Turbinas De Vapor
Páginas: 22 (5430 palabras)
Publicado: 21 de septiembre de 2012
CAPITULO 2. VISIÓN GENERAL SOBRE LOS CICLOS COMBINADOS DE TURBINAS DE GAS Y TURBINA DE VAPOR
2.1 INTRODUCCIÓN
Como ya se ha comentado, la unión de un ciclo de gas con uno de vapor permite llegar a rendimientos de producción eléctrica mas altos que si tuviéramos cada ciclo trabajando por separado. También es sabido que si tenemos una máquina térmica trabajando entre dos focos térmicos elrendimiento de la misma es mayor cuanto mayor es la diferencias entre las temperaturas del foco caliente y el foco frío, siendo este máximo cuando la maquina térmica es una máquina de Carnot; decir que el ciclo de Carnot es aquel en el que todos los procesos que experimenta el fluido de trabajo son reversibles, la adición de calor al mismo se hace a la máxima temperatura y la cesión de calor se hacea la mínima temperatura, ambas constantes. Por lo tanto a modo de introducción vamos tratar de responder si es razonable ligar un ciclo de gas con uno de vapor.
El rendimiento térmico de una máquina que siga el ciclo de Carnot directo es:
ηc = 1 −
Tf ; Tc
esta ecuación, aplicada a los ciclos típicos de gas y de vapor por separado nos da lo siguiente [14]:
Análisis de rendimientoTemperatura media de adición de calor (K) Temperatura media de cesión de calor (K) Rendimiento de Carnot (%)
Ciclo de gas
Ciclo de vapor
Ciclo de vapor con recalentamiento
950 - 1000
550 - 630
640 – 700
500 – 550
320 - 350
320 350
42 - 47
37 - 50
45 – 54
Los rendimientos reales de dichos ciclos serán del orden del 80 % de los reflejados en la tabla, debido aque son ciclos no reversibles.
Sin embargo podemos hacer otra apreciación importante y es que si nos fijamos en los valores de la temperatura de cesión de calor del ciclo de gas y la temperatura de adición de calor del ciclo de vapor vemos que seria coherente colocar el ciclo de gas como un ciclo de cabecera y el de vapor como un ciclo de cola. El esquema seria el siguiente:
De estos dosesquemas podemos sacar dos conclusiones:
Primeramente, del esquema de la izquierda, vemos que la conexión de los dos ciclos nos da un nuevo ciclo que trabaja con temperaturas de los focos mas alejadas y por tanto con un rendimiento de Carnot mayor [14]. Esto es:
Análisis del rendimiento Temperatura media de adición de calor (K) Temperatura de cesión de calor (K) Rendimiento de Carnot (%)Ciclo combinado 950 – 1000 320 – 350 63 – 68
Al igual que antes, a ese rendimiento de Carnot habría que aplicarle un modificador que tenga en cuenta las irreversibilidades externas e internas, así como que los intercambios de calor entre el ciclo de alta y de baja no tienen un eficacia del 100%. Esta cuestión la resolvemos en el segundo punto. Y en segundo lugar si miramos el esquema de la derecharesolvemos la duda de si el rendimiento final del ciclo combinado es mayor que el de los ciclos de gas y vapor por separado. Esto es: Wa + Wb Qaa ⋅ ηca + Qab ⋅ ηcb Qaa ⋅ ηca + [Qaa ⋅ (1 − ηca ) − ν p ⋅ Qaa ] ⋅ ηcb = = , siendo Qaa Qaa Qaa
ηcc =
ηca =
Q Wa W , ηcb = b , ν p = p y Q p = Qca − Qab y por tanto: Qaa Q ab Qaa
ηcc = ηca + ηcb ⋅ (1 − ηca ) − ν p ⋅ ηcb ,
Ahora bien sidefinimos el rendimiento ηc como: νp Qab Qca − Q p = = 1− y con ν p = (1 − ηc ) ⋅ (1 − ηca ) queda: Qca Qca 1 − ηca
ηc =
ηcc = ηca + ηcb ⋅ (1 − ηca ) − (1 − ηc ) ⋅ (1 − ηca ) ⋅ ηcb = ηca + ηcb ⋅ ηc − ηca ⋅ ηcb ⋅ ηc ,
siendo finalmente la expresión anterior el rendimiento del ciclo combinado en función de los rendimiento de los ciclos de gas y vapor así como del rendimiento de la CRC, ηc.
Sicomparamos esa expresión con las de los rendimientos de los ciclos de gas y vapor individualmente, comprobamos que, efectivamente, el rendimiento del ciclo combinado es superior a los de los ciclos de gas y vapor por separado.
Por lo tanto llegamos a la conclusión final de que es razonables ligar un ciclo de gas uno de vapor para la producción de potencia.
En el siguiente apartado veremos...
2.1 INTRODUCCIÓN
Como ya se ha comentado, la unión de un ciclo de gas con uno de vapor permite llegar a rendimientos de producción eléctrica mas altos que si tuviéramos cada ciclo trabajando por separado. También es sabido que si tenemos una máquina térmica trabajando entre dos focos térmicos elrendimiento de la misma es mayor cuanto mayor es la diferencias entre las temperaturas del foco caliente y el foco frío, siendo este máximo cuando la maquina térmica es una máquina de Carnot; decir que el ciclo de Carnot es aquel en el que todos los procesos que experimenta el fluido de trabajo son reversibles, la adición de calor al mismo se hace a la máxima temperatura y la cesión de calor se hacea la mínima temperatura, ambas constantes. Por lo tanto a modo de introducción vamos tratar de responder si es razonable ligar un ciclo de gas con uno de vapor.
El rendimiento térmico de una máquina que siga el ciclo de Carnot directo es:
ηc = 1 −
Tf ; Tc
esta ecuación, aplicada a los ciclos típicos de gas y de vapor por separado nos da lo siguiente [14]:
Análisis de rendimientoTemperatura media de adición de calor (K) Temperatura media de cesión de calor (K) Rendimiento de Carnot (%)
Ciclo de gas
Ciclo de vapor
Ciclo de vapor con recalentamiento
950 - 1000
550 - 630
640 – 700
500 – 550
320 - 350
320 350
42 - 47
37 - 50
45 – 54
Los rendimientos reales de dichos ciclos serán del orden del 80 % de los reflejados en la tabla, debido aque son ciclos no reversibles.
Sin embargo podemos hacer otra apreciación importante y es que si nos fijamos en los valores de la temperatura de cesión de calor del ciclo de gas y la temperatura de adición de calor del ciclo de vapor vemos que seria coherente colocar el ciclo de gas como un ciclo de cabecera y el de vapor como un ciclo de cola. El esquema seria el siguiente:
De estos dosesquemas podemos sacar dos conclusiones:
Primeramente, del esquema de la izquierda, vemos que la conexión de los dos ciclos nos da un nuevo ciclo que trabaja con temperaturas de los focos mas alejadas y por tanto con un rendimiento de Carnot mayor [14]. Esto es:
Análisis del rendimiento Temperatura media de adición de calor (K) Temperatura de cesión de calor (K) Rendimiento de Carnot (%)Ciclo combinado 950 – 1000 320 – 350 63 – 68
Al igual que antes, a ese rendimiento de Carnot habría que aplicarle un modificador que tenga en cuenta las irreversibilidades externas e internas, así como que los intercambios de calor entre el ciclo de alta y de baja no tienen un eficacia del 100%. Esta cuestión la resolvemos en el segundo punto. Y en segundo lugar si miramos el esquema de la derecharesolvemos la duda de si el rendimiento final del ciclo combinado es mayor que el de los ciclos de gas y vapor por separado. Esto es: Wa + Wb Qaa ⋅ ηca + Qab ⋅ ηcb Qaa ⋅ ηca + [Qaa ⋅ (1 − ηca ) − ν p ⋅ Qaa ] ⋅ ηcb = = , siendo Qaa Qaa Qaa
ηcc =
ηca =
Q Wa W , ηcb = b , ν p = p y Q p = Qca − Qab y por tanto: Qaa Q ab Qaa
ηcc = ηca + ηcb ⋅ (1 − ηca ) − ν p ⋅ ηcb ,
Ahora bien sidefinimos el rendimiento ηc como: νp Qab Qca − Q p = = 1− y con ν p = (1 − ηc ) ⋅ (1 − ηca ) queda: Qca Qca 1 − ηca
ηc =
ηcc = ηca + ηcb ⋅ (1 − ηca ) − (1 − ηc ) ⋅ (1 − ηca ) ⋅ ηcb = ηca + ηcb ⋅ ηc − ηca ⋅ ηcb ⋅ ηc ,
siendo finalmente la expresión anterior el rendimiento del ciclo combinado en función de los rendimiento de los ciclos de gas y vapor así como del rendimiento de la CRC, ηc.
Sicomparamos esa expresión con las de los rendimientos de los ciclos de gas y vapor individualmente, comprobamos que, efectivamente, el rendimiento del ciclo combinado es superior a los de los ciclos de gas y vapor por separado.
Por lo tanto llegamos a la conclusión final de que es razonables ligar un ciclo de gas uno de vapor para la producción de potencia.
En el siguiente apartado veremos...
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