Turbinas A Gas
Páginas: 46 (11273 palabras)
Publicado: 9 de diciembre de 2012
http://www.uamerica.edu.co/tutorial/4turgas.htm
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CICLO TERMODINAMICO DE LAS TURBINAS DE GAS
El modelo termodinámico de las turbinas de gas se fundamenta en el ciclo de Brayton. A pesar de que se generaliza como ciclo termodinámico, en realidad el fluido de trabajo no cumple un ciclo completo en lasturbinas de gas ya que este finaliza con una composición o en un estado diferente al que tenía cuando inició los procesos. Algunos autores como Sonntag, Borgnakke y Van Wylen (5), clasifican los procesos de una turbina a gas como de ciclo abierto. Las turbinas de gas de ciclo abierto simple utilizan una cámara de combustión interna para suministrar calor al fluido de trabajo y las turbinas de gasde ciclo cerrado simple utilizan un proceso de transferencia para agregar o remover calor del fluido de trabajo.
El ciclo básico de Brayton en condiciones ideales está compuesto por cuatro procesos:
1-2. Compresión isentrópica en un compresor.
2-3. Adición de calor al fluido de trabajo a presión constante en un intercambiador de calor o una cámara de combustión.
3-4. Expansión isentrópica enuna turbina.
4-5. Remoción de calor del fluido de trabajo a presión constante en un intercambiador de calor o en la atmósfera.
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Ciclo termodinámico básico de las turbinas de gas.
En el ciclo Brayton, el trabajo neto realizado por unidad de masa es la diferencia entre el trabajo obtenido en la expansión y el trabajo invertido en la compresión, es decir:
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Para un gas ideal, el trabajo neto puede escribirse como:
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y el calor de adición por unidad de masa será:
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Al igual que en el ciclo Ranking, la eficiencia térmica del ciclo Brayton es la relación entre el trabajo neto desarrollado y el calor adicionado:
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La eficiencia térmica del ciclo Brayton para un gas ideal puede escribirsecomo:
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(1, Pág. 262)
En la figura se muestra una representación esquemática del ciclo Brayton.
(Haga click sobre la gráfica para verla en tamaño completo)
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Esquema del ciclo básico de las turbinas de gas.
MODIFICACIONES AL CICLO BASICO EN LAS TURBINAS DE GAS
La eficiencia térmica del ciclo Brayton ideal depende de la relación de compresión. Sise aumenta la relación de compresión en el ciclo será necesario suministrar más calor al sistema debido a que las líneas de presión constante divergen hacia arriba y hacia la derecha en el diagrama s-T y la temperatura máxima del ciclo será mayor. Como el calor suministrado es mayor es mayor, la eficiencia térmica aumentará con el radio de compresión.
(Haga click sobre la gráfica paraverla en tamaño completo)
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Diagrama T-s de ciclos termodinámicos básicos de las turbinas de gas
con diferentes relaciones de compresión.
Sin embargo la temperatura máxima del ciclo está limitada por los materiales en los cuales están construidos los componentes y por lo tanto se requerirán sistemas de refrigeración más eficientes.
La eficiencia del ciclo también se ve afectada por laspérdidas en el compresor, en la turbina y en las caídas de presión en la cámara de combustión y otros pasajes. En el diagrama que representa estas condiciones en el ciclo, disminuyendo en consecuencia la eficiencia del ciclo.
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Diagrama T-s del ciclo termodinámico básico real de las turbinas de gas.
A diferencia del ciclo Ranking, el proceso de compresión para elevar lapresión en el ciclo Brayton requiere un mayor consumo de energía y gran parte del trabajo producido por la turbina es consumido por el compresor, en un porcentaje que puede estar entre 40% y 80%. Esta desventaja frente al ciclo Ranking hace necesario prestar una mayor atención en el diseño de turbinas de gas ya que cualquier pérdida de presión en la cámara de combustión y demás componentes entre...
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CICLO TERMODINAMICO DE LAS TURBINAS DE GAS
El modelo termodinámico de las turbinas de gas se fundamenta en el ciclo de Brayton. A pesar de que se generaliza como ciclo termodinámico, en realidad el fluido de trabajo no cumple un ciclo completo en lasturbinas de gas ya que este finaliza con una composición o en un estado diferente al que tenía cuando inició los procesos. Algunos autores como Sonntag, Borgnakke y Van Wylen (5), clasifican los procesos de una turbina a gas como de ciclo abierto. Las turbinas de gas de ciclo abierto simple utilizan una cámara de combustión interna para suministrar calor al fluido de trabajo y las turbinas de gasde ciclo cerrado simple utilizan un proceso de transferencia para agregar o remover calor del fluido de trabajo.
El ciclo básico de Brayton en condiciones ideales está compuesto por cuatro procesos:
1-2. Compresión isentrópica en un compresor.
2-3. Adición de calor al fluido de trabajo a presión constante en un intercambiador de calor o una cámara de combustión.
3-4. Expansión isentrópica enuna turbina.
4-5. Remoción de calor del fluido de trabajo a presión constante en un intercambiador de calor o en la atmósfera.
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Ciclo termodinámico básico de las turbinas de gas.
En el ciclo Brayton, el trabajo neto realizado por unidad de masa es la diferencia entre el trabajo obtenido en la expansión y el trabajo invertido en la compresión, es decir:
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Para un gas ideal, el trabajo neto puede escribirse como:
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y el calor de adición por unidad de masa será:
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Al igual que en el ciclo Ranking, la eficiencia térmica del ciclo Brayton es la relación entre el trabajo neto desarrollado y el calor adicionado:
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La eficiencia térmica del ciclo Brayton para un gas ideal puede escribirsecomo:
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(1, Pág. 262)
En la figura se muestra una representación esquemática del ciclo Brayton.
(Haga click sobre la gráfica para verla en tamaño completo)
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Esquema del ciclo básico de las turbinas de gas.
MODIFICACIONES AL CICLO BASICO EN LAS TURBINAS DE GAS
La eficiencia térmica del ciclo Brayton ideal depende de la relación de compresión. Sise aumenta la relación de compresión en el ciclo será necesario suministrar más calor al sistema debido a que las líneas de presión constante divergen hacia arriba y hacia la derecha en el diagrama s-T y la temperatura máxima del ciclo será mayor. Como el calor suministrado es mayor es mayor, la eficiencia térmica aumentará con el radio de compresión.
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Diagrama T-s de ciclos termodinámicos básicos de las turbinas de gas
con diferentes relaciones de compresión.
Sin embargo la temperatura máxima del ciclo está limitada por los materiales en los cuales están construidos los componentes y por lo tanto se requerirán sistemas de refrigeración más eficientes.
La eficiencia del ciclo también se ve afectada por laspérdidas en el compresor, en la turbina y en las caídas de presión en la cámara de combustión y otros pasajes. En el diagrama que representa estas condiciones en el ciclo, disminuyendo en consecuencia la eficiencia del ciclo.
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Diagrama T-s del ciclo termodinámico básico real de las turbinas de gas.
A diferencia del ciclo Ranking, el proceso de compresión para elevar lapresión en el ciclo Brayton requiere un mayor consumo de energía y gran parte del trabajo producido por la turbina es consumido por el compresor, en un porcentaje que puede estar entre 40% y 80%. Esta desventaja frente al ciclo Ranking hace necesario prestar una mayor atención en el diseño de turbinas de gas ya que cualquier pérdida de presión en la cámara de combustión y demás componentes entre...
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