Turbina A Gas
Páginas: 6 (1257 palabras)
Publicado: 16 de diciembre de 2012
TURBINA A GAS
Funcionamiento de una planta o central productora de energía por turbina a gas de ciclo abierto.
[pic]
El aire entra continuamente al compresor en (1), después de la compresión entra alos combustores del ciclo abierto, donde se quema el combustible que continuamente se inyecta. Debido a la elevación de la temperatura, los gases se expansionan entrando en la turbina en(3). Después de la expansión en la turbina, el ciclo abierto expulsa los gases a la atmósfera en (4).
El trabajo, Wt, de la turbina es lo suficientemente grande para impulsar al compresor, Wc, y entregar un trabajo al freno, Wf, para impulsar por ejemplo un generador o una hélice.
[pic]
Ciclo Brayton.- En la figura (b) supongamos que el combustor se transforma en un cambiador de calor, yadmitamos que el calor se añade a presión constante, desde un depósito exterior y es igual al calor que se desprende de la combustión. Similarmente, el gas expulsado en (4) pase por un cambiador de calor por medio del cual el calor es transmitido al sumidero. El aire enfriado vuelve a ingresar al compresor en (1) iniciando de nuevo el ciclo.
Si la sustancia de trabajo es una masa constante de aire, setrata del ciclo estándar de aire equivalente.
[pic]
[pic]
Con ΔK=0 (energía cinética) y calores específicos constante se tiene para flujo estacionario.
[pic]
[pic]
Para [pic]
[pic]
[pic]
(cualquier sustancia) (K=cte.)
Utilizando
[pic] relación de presiones
[pic]
[pic]
Luego [pic] para k=cte
[pic] [pic]
[pic]
Reemplazando en laecuación de rendimiento.
[pic]
De aquí se deduce que e aumenta como T2 aumenta y como T4 disminuye.
Para un proceso a s=constante.
[pic]
[pic] relación de compresión.
[pic] (k=constante)
Esta ecuación sugiere que para aumentar el rendimiento térmico, se requiere aumentar la relación de compresión, suposición cierta en el ciclo ideal, pero restringida en los ciclos reales.
Enla figura (b), sea el ciclo considerado 1-d-e-f, en el que la relación de compresión es grande y el rendimiento tiende al de Carnot (el calor se transmite a [pic], es fácil ver que el trabajo neto efectuado tiende a cero. Si la relación de compresión disminuye, como 1-a, el trabajo del ciclo 1-a-b-c, se vuelve muy pequeño y el rendimiento es demasiado bajo.
Temperatura intermedia para trabajomáximo.- para temperatura inicial y final fijas, T1 y T3, hay cierta temperatura intermedia que conducirá al trabajo máximo.
[pic]
[pic] K=cte.
Ciclo de una turbina a gas con fricción del fluido.-
Compresor
Ideal [pic]
Real [pic]
Turbina
Ideal [pic]
Real [pic]
[pic] [pic]
Para un análisis estándar de aire, generalmente se desprecia la cantidad de combustible[pic]
Rendimiento del ciclo de gas con fricción del fluido.-
Ec energía cargable al ciclo, es la energía liberada durante la combustión completa del combustible.
[pic] o [pic]
Suponiendo combustión completa, esta cantidad es el calor agregado al ciclo estandar de aire equivalente. Despreciando el cambio de masa debido a la inyección del combustible, el calor añadido alciclo real es
[pic]
[pic]
Trabajo neto del fluido
[pic]
[pic]
Cualquier fluido k=cte
[pic]
Si no existe caída de presión durante la transmisión de calor
[pic]
[pic]
[pic]
El último paréntesis encierra el rendimiento de un ciclo Brayton.
Proceso de combustión.-
[pic]
Diagrama de energía, para flujo estacionario, en base a 1kg de aire queentra y [pic]
kg comb/kg de aire.
[pic]
Las entalpías se miden a partir del nivel cero de referencia y ql con la misma referencia. Las energías internas se pueden incluir si son significativas.
[pic] parte de la energía química que no se convierte en una forma molecular (ηf rendimiento del combustor).
Si [pic] hf despreciable
[pic]
Como [pic] es baja, se le puede despreciar en...
Funcionamiento de una planta o central productora de energía por turbina a gas de ciclo abierto.
[pic]
El aire entra continuamente al compresor en (1), después de la compresión entra alos combustores del ciclo abierto, donde se quema el combustible que continuamente se inyecta. Debido a la elevación de la temperatura, los gases se expansionan entrando en la turbina en(3). Después de la expansión en la turbina, el ciclo abierto expulsa los gases a la atmósfera en (4).
El trabajo, Wt, de la turbina es lo suficientemente grande para impulsar al compresor, Wc, y entregar un trabajo al freno, Wf, para impulsar por ejemplo un generador o una hélice.
[pic]
Ciclo Brayton.- En la figura (b) supongamos que el combustor se transforma en un cambiador de calor, yadmitamos que el calor se añade a presión constante, desde un depósito exterior y es igual al calor que se desprende de la combustión. Similarmente, el gas expulsado en (4) pase por un cambiador de calor por medio del cual el calor es transmitido al sumidero. El aire enfriado vuelve a ingresar al compresor en (1) iniciando de nuevo el ciclo.
Si la sustancia de trabajo es una masa constante de aire, setrata del ciclo estándar de aire equivalente.
[pic]
[pic]
Con ΔK=0 (energía cinética) y calores específicos constante se tiene para flujo estacionario.
[pic]
[pic]
Para [pic]
[pic]
[pic]
(cualquier sustancia) (K=cte.)
Utilizando
[pic] relación de presiones
[pic]
[pic]
Luego [pic] para k=cte
[pic] [pic]
[pic]
Reemplazando en laecuación de rendimiento.
[pic]
De aquí se deduce que e aumenta como T2 aumenta y como T4 disminuye.
Para un proceso a s=constante.
[pic]
[pic] relación de compresión.
[pic] (k=constante)
Esta ecuación sugiere que para aumentar el rendimiento térmico, se requiere aumentar la relación de compresión, suposición cierta en el ciclo ideal, pero restringida en los ciclos reales.
Enla figura (b), sea el ciclo considerado 1-d-e-f, en el que la relación de compresión es grande y el rendimiento tiende al de Carnot (el calor se transmite a [pic], es fácil ver que el trabajo neto efectuado tiende a cero. Si la relación de compresión disminuye, como 1-a, el trabajo del ciclo 1-a-b-c, se vuelve muy pequeño y el rendimiento es demasiado bajo.
Temperatura intermedia para trabajomáximo.- para temperatura inicial y final fijas, T1 y T3, hay cierta temperatura intermedia que conducirá al trabajo máximo.
[pic]
[pic] K=cte.
Ciclo de una turbina a gas con fricción del fluido.-
Compresor
Ideal [pic]
Real [pic]
Turbina
Ideal [pic]
Real [pic]
[pic] [pic]
Para un análisis estándar de aire, generalmente se desprecia la cantidad de combustible[pic]
Rendimiento del ciclo de gas con fricción del fluido.-
Ec energía cargable al ciclo, es la energía liberada durante la combustión completa del combustible.
[pic] o [pic]
Suponiendo combustión completa, esta cantidad es el calor agregado al ciclo estandar de aire equivalente. Despreciando el cambio de masa debido a la inyección del combustible, el calor añadido alciclo real es
[pic]
[pic]
Trabajo neto del fluido
[pic]
[pic]
Cualquier fluido k=cte
[pic]
Si no existe caída de presión durante la transmisión de calor
[pic]
[pic]
[pic]
El último paréntesis encierra el rendimiento de un ciclo Brayton.
Proceso de combustión.-
[pic]
Diagrama de energía, para flujo estacionario, en base a 1kg de aire queentra y [pic]
kg comb/kg de aire.
[pic]
Las entalpías se miden a partir del nivel cero de referencia y ql con la misma referencia. Las energías internas se pueden incluir si son significativas.
[pic] parte de la energía química que no se convierte en una forma molecular (ηf rendimiento del combustor).
Si [pic] hf despreciable
[pic]
Como [pic] es baja, se le puede despreciar en...
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