sus diversos aspectos y
la eliminación de fuentes de riesgos.
En cuanto a la tecnología energética, pretende dar a cono-
cer las diferentes fuentes de energía, los combustibles, la
combustión como fuente de obtención de energía térmica y
su utilización para la obtención de energía mecánica y eléc-
trica mediante las máquinas térmicas directas (motores de
combustión interna, turbinas de gas y turbinas de vapor), las
máquinas inversas o de refrigeración, así como la obtención
conjunta de calor y electricidad mediante la utilización de la
cogeneración.
Asimismo, se introducen las energías alternativas y, entre
ellas, la energía solar.
Para el seguimiento correcto de esta publicación se requieren
conocimientos de termodinámica en sus aspectos básicos y
de aplicación. Ello implica conocer los principios de la ter-
modinámica y de las magnitudes utilizadas (entalpía, energía
interna, entropía,…) y el planteamiento de balances de ener-
gía, entropía y exergía en todo tipo de dispositivos. Asimismo,
es conveniente conocer los diagramas termodinámicos y las
tablas de propiedades termodinámicas, y su manejo.

Yolanda Calventus, Doctora en Ciencias Físicas por la UAB,
y Pere Colomer, Doctor Ingeniero Industrial por la UPC, son
profesores titulares del Departamento de Máquinas y Motores
Térmicos (MiMT) en la Escola Tècnica Superior d’Enginyeries
Industrial i Aeronàutica de Terrassa (ETSEIAT). Su línea in-
vestigadora se centra en el campo del análisis térmico de los
materiales.
Ramon Carreras, Doctor en Ciencias Químicas por la UB, es
catedrático de universidad del área de MiMT de la UPC. Su la-
bor investigadora se centra en el campo de los combustibles
y la combustión aplicada a los motores y equipos térmicos.
Miquel Casals y Xavier Roca, Doctores Ingenieros Industriales
por la UPC, pertenecen al Departamento de Ingeniería de la
Construcción de la ETSEIAT. Han realizado diversos trabajos
de investigación en el campo de la construcción industrial.
Miquel Costa y Assensi Oliva son profesores del Departamen-
to de MiMT e investigadores del CTTC de la UPC. Su línea de
investigación se centra en la simulación numérica y la con-
trastación experimental de fenómenos de transferencia de
calor y masa, y su aplicación al diseño de equipos y sistemas
térmicos.
Salvador Montserrat, Doctor en Ciencias Químicas, es ca-
tedrático del Departamento de MiMT de la UPC y profesor
de Ingeniería Termodinámica y Tecnología Energética en la
ETSEIAT. Su campo de investigación se centra en el estudio
de transiciones y relajaciones en materiales termoplásticos y
termoestables.
Manel Quera, Ingeniero Químico por el IQS y Doctor Ingeniero
Industrial por la UPC, es profesor titular del Departamento de
MiMT en la ETSEIAT. Su labor investigadora se centra en el
campo de la refrigeración y la climatización.
Antoni Jaén, Ingeniero Industrial por la UPC, es profesor
asociado del Departamento de Ingeniería de Sistemas Indus-
triales del área de MiMT de la Universidad Miguel Hernández
de Elche.

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9 788483 018491

AULA POLITÈCNICA
/ MEDIO AMBIENTE

Y. Calventus - R. Carreras
M. Casals - P. Colomer - M. Costa
A. Jaén - S. Montserrat - A. Oliva
M. Quera - X. Roca

Tecnología energética
y medio ambiente - II

EDICIONS UPC

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Módulo 4. Ejercicios de turbinas de vapor y turbinas de gas 133














Ejercicios de turbinas de vapor y turbinas de gas


Autoevaluación sobre turbinas de vapor y turbinas de gas

1 ¿Cómo afecta al rendimiento térmico de un ciclo con turbina de gas una disminución de la relación
de presiones?

2 ¿El rendimiento térmico de un ciclo con turbina de gas crece indefinidamente o tiene un valor límite
(o máximo)?

3 ¿El rendimiento máximo coincide con el trabajo máximo de un ciclo con turbina de gas?

4 ¿Siempre se puede efectuar regeneración? Justificar la respuesta.

5 ¿Cómo afectan las irreversibilidades sobre el trabajo neto del ciclo?

6 ¿Qué ventaja o ventajas tiene hacer la compresión multietapa?

7 ¿Qué ventaja o ventajas tiene hacer la expansión con recalentamiento intermedio?

8 Se tienen dos ciclos de Brayton, los dos con temperatura de entrada al compresor de 293 K y con
temperatura máxima (entrada a la turbina), de 1000 K el primero y de 1200 K el segundo. ¿Cuál de los
dos tendrá rendimiento máximo mayor? Calcularlo.
Calcular la relación isoentrópica de temperaturas que optimiza el trabajo: ¿en cuál de los dos es mayor?
Dibujar un diagrama de rendimiento (relación isoentrópica de temperaturas) para ambos ciclos.

9 En un ciclo de Brayton la temperatura de entrada al compresor es de 288 K y la de salida de 480,5 K,
y la temperatura máxima del ciclo es de 1073 K. Hallar:
a) Relación de compresión.
b) Temperatura de salida de la turbina.
c) Trabajo neto.
d) Rendimiento térmico.
Se considera que la turbina y el compresor son isoentrópicos y que el fluido de trabajo es aire
suponiendo comportamiento de gas perfecto con cP= 1 J/g K y γ = 1,4.

10 ¿En qué difieren una turbina de gas de propulsión aérea y un ciclo de Brayton ideal?

© Los autores, 2006; © Edicions UPC, 2006

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134 Tecnología energética y medio ambiente





Exámenes de cursos anteriores 1

1 Una central térmica con turbina de vapor trabaja siguiendo un ciclo de Rankine con una etapa de
recalentamiento intermedio del vapor. El vapor vivo sale de la caldera a 500ºC y 15MPa (1) y se
expasiona en la primera etapa de la turbina hasta 6 MPa (2). A continuación se extrae vapor de la
turbina y se devuelve a la caldera, donde se calienta a presión constante hasta 500ºC (3). A continuación
regresa a la turbina, donde se termina de expansionar en la segunda etapa de la misma hasta la presión
de 0.05 MPa, siendo el título a la salida de la turbina de 0,95 (4). Después el fluido de trabajo pasa al
condensador, de donde sale como líquido saturado a 0.075 MPa (5). A la salida del condensador el agua
ingresa en la bomba donde se comprime hasta la presión de la caldera (6). (Se desprecia el trabajo de la
bomba.)
Las propiedades termodinámicas de cada uno de los estados se indican en la tabla adjunta.

(El estado 7 sería la salida de la turbina en caso de no haber habido el recalentamiento intermedio.)

(Los estados 2s, 4s, 7s son los estados correspondientes al final de cada etapa de expansión, suponiendo
que ésta hubiera sido isoentrópica.)


Estado P (MPa) t (°C) h (kJ/kg) s (kJ/kg K)
1 15 500 3310,6 6,3487
2s 6 3052,2 6,3487
2 6 3078,04 6,3893
3 6 500 3422,2 6,8818
4s 0,075 91,79 2458 6,8818
4 0,075 91,79 2549 7,1448
5 0,075 91,79 384,45 1,2132
6 15 384,45 1,2132
7s 0,075 91,79 2252,86 6,3487
7 0,075 91,79 2321,21 6,5204


Determinar:

a) El trabajo neto que da el ciclo.
Wn = 1105,7 kW


b) El calor absorbido por el ciclo.

Qabs = 3270,3 kW


c) El rendimiento térmico del ciclo.
η= 0,34


d) Evaluar el rendimiento isoentrópico de la primera etapa de la turbina.

ηs,t = 0,90


e) Calcular el rendimento térmico del ciclo suponiendo que no hubiera habido recalentamiento
intermedio.
η= 0,34

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© Los autores, 2006; © Edicions UPC, 2006

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© Los autores, 2006; © Edicions UPC, 2006

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