Desviacion de los ciclos reales de las turbinas de gas en comparacion con los idealizados

DESVIACION DE LOS CICLOS REALES DE LAS TURBINAS DE GAS EN COMPARACION CON LOS IDEALIZADOS
Los ciclos reales de turbina de gas difieren del ciclo Brayton ideal por varias razones .Por un lado, alguna disminución de presión durante los procesos de adición y rechazo de calor es inevitable. Más importante aún es que la entrada de trabajo real al compresor será mayor y la salida de trabajo realde la turbina será menor debido a las irreversibilidades. La desviación del comportamiento real del compresor y la turbina para el comportamiento insentrópico idealizado puede explicarse con precisión si se utilizan las eficiencias isentropicas de la turbina y el compresor, definidas como

η_c=w_s/w_a ≅(h_2s-h_1)/(h_2s-h_1 )
Y
η_Т=w_a/w_s ≅(h_3-h_4a)/(h_3-h_4s )



Donde losestados 2ª y 4ª son los estados de salida del compresor y la turbina, respectivamente, y 2s y 4s so los correspondientes al caso isentrópico, como se ilustra en la figura 9-36. El efecto de las eficiencias de la turbina y el compresor en la eficiencia térmica de los motores de turbina de gas se ilustra a continuación con un ejemplo.
Ejemplo 9-6 Un ciclo real de turbina de gas
Suponga unaeficiencia del compresor de 80 por ciento y una eficiencia de la turbina de 85 por ciento. Determine a) la relación del trabajo de retroceso, b) la eficiencia – térmica y c) a temperatura de salida de la turbina del ciclo de la turbina de gas.





Solución:
Análisis:
El diagrama T-s del ciclo se muestra en la figura 9.37. El trabajo real tanto del compresor de la turbina sedeterminan utilizando las definiciones de las eficiencias del compresor y la turbina.

Compresor w_(conpesor,entrada)=w_s/η_c = (244.16 kJ⁄Kg)/0.80

Turbina w_(turb,salida)=η_Т w_s=(0.85)(606.60KJ⁄(Kg)=515.61 KJ⁄Kg)

Por lo tanto,


T_bw=w_(comp,entrada)/w_(turb,salida) =(305.20 KJ⁄Kg)/(515.6 KJ⁄Kg)=0.592
Es decir en este caso el compresorconsume 59.2 % del trabajo producido por la turbina . Este aumento se debe a las irreversibilidades que ocurran dentro del compresor y la turbina.

en esta caso el aire sale del compresor a una temperatura y entalpia más alta las cuales son determinadas a partir de

w_(comp,entrada)=h_2a-h_1→ h_2a= h_1+w_(comp,entrada)

= 300.19+305.20

=605.39 KJ/Kg T_2a=598 kPor lo tanto .


q_entrada=h_3- h_2a= 1395.97-605.39=790.58 KJ/Kg


w_neto=w_salida- w_entrada= 515.16-305.20=210.41 KJ/Kg


η_ter=w_neto/q_entrada =(210.41 KJ/Kg)/(790.58 KJ/Kg)=0.266 o 26.6%




Esto es, las irreversibilidades que ocurren dentro de la turbina y el compresor hacen que la eficiencia térmica de la central descienda de 42.6 a 26.6 %. en este ejemplo se muestra que tansensible es el desempeño de una central eléctrica de turbina a gas respecto a las eficiencias del compresor y la turbina , de hecho que las eficiencias térmicas de la turbina de gas no alcanzan valores competitivos hasta que se hicieron mejoras significativas en el diseño y en los compresores .

C) La temperatura del aire ene la salida de la turbina se determina a partir de una balancede energía en la turbina:



w_(turb,salida)=h_3-h_4a→ h_4a= h_3+w_(turb,salida)

= 1395.97 – 515.61
=880.36KJ/Kg



Entonces en la tabla

T_4a=853 k



CICLO BRAYTON CON REGENERACION
En los motores de turbinas de gas la temperatura de los gases de escape que salen de la turbina suele ser considerablemente mayor que la de aire que sale del compresor. Por lo tanto,el aire de alta presión que sale del compresor puede calentarse transfiriéndoles calor a contraflujo, el cuela se conoce también como regenerador o recuperador. Un esquema de la máquina de turbina de gas que usa un generador, así como en el diagrama T-s del nuevo ciclo se muestran en la figura 9-38 y 9-39 respectivamente.
La eficiencia térmica del ciclo brayton aumenta como resultado...