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Ejemplo: eficiencia de turbina isentrópica

Suponga una expansión isentrópica de helio (3 → 4) en una turbina de gas. En estas turbinas, la etapa de alta presión recibe gas (punto 3 en la figura; p ₃ = 6.7 MPa ; T ₃ = 1190 K (917 ° C)) de un intercambiador de calor y lo expulsa a otro intercambiador de calor, donde la presión de salida es p ₄ = 2.78 MPa (punto 4) . La temperatura (para el proceso isentrópico) del gas a la salida de la turbina es T _4s = 839 K (566 ° C).

Calcule el trabajo realizado por esta turbina y calcule la temperatura real a la salida de la turbina, cuando la eficiencia de la turbina isentrópica sea η _T = 0.91 (91%) .

Solución:

A partir de la primera ley de la termodinámica, el trabajo realizado por la turbina en un proceso isentrópico se puede calcular a partir de:

W _T = h ₃ – h _4s     → W _Ts = c _p (T ₃ – T _4s )

Según la Ley del Gas Ideal, sabemos que el calor específico molar de un gas ideal monoatómico es:

C _v = 3 / 2R = 12.5 J / mol K y C _p = C _v + R = 5 / 2R = 20.8 J / mol K

Transferimos las capacidades de calor específicas en unidades de J / kg K a través de:

c _p = C _p . 1 / M (peso molar de helio) = 20.8 x 4.10 ^-3 = 5200 J / kg K

El trabajo realizado por la turbina de gas en el proceso isentrópico es entonces:

W _{T, s} = c _p (T ₃ – T _4s ) = 5200 x (1190 – 839) = 1.825 MJ / kg

El trabajo real realizado por la turbina de gas en el proceso adiabático es entonces:
W _{T, real} = c _p (T ₃ – T _4s ). η _T = 5200 x (1190 – 839) x 0.91 = 1.661 MJ / kg

Ejemplo: eficiencia de turbina isentrópica

Suponga una expansión isentrópica de helio (3 → 4) en una turbina de gas. En estas turbinas, la etapa de alta presión recibe gas (punto 3 en la figura; p ₃ = 6.7 MPa ; T ₃ = 1190 K (917 ° C)) de un intercambiador de calor y lo expulsa a otro intercambiador de calor, donde la presión de salida es p ₄ = 2.78 MPa (punto 4) . La temperatura (para el proceso isentrópico) del gas a la salida de la turbina es T _4s = 839 K (566 ° C).

Calcule el trabajo realizado por esta turbina y calcule la temperatura real a la salida de la turbina, cuando la eficiencia de la turbina isentrópica sea η _T = 0.91 (91%) .

Solución:

A partir de la primera ley de la termodinámica, el trabajo realizado por la turbina en un proceso isentrópico se puede calcular a partir de:

W _T = h ₃ – h _4s     → W _Ts = c _p (T ₃ – T _4s )

Según la Ley del Gas Ideal, sabemos que el calor específico molar de un gas ideal monoatómico es:

C _v = 3 / 2R = 12.5 J / mol K y C _p = C _v + R = 5 / 2R = 20.8 J / mol K

Transferimos las capacidades de calor específicas en unidades de J / kg K a través de:

c _p = C _p . 1 / M (peso molar de helio) = 20.8 x 4.10 ^-3 = 5200 J / kg K

El trabajo realizado por la turbina de gas en el proceso isentrópico es entonces:

W _{T, s} = c _p (T ₃ – T _4s ) = 5200 x (1190 – 839) = 1.825 MJ / kg

El trabajo real realizado por la turbina de gas en el proceso adiabático es entonces:
W _{T, real} = c _p (T ₃ – T _4s ). η _T = 5200 x (1190 – 839) x 0.91 = 1.661 MJ / kg

Ejemplo: expansión isentrópica en turbina de gas

Suponga una expansión isentrópica de helio ( 3 → 4 ) en una turbina de gas . Como el helio se comporta casi como un gas ideal , use la ley del gas ideal para calcular la temperatura de salida del gas ( T _{4, es} ). En estas turbinas, la etapa de alta presión recibe gas (punto 3 en la figura; p ₃ = 6.7 MPa ; T ₃ = 1190 K (917 ° C)) de un intercambiador de calor y lo expulsa a otro intercambiador de calor, donde la presión de salida es p ₄ = 2.78 MPa (punto 4) .

Solución:

La temperatura de salida del gas, T _{4, se} puede calcular utilizando p, V, T Relación para el proceso isentrópico (proceso adiabático reversible):

En esta ecuación, el factor para helio es igual a κ = c _p / c _v = 1.66 . De la ecuación anterior se deduce que la temperatura de salida del gas, T ₄ , es:

Ejemplo: expansión isentrópica en turbina de gas

Supongamos el  ciclo Brayton ideal  que describe el funcionamiento de un  motor de calor a presión constante  . Los modernos  motores de turbina de gas y los motores de  inyección de aire  también siguen el ciclo de Brayton.

El ciclo ideal de Brayton consiste en cuatro procesos termodinámicos. Dos procesos isentrópicos y dos procesos isobáricos.

1. Compresión isentrópica  : el aire ambiente ingresa al compresor, donde se presuriza (1 → 2). El trabajo requerido para el compresor viene dado por  W _C  = H ₂  – H ₁ .
2. adición de calor isobárico  : el aire comprimido pasa a través de una cámara de combustión, donde se quema el combustible y se calienta el aire u otro medio (2 → 3). Es un proceso de presión constante, ya que la cámara está abierta para fluir hacia adentro y hacia afuera. El calor neto agregado viene dado por  Q _add  = H ₃  – H ₂
3. Expansión isentrópica  : el aire calentado y presurizado se expande en la turbina y entrega su energía. El trabajo realizado por la turbina viene dado por  W _T  = H ₄  – H ₃
4. rechazo de calor isobárico  : el calor residual debe rechazarse para cerrar el ciclo. El calor neto rechazado viene dado por  Q _re  = H ₄  – H ₁

Como se puede ver, podemos describir y calcular (por ejemplo, eficiencia térmica ) tales ciclos (de manera similar para el  ciclo de Rankine ) usando  entalpías .

Ver también: Eficiencia térmica del ciclo de Brayton

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Este artículo se basa en la traducción automática del artículo original en inglés. Para más información vea el artículo en inglés. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducción, envíela a: translations@nuclear-power.com o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.

Ley de avogadro

La Ley de Avogadro es una de las leyes del gas. A principios del siglo XIX, un científico italiano Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro estudió la relación entre el volumen  y la cantidad de sustancia del gas presente. Los resultados de ciertos experimentos con gases lo llevaron a formular una conocida Ley de Avogadro . Establece que, bajo las mismas condiciones de temperatura y presión, volúmenes iguales de gases diferentes contienen un número igual de moléculas, o:

Para una masa fija de un gas ideal a presión y temperatura constantes, el volumen y la cantidad del gas son directamente proporcionales.

Puede expresar esto matemáticamente como:

V ∝ n

o

V = constante. norte

donde nR / V es constante y:

• n es la cantidad de sustancia medida en moles
• V es el volumen del gas

la constante es igual a RT / p, donde p es la presión absoluta del gas, T es la temperatura absoluta y R  es la constante de gas ideal o universal, igual al producto de la constante de Boltzmann y la constante de Avogadro.

Volumen molar de gases

Uno de los resultados más prácticos de esta ley es el volumen molar de un gas , V _m , que es aproximadamente:

V _m = 22,4 dm ³ / mol

Es decir, a temperatura estándar (273,15 K, 0 ° C) y presión atmosférica estándar (101,325 kPa), el volumen molar es el mismo para todos los gases ideales. Tenga en cuenta que está bajo el supuesto de gas ideal. Este valor depende en gran medida de la presión y la temperatura. Por ejemplo:

• para 273,15 K (0 ° C) y 100,00 kPa, el volumen molar de un gas ideal es 22,71 dm ³ .mol ^-1 .
• para 298.15 K (25 ° C) y 100.00 kPa, el volumen molar de un gas ideal es 24.79 dm ³ .mol ^-1 .

El número de Avogadro

En homenaje a Avogadro , también el número de partículas (átomos, moléculas, iones u otras partículas) en 1 mol de una sustancia:

6.022 × 10 ²³

Fue nombrado después de Avogadro como la constante de Avogadro o el número de Avogadro . La constante de Avogadro es una de las siete unidades de base SI y representado por N _A .

La Ley de Avogadro se puede usar para comparar la misma sustancia bajo dos conjuntos diferentes de condiciones:

V ₁ / n ₁ = V ₂ / n ₂

Volumen Molar de Gases

Uno de los resultados más prácticos de esta ley es el volumen molar de un gas , V _m , que trata sobre:

V _m = 22,4 dm ³ / mol

Significa que, a temperatura estándar (273.15 K, 0 ° C) y presión atmosférica estándar (101.325 kPa), el volumen molar es el mismo para todos los gases ideales. Tenga en cuenta que está bajo el supuesto de gas ideal. Este valor depende en gran medida de la presión y la temperatura. Por ejemplo:

• para 273.15 K (0 ° C) y 100.00 kPa, el volumen molar de un gas ideal es 22.71 dm ³ .mol ⁻¹ .
• para 298.15 K (25 ° C) y 100.00 kPa, el volumen molar de un gas ideal es 24.79 dm ³ .mol ⁻¹ .

Ley de Avogadro

La Ley de Avogadro es una de las leyes del gas. A principios del siglo XIX, un científico italiano Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro estudió la relación entre el volumen  y la cantidad de sustancia del gas presente. Los resultados de ciertos experimentos con gases lo llevaron a formular una conocida Ley de Avogadro . Establece que, bajo las mismas condiciones de temperatura y presión, volúmenes iguales de gases diferentes contienen un número igual de moléculas, o:

Para una masa fija de un gas ideal a presión y temperatura constantes, el volumen y la cantidad del gas son directamente proporcionales.

Puede expresar esto matemáticamente como:

V ∝ n

o

V = constante. norte

donde nR / V es constante y:

• n es la cantidad de sustancia medida en moles
• V es el volumen del gas

la constante es igual a RT / p, donde p es la presión absoluta del gas, T es la temperatura absoluta y R  es la constante de gas ideal o universal, igual al producto de la constante de Boltzmann y la constante de Avogadro.

El número de Avogadro