fmt_sesión 9a - plantas térmicas a gas

7/24/2019 FMT_Sesin 9a - Plantas Trmicas a Gas

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FUERZA MOTRIZ TRMICA

PLANTAS TRMICAS A GAS

Jos R. Campos [email protected]

FIME

Universidad Nacional San Luis Gonzaga de IcaFacultad de Ingeniera Mecnica y Elctrica

Departamento de Energa y produccin
http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=kLy1IGvGQpcNzM&tbnid=JTJEK1ccDGk7bM:&ved=0CAUQjRw&url=http://html.rincondelvago.com/ciclo-de-brayton.html&ei=OabKU9qaE8fesASNnYCIAw&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267


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Plantas Trmicas a Gas

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COMPETENCIA

Conocer y comprender elfuncionamiento de la planta a gas, sus

componentes y aplicaciones.

Valorar el aporte de las planta trmicas

a gas en la sociedad.


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OBJETIVOS

Analizar los ciclos de potencia de gas.

Investigar maneras de modificar el cicloBrayton bsico de potencia de gas paraincrementar la eficiencia trmica.

Valorar el aporte de las Plantas trmicas agas en la vida diaria.


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CONTENIDOIntroduccin

1. El ciclo ideal para los ciclos de potencia de gas: Ciclo Brayton.2. Maneras para incrementar la Eficiencia del Ciclo Brayton.

3. Ciclo Brayton ideal Regenerativo.

4. Ciclo Brayton ideal con Recalentamiento.

5. Ciclo Brayton ideal con Enfriamiento.6. Ciclo Brayton ideal Regenerativo, con recalentamiento y

enfriamiento.

7. Ciclo Brayton real.

8. Planta de Ciclo Combinado.

9. Componentes y ventajas de las plantas a gas.

Conclusiones.

Resumen.

Bibliografa.


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INTRODUCCIN


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Introduccin
http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=kLy1IGvGQpcNzM&tbnid=JTJEK1ccDGk7bM:&ved=0CAUQjRw&url=http://html.rincondelvago.com/ciclo-de-brayton.html&ei=OabKU9qaE8fesASNnYCIAw&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=pKK0lQ2fzzrTkM&tbnid=ASP7yddAmuS2TM:&ved=0CAUQjRw&url=http://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_Brayton&ei=YkHVU_bxBY7ksAS2v4CIBQ&bvm=bv.71778758,d.cWc&psig=AFQjCNHUQLvlb_f21z1wi0ylSIQA6dVJLg&ust=1406569808362996http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=uN1CKKsLp6n3VM&tbnid=DHC7d5w4crBYjM:&ved=&url=http://www.unet.edu.ve/~fenomeno/F_DE_T-154.htm&ei=hJzKU9W4Kq3ksAT6rYDwBg&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267


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Introduccin


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Introduccin
http://laplace.us.es/wiki/index.php/Archivo:Turbina.pnghttp://laplace.us.es/wiki/index.php/Archivo:Foto-turbina.jpg


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- 1 -

EL CICLO BRAYTON:

El Ciclo ideal para losmotores de Turb ina a Gas


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1. EL CICLO BRAYTON:El Ciclo ideal para los moto res de Turb ina a Gas

Un turbina a gas es un motor diseado para

convertir la energa de un combustible enalguna forma de energa til, por ejemplo: Potencia mecnica (en un eje). El impulso a alta velocidad de un reactor.

Definicin

Una turbina a gas est formada bsicamente por unaseccin generadora de gas y una seccin paraconversin de la energa.

Los distintos tipos de turbinas de gas son consecuenciade la adicin de varios componentes de entrada y desalida al generador de gas.


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1. EL CICLO BRAYTON:El Ciclo ideal para los motores de Turbina a Gas

De acuerdo a su utilizacin puede ser:

Clasificacin

1. Turbina a gas Industrial:1.1. Para transporte terrestre (tren, camiones, etc.)1.2. Para transporte martimo (lanchas, barcos, etc.)1.3. Como compresor de aire para suministrar grandes cantidades

de aire a presiones moderadas.

1.4. Para generacin de electricidad.2. Turbina a gas de Aviacin:

2.1. Motor turborreactor. 2.2. Motor turbohlice. 2.3. Motor Turboventilador.
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Supuestos:a) Los procesos de compresin y expansin

son reversibles y adiabticos, es decirisoentrpicos.b) La variacin de la energa cintica del fluido

entre la entrada y la salida de cadaelemento es depreciable.

c) No existen prdidas de carga en losconductos de admisin, CC, cambiadoresde calor, interrefrigeradores, conductos deescape y uniones entre los distintos

elementos.d) El fluido es un gas perfecto con caloresespecficos constantes y su composicin novara a lo largo de todo el ciclo.

e) El gasto msico de gas se mantieneconstante a lo largo de todo el ciclo.
http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=3awAhpxKVBwUfM&tbnid=9NuO84yiOK7PJM:&ved=0CAUQjRw&url=http://linacastaita96.wordpress.com/fisica-2013/primer-bimestre/termodinamica/ciclos-termodinamicos/&ei=KeDKU5bTJvDLsQSP-oHwCg&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFkjACmQRnqLAjJtyoVq8SBOgNPzw&ust=1405890828920237http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=3awAhpxKVBwUfM&tbnid=ez6BL5HPX5I1TM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.reocities.com/CollegePark/Field/6710/brayton.html&ei=1-HKU97OA7HIsASM1IHACQ&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNG1GXlBif7knr8MQ2rrQeza7QvtgQ&ust=1405891148236254http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=3awAhpxKVBwUfM&tbnid=oPBIqJpEAaRyuM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.reocities.com/CollegePark/Field/6710/brayton.html&ei=WOHKU_HHGOLNsQSFwoLwBw&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNG1GXlBif7knr8MQ2rrQeza7QvtgQ&ust=1405891148236254


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f) La transmisin de calor en los cambiadores

(suponiendo contraflujo) es completa, lo quejunto con d y e significa que el aumento deTdel fluido fro es el mximo posible y a lavez exactamente igual al descenso de Tdelfluido caliente.

De acuerdo a los supuestos d y e, la CC en laque se introduce y quema el combustible,equivale a un calentador de fuente de calorexterna. Por esta razn es indiferente, aefectos de clculos del comportamiento delos ciclos ideales, hablar de ciclos abiertosocerrados. Los esquemas representadoscorrespondern, sin embargo, al caso de

ciclo abierto.
http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=3awAhpxKVBwUfM&tbnid=9NuO84yiOK7PJM:&ved=0CAUQjRw&url=http://linacastaita96.wordpress.com/fisica-2013/primer-bimestre/termodinamica/ciclos-termodinamicos/&ei=KeDKU5bTJvDLsQSP-oHwCg&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFkjACmQRnqLAjJtyoVq8SBOgNPzw&ust=1405890828920237http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=3awAhpxKVBwUfM&tbnid=ez6BL5HPX5I1TM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.reocities.com/CollegePark/Field/6710/brayton.html&ei=1-HKU97OA7HIsASM1IHACQ&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNG1GXlBif7knr8MQ2rrQeza7QvtgQ&ust=1405891148236254http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=3awAhpxKVBwUfM&tbnid=oPBIqJpEAaRyuM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.reocities.com/CollegePark/Field/6710/brayton.html&ei=WOHKU_HHGOLNsQSFwoLwBw&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNG1GXlBif7knr8MQ2rrQeza7QvtgQ&ust=1405891148236254


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El ciclo Brayton fue propuesto por George Brayton por vez

primera para usarlo en el motor reciprocante que quemabaaceite desarrollado por l, alrededor de 1870.

Principio de funcionamiento:El proceso consiste en la toma del aire del medio ambiente

para ser comprimido por el compresor. El aire a alta presinpasa a la CC donde se aade el combustible paraproducirse la combustin, para que luego estos gasescalientes a alta presin ingresen a la turbina donde seexpande y produce la potencia mecnica en el eje. De toda

la potencia producida en el eje, aprox. el 50% es absorbidopor el compresor y el restante para accionar el generadorelctrico. Finalmente los gases salen de la turbina, todavaa altas T, para ser descargadas al medio ambiente a travs

de la chimenea.


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El ciclo ideal que el fluido de trabajo experimenta en este ciclo cerrado esel ciclo Brayton, el cual est integrado por cuatro procesos internamente

reversibles: 1-2: Compresin isentrpica (en un compresor)2-3: Adicin de calor a presin constante.3-4: Expansin isentrpica (en una turbina).4-1: Rechazo de calor a presin constante.

Los diagramas T-s y P-v de un ciclo Brayton ideal se muestran en lafigura. Observe que los cuatro procesos del ciclo Brayton se ejecutanen dispositivos de flujo estacionario, por lo tanto deben analizarse comoprocesos de flujo estacionario.
http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=pKK0lQ2fzzrTkM&tbnid=ASP7yddAmuS2TM:&ved=0CAUQjRw&url=http://eribera_bo.tripod.com/ciclo_brayton.html&ei=Bj3VU86XEc_nsASPv4HIDg&bvm=bv.71778758,d.cWc&psig=AFQjCNHUQLvlb_f21z1wi0ylSIQA6dVJLg&ust=1406569808362996


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Es decir, el ciclo Brayton est compuesto de: Procesos internamente reversibles, FEES:

Dos isobricos. Dos adiabticos.

Sustancia de trabajo: gas ideal Pv = mRT

= (

)= (

)

du = Cv dT y dh = Cp dT

Eficiencia del ciclo:

T=

En las plantas de ciclo abierto, no existe elproceso 4-1, el enfriamiento se realiza en

el ambiente a presin atmosfrica.
http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=pKK0lQ2fzzrTkM&tbnid=ASP7yddAmuS2TM:&ved=0CAUQjRw&url=http://laplace.us.es/wiki/index.php/M%C3%A1quinas_t%C3%A9rmicas_(GIE)&ei=AUHVU76QFe3fsAT8tYHYDw&bvm=bv.71778758,d.cWc&psig=AFQjCNHUQLvlb_f21z1wi0ylSIQA6dVJLg&ust=1406569808362996http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=pKK0lQ2fzzrTkM&tbnid=ASP7yddAmuS2TM:&ved=0CAUQjRw&url=http://eribera_bo.tripod.com/ciclo_brayton.html&ei=Bj3VU86XEc_nsASPv4HIDg&bvm=bv.71778758,d.cWc&psig=AFQjCNHUQLvlb_f21z1wi0ylSIQA6dVJLg&ust=1406569808362996


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BALANCE DE ENERGA

PROCESO 1-2: Compresor, dispositivos que ayudan a aumentar la

presin de un fluido.

Aplicando la 1ra. Ley a un proceso con flujo, tenemos:

2 = 2 + 2 ( 0, 0)

Por ser proceso adiabtico 2= 0

: 2 = 2= 2-

= = - = ( ) Trabajo absorbido por el compresor.

Adems, para este proceso por ser isoentrpico se cumple:

= (

)

= ()

es un parmetro caracterstico de las turbinas a gas y se

representa por .

= (

)

=

1

2

Luego:

Luego:


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BALANCE DE ENERGA

PROCESO 2-3: Cmara de combustin o combustor o calentador.


23 = 23 + 23 ( 0, 0)

Para este proceso el trabajo es: 23= - 3

2es nulo por ser la presin cte.,

se puede apreciar que en el plano p-v no hay rea entre el proceso y el eje p.

: 23 = 23= 3- 2

= = - = ( )Calor entregadoPor el combustible

El calor 23, transferido durante este proceso constituye todo el calor aportadoa la sustancia y por lo tanto es igual a .

Este calor qA est representado por el rea entre el proceso 2-3 y el eje S.

Luego:


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BALANCE DE ENERGA

PROCESO 3-4: Turbina, dispositivos que

accionan al generador elctrico.


34 = 34 + 34 por ser el proceso 3-4 adiabtico 34 0)

3

4

= = - = ( ) Trabajo efectuado por la turbina.

El trabajo de la turbina est representado por el rea entre el proceso 3-4 y el eje P.Adems, para este proceso por ser isoentrpico se cumple:

= (

)

= (

); teniendo en cuenta que: p3 =p2 y p4= p1

=

Entonces:

=

, es decir que la

relacin de Ten la turbina es igual a larelacin de Ten el compresor.

Entonces:

Luego:

1 EL CICLO BRAYTON


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BALANCE DE ENERGA

PROCESO 4-1: Enfriador


4 = 4 + 4

Luego, 4 = = - 4 = < 4, < 4.

Calor rechazado en los gases deescape.

- = = - = ( )

4 .

Entonces:

Al igual que en el proceso 2-3, el trabajo es nulo, como se puede apreciar en elplano p-v donde no hay rea entre el proceso y el eje P.

1 EL CICLO BRAYTON
http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=3awAhpxKVBwUfM&tbnid=ez6BL5HPX5I1TM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.reocities.com/CollegePark/Field/6710/brayton.html&ei=1-HKU97OA7HIsASM1IHACQ&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNG1GXlBif7knr8MQ2rrQeza7QvtgQ&ust=1405891148236254http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=pKK0lQ2fzzrTkM&tbnid=ASP7yddAmuS2TM:&ved=0CAUQjRw&url=http://eribera_bo.tripod.com/ciclo_brayton.html&ei=Bj3VU86XEc_nsASPv4HIDg&bvm=bv.71778758,d.cWc&psig=AFQjCNHUQLvlb_f21z1wi0ylSIQA6dVJLg&ust=1406569808362996


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BALANCE DE ENERGA

Calculo de la eficiencia trmica:

= 1 -

= 1 -

Sabemos que: =,

=

=

= II

= 1 -

II

Reemplazando valores, tenemos: = 1 - ( )

( ) = 1 -

*

(

)

Luego:

Entonces: =

1 EL CICLO BRAYTON
http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=3awAhpxKVBwUfM&tbnid=ez6BL5HPX5I1TM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.reocities.com/CollegePark/Field/6710/brayton.html&ei=1-HKU97OA7HIsASM1IHACQ&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNG1GXlBif7knr8MQ2rrQeza7QvtgQ&ust=1405891148236254http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=pKK0lQ2fzzrTkM&tbnid=ASP7yddAmuS2TM:&ved=0CAUQjRw&url=http://eribera_bo.tripod.com/ciclo_brayton.html&ei=Bj3VU86XEc_nsASPv4HIDg&bvm=bv.71778758,d.cWc&psig=AFQjCNHUQLvlb_f21z1wi0ylSIQA6dVJLg&ust=1406569808362996


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BALANCE DE ENERGA

Eficiencia trmica de un ciclo Brayton

ideal como una funcin de la relacinde presin.

Para valores fijos de Tmnimoy Tmximo, eltrabajo neto del ciclo Brayton aumentaprimero con la relacin de presin, despus

alcanza un mximo a = (..

)

()

y finalmente disminuye.

1 EL CICLO BRAYTON


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BALANCE DE ENERGA

VLVULAS DE ESTRANGULAMIENTO: Son

dispositivos de restriccin de flujo que ocasiona undescenso significativo en la presin del fluido.
http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRxqFQoTCK7hl8DR6sgCFUh5JgoddgQMVg&url=http%3A%2F%2Fwww.sapiensman.com%2Fneumatica%2Fneumatica_hidraulica30.htm&psig=AFQjCNGfGqzaQuVxMKxMSutGIg6TTwBd9Q&ust=1446309513011423


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1 EL CICLO BRAYTON


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http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=9uWLCBNXm3b0zM&tbnid=6gfB8yItB80PFM:&ved=0CAUQjRw&url=http://slideplayer.es/slide/1075841/&ei=hO3XU7vCHeal8QHgqIHoAQ&bvm=bv.71778758,d.cWc&psig=AFQjCNHqbI-iVXirBEhHii7wQNYL--OmBA&ust=1406746243404896


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Turb ina a Gas con RegeneradorIdeal


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3. Turbin a a Gas con Regenerado r Ideal

Para el ciclo bsico ideal con calores especficos variables, T2=T4cuando la rp del compresor es la rpque dar el trabajo neto mximo.

Cuando se tiene en cuenta la friccin, la prdida de presin que seproduce en la C.C., etc. la rp a la que se produce el trabajo neto mximo,est considerablemente por debajo de la la que suponeun ciclo fro ideal, esto significa que: Para un ciclo real, la T del aire que sale del compresor (T2) es

considerablemente ms baja que la Tque sale de la turbina (T4). Luego, es importante investigar mtodos para mejorar la eficiencia

trmica y el trabajo neto de la turbina de gas. La nica mejora que se produce al aumentar en su totalidad la

eficiencia trmica es cuando se incluye un dispositivo que transfiere

energa (intercambiador de calor) desde el gas caliente de descargade la turbina hasta el aire que sale del compresor.

= (

)

()


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Turbina a Gas con Regenerador Ideal

Hay casos en los que el funcionamiento de la turbina determinar que T4> T2, es decir que la Tque tienen los gases de escape que van a serexpulsados a la atmsfera, es mayor que la Tque tienen el aire al salir

del compresor y a partir de la cual ser calentado a expensas delcombustible.

Si T4 > T2, entonces se puede utilizar un intercambiador de calor paraque disminuya el calor cedido por la fuente externa y aumentar as elrendimiento.

Es obvio que si por medio de un intercambiador regenerativo usamos losgases de escape para calentar el aire que sale del compresor, el calor

requerido para el funcionamiento del ciclo ser menor y por ende mayorla eficiencia del mismo.
http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=6gv05w1nZCl2oM&tbnid=DUzKbjPZWhGv6M:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.monografias.com/trabajos/turbinagas/turbinagas.shtml&ei=skLVU-LCJ6PKsQSs-IKABg&bvm=bv.71778758,d.cWc&psig=AFQjCNHUQLvlb_f21z1wi0ylSIQA6dVJLg&ust=1406569808362996http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=9nJ44O0X29K5VM&tbnid=4Iz3E5zBVKbe-M:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.reocities.com/CollegePark/Field/6710/brayton.html&ei=5J3KU9eLOa7IsAT224CwAg&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=kLy1IGvGQpcNzM&tbnid=5dMe2pKi0AC4qM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.todomonografias.com/fisica/ciclo-de-brayton/&ei=L53KU4LdCoLesASLzYDgCw&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267


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Ciclo Brayton Regenerativo o Turbina a Gas con Regenerador Ideal

Asumiendo que el regenerador es ideal desde los siguientes puntos devista: Las masas de aire y gases son iguales, es decir despreciamos la

pequea diferencia debida a la masa de combustible integrada al ciclo enla C.C.

No hay prdida al exterior y por lo tanto todo el calor entregado por losgases es recibido por el aire.

Las condiciones de transferencia de calor son ideales, es decir que la T,

en un mismo punto, del fluido que entrega calor y del que lo recibe soniguales, es decir: T5= T4 y T6= T2

Bajo estas consideraciones el calor aportado al ciclo por el combustiblees el siguiente: = (- ) = ( )

Y el calor rechazado al sumidero es:

= (- ) = ( )
http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=kLy1IGvGQpcNzM&tbnid=5dMe2pKi0AC4qM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.todomonografias.com/fisica/ciclo-de-brayton/&ei=L53KU4LdCoLesASLzYDgCw&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=kLy1IGvGQpcNzM&tbnid=5dMe2pKi0AC4qM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.todomonografias.com/fisica/ciclo-de-brayton/&ei=L53KU4LdCoLesASLzYDgCw&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=kLy1IGvGQpcNzM&tbnid=5dMe2pKi0AC4qM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.todomonografias.com/fisica/ciclo-de-brayton/&ei=L53KU4LdCoLesASLzYDgCw&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=kLy1IGvGQpcNzM&tbnid=5dMe2pKi0AC4qM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.todomonografias.com/fisica/ciclo-de-brayton/&ei=L53KU4LdCoLesASLzYDgCw&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=9nJ44O0X29K5VM&tbnid=4Iz3E5zBVKbe-M:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.reocities.com/CollegePark/Field/6710/brayton.html&ei=5J3KU9eLOa7IsAT224CwAg&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267


32/70


Entonces, la eficiencia trmica del ciclo en estas condiciones es:

= (- ) = ( )

A partir de esta expresin podemos hacer el anlisis siguiente, laeficiencia del ciclo regenerativo ideal:

= (- ) = ( )

= 1 -

= 1 - ( )

( ) = 1 -

*

(

) =

1

= 1 - *

a > T3 > a > rp<

a) Aumenta al aumentar el valor de T3.

b)Para rp = 1, la eficiencia toma un valor lmite que coincide con laeficiencia de Carnot correspondiente.

c) Disminuye al aumentar la rp.

d) Cuando ; la = puesto que para esta condicin

T2=T4.

=

y

Ci l B t R ti T bi G R d Id l


33/70


e) Para valores de , la < puesto que en estascondiciones T2>T4 y el efecto sera contraproducente.

> (

)

()

Conclusin:

Al agregar un regenerador a la turbina de gassimple, se consigue aumentar la eficienciatrmica del ciclo sin que, al menosidealmente, cambiase el trabajo neto del ciclo.
http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=uN1CKKsLp6n3VM&tbnid=DHC7d5w4crBYjM:&ved=&url=http://www.unet.edu.ve/~fenomeno/F_DE_T-154.htm&ei=hJzKU9W4Kq3ksAT6rYDwBg&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267


34/70

- 4 -

Turb inas a Gas

ConRecalentamiento

4 T bi G R l t i t


35/70

4. Turbinas a Gas con Recalentamiento

El recalentamiento intermedio consiste, en que despus de una primeraexpansin en la TAP hasta una presin intermedia de recalentamiento,pr el gas ingresa a una segunda c.c. en donde, mediante una nuevacombustin isobrica, el gas alcanza nuevamente la T mximapermitida, para luego realizar una segunda expansin isoentrpica en laTBP.

4 5

6

(3- 4 ) + 5 6 > (3 < 4)

(3- 4 ) + 5 6 > (3 < 4)Es decir:

Como sabemos existe limitaciones de tipo metalrgico, para la T deingreso a la turbina, hay una opcin para aumentar el trabajo neto de

una planta con turbina a gas, tal opcin consiste en el recalentamientointermedio.
http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=AU6vCFdKjZ91kM&tbnid=l664NGKAbGIgeM:&ved=0CAUQjRw&url=http://opex-energy.com/ciclos/ciclo_brayton.html&ei=MJ7KU_-lG4HesASIsoHgDQ&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=AU6vCFdKjZ91kM&tbnid=l664NGKAbGIgeM:&ved=0CAUQjRw&url=http://opex-energy.com/ciclos/ciclo_brayton.html&ei=MJ7KU_-lG4HesASIsoHgDQ&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=AU6vCFdKjZ91kM&tbnid=l664NGKAbGIgeM:&ved=0CAUQjRw&url=http://opex-energy.com/ciclos/ciclo_brayton.html&ei=MJ7KU_-lG4HesASIsoHgDQ&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267


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Turbinas a Gas con Recalentamiento

Si suponemos que los gases se recalientan hasta una Tigual a T3, se puede demostrar, diferenciando la expresin

del trabajo especfico, que el punto ptimo de la expansinpara efectuar el recalentamiento es el que hace que lasrelaciones de expansin sean iguales en las dos turbinas.

Es decir, wNes mxima, cuando

=

en la suposicin

lgica de que T3= T5.

4 5

6
http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=AU6vCFdKjZ91kM&tbnid=l664NGKAbGIgeM:&ved=0CAUQjRw&url=http://opex-energy.com/ciclos/ciclo_brayton.html&ei=MJ7KU_-lG4HesASIsoHgDQ&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=AU6vCFdKjZ91kM&tbnid=l664NGKAbGIgeM:&ved=0CAUQjRw&url=http://opex-energy.com/ciclos/ciclo_brayton.html&ei=MJ7KU_-lG4HesASIsoHgDQ&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=AU6vCFdKjZ91kM&tbnid=l664NGKAbGIgeM:&ved=0CAUQjRw&url=http://opex-energy.com/ciclos/ciclo_brayton.html&ei=MJ7KU_-lG4HesASIsoHgDQ&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=-3xrII7aJYk6DM&tbnid=fKXhbIHLL_ky-M:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.todocalderas.com.ar/articulo/30/turbinas-a-gas.html&ei=t-LXU8-1GeHD8AGD6ICgAQ&bvm=bv.71778758,d.cWc&psig=AFQjCNGv-08a_GRvpMdXmCMdpvteKBxtXA&ust=1406742508169997http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=AU6vCFdKjZ91kM&tbnid=l664NGKAbGIgeM:&ved=0CAUQjRw&url=http://opex-energy.com/ciclos/ciclo_brayton.html&ei=MJ7KU_-lG4HesASIsoHgDQ&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267


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Turb inas a Gas Con

RecalentamientoYRegeneracin

Turb inas a Gas con Recalentam iento y


38/70

La disminucin que experimenta el rendimiento del ciclo cuando seemplea recalentamiento, puede subsanarse haciendo uso

simultneamente de una regeneracin, tal como se muestra en la figura. La ventaja del ciclo con recalentamiento respecto del ciclo simple, de

obtener un mayor trabajo neto es doble si adems aprovechamos larelativamente alta T de salida de los gases de la TBP (T7) en unregenerador ideal para calentar el aire que sale del compresor hasta T3.

Las relaciones de presin, rp en las TAPy TBP son iguales, lo que implicaque:

u b as a Gas co eca e a e o yRegeneracin

Recalentamiento

Regenerador

El regenerador usado es

ideal, lo cual implica que:

T3= T5= T7 y T2= T8

=

7

=


39/70

- 5 -

Turb inas a Gas ConEnfr iamiento

5 Turb inas a Gas con En fr iamiento


40/70

5. Turb inas a Gas con En fr iamiento

El proceso isotrmico es el proceso

de comparacin de los compresoreslentos y con un sistema derefrigeracin de gran capacidad, esdecir que pueden transferir al exteriortanto calor como para mantener la Tdel gas constante oaproximadamente constante durantela compresin y esto hace que eltrabajo de compresin sea mnimo.

Por otra parte en un compresor realel proceso de compresin es engeneral politrpico (n>1) y por lotanto el trabajo a efectuarse es

mayor.

5 T bi G E f i i t
http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=uuqU1wejWlVyyM&tbnid=l664NGKAbGIgeM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.monografias.com/trabajos/turbinagas/turbinagas.shtml&ei=rt7XU4bSGIeg8QHnu4CQAQ&bvm=bv.71778758,d.cWc&psig=AFQjCNGv-08a_GRvpMdXmCMdpvteKBxtXA&ust=1406742508169997http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=AU6vCFdKjZ91kM&tbnid=l664NGKAbGIgeM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.cicloscombinados.com/ciclobrayton.html&ei=cZ7KU_CgOIzKsQTU-IDoCQ&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267


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5. Turbinas a Gas con Enfriamiento

Enfriadorintermedio

Una de las formas de disminuir la magnitud del trabajonecesario para un proceso de compresin consiste en

efectuar por etapas con refrigeracin intermedia entre una yotra etapa. As en el caso de que la refrigeracin entre dosetapas consecutivas permita enfriar el gas hasta la T deinicio del proceso, el trabajo tendera al que corresponde alproceso isotrmico a medida que el nmero de etapasempleado tienda a infinito.

La presin intermedia derefrigeracin ptima, para lacompresin en dos etapas esaquella que hace que el ahorrode trabajo sea mximo o eltrabajo total sea mnimo.

5 T bi G E f i i t
http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=AU6vCFdKjZ91kM&tbnid=l664NGKAbGIgeM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.cicloscombinados.com/ciclobrayton.html&ei=cZ7KU_CgOIzKsQTU-IDoCQ&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=AU6vCFdKjZ91kM&tbnid=l664NGKAbGIgeM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.cicloscombinados.com/ciclobrayton.html&ei=cZ7KU_CgOIzKsQTU-IDoCQ&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=AU6vCFdKjZ91kM&tbnid=l664NGKAbGIgeM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.cicloscombinados.com/ciclobrayton.html&ei=cZ7KU_CgOIzKsQTU-IDoCQ&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267


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5. Turbinas a Gas con Enfriamiento

Enfriador

intermedio

El ciclo con refrigeracinintermedia, se utiliza poco en la

practica, pues losinterrefrigeradores resultanvoluminosos y precisan grandescaudales de agua, con lo que sepierde la principal ventaja de laturbina a gas que, estriba comoya se ha dicho en ser compactay autnoma.

En general, una modificacin de la zona de baja Tde unciclo es menos significativa que una modificacincomparable de la zona de alta T.

Al igual que suceda con el recalentamiento, el uso derefrigeracin intermedia slo mejora el rendimiento cuando

se adopta tambin regeneracin.
http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=AU6vCFdKjZ91kM&tbnid=l664NGKAbGIgeM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.cicloscombinados.com/ciclobrayton.html&ei=cZ7KU_CgOIzKsQTU-IDoCQ&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=AU6vCFdKjZ91kM&tbnid=l664NGKAbGIgeM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.cicloscombinados.com/ciclobrayton.html&ei=cZ7KU_CgOIzKsQTU-IDoCQ&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=AU6vCFdKjZ91kM&tbnid=l664NGKAbGIgeM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.cicloscombinados.com/ciclobrayton.html&ei=cZ7KU_CgOIzKsQTU-IDoCQ&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267


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- 6 -Turb inas a Gas con

Regeneracin,Recalentamiento

y

Enfr iamiento

6. Turbinas a Gas con Regeneracin,


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El enfriamiento interno y el recalentamiento, al usar aisladamente,disminuyen la eficiencia trmica del ciclo, por tal motivo rara vez,si es que en alguna ocasin, se utiliza solos.

g ,Recalentam iento y Enfr iam iento

6. Turbinas a Gas con Regeneracin, Recalentamiento y
http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=9nJ44O0X29K5VM&tbnid=4Iz3E5zBVKbe-M:&ved=0CAUQjRw&url=http://thermalhydraulics.wordpress.com/2010/10/06/ciclo-de-gas-con-2-compresores-2-turbinas-enfriadores-intermedios-recalentadores-y-regeneracion/&ei=y53KU_uKGPHKsQTfjoLQAw&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267


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En el ciclo de la Turbina a gas puedenrealizarse mejoras, utilizando:

g , yEnfriamiento

REGENERACIN.-Al agregar un regeneradora la Turbina a gas, se consigue aumentarlaeficiencia trmica del ciclo sin que, al menosidealmente cambie o vare el trabajo neto delciclo.

ENFRIAMIENTO.- El enfriamiento del airemediante el empleo de intercambiadores decalor entre los diferentes pasos del compresor,disminuye la potencia requerida por este, sinalterar la potencia de la turbina (aumenta el

trabajo neto obtenido del ciclo).

RECALENTAMIENTO.- El recalentamientoadicional con quemadores entre los diferentespasos de la Turbina, aumenta el trabajo de laturbina sin alterar el trabajo del compresor(aumenta el trabajo neto obtenido del ciclo)
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- 7 -

Cic lo Real de lasTurb inas a Gas

7 Ciclo Real de las Turb inas a Gas


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7. Ciclo Real de las Turb inas a Gas

El estudio de los ciclos ideales es suficiente par hacerse unaidea de cmo influyen las distintas modificaciones

introducidas en el ciclo simple de la turbina a gas.

Hemos visto que la eleccin de la relacin de compresindepender si lo que interesa es un rendimiento grande obien un trabajo especfico elevado (es decir, un tamaoreducido).

Tambin hemos observado que en los ciclos noregenerativos debe emplearse una relacin de compresin

ms alta con el fin de aprovechar la mayor Tpermisible a laentrada de la turbina.

Cmo se ver a continuacin stas conclusiones sonigualmente ciertas para los ciclos reales, en los que hay que

tener en cuenta las prdidas de los distintos elementos.

7 Ciclo Real de las Turbinas a Gas


48/70

7. Ciclo Real de las Turbinas a Gas

El ciclo real cumplido en una turbina a gas no coincide con el ciclo terico

correspondiente, debido a que durante los procesos efectuados se dandesviaciones respecto de los procesos tericos, por las razones siguientes:a) Los procesos de compresin y expansin pueden considerarse

adiabticos pero no reversibles y suponen un aumento de la entalpia, porlo tanto no son isoentrpico.

Debido a las altas velocidades que alcanza el fluido en las turbomquinas, no siempre puede despreciarse la variacin de la energacintica entre la entrada y la salida de cada elemento.

b) La friccin del fluido ocasiona prdidas de presin en la cmara decombustin, en los intercambiadores de calor, as como en los conductosde admisin y escape, determinando que estos procesos no seanexactamente isobricos.

c) Para que el tamao del intercambiador de calor resulte econmico, esinevitable que haya una diferencia entre las Tterminales del mismo, esdecir que no podr calentarse el aire comprimido hasta la T de losgases de escape de la turbina. Es decir la Tque alcance el aire en el

regenerador ser necesariamente menor que la Tde los gases.

COMPORTAMIENTO DE LOS CICLOS REALES Vs LOS CICLOS

IDEALES



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d) Se requerir un trabajo algo mayor que el necesario para la compresin

con el fin de vencer el rozamiento de los cojinete y el efecto deventilacin que tienen lugar en la transmisin entre compresor yturbina, as como para el accionamiento de elementos auxiliares, talescomo bombas de combustible y de aceite.

e) Los valores de cp y k del fluido varan a lo largo del ciclo, debido a las

variaciones de la T y como consecuencia del proceso de combustininterna pues esta origina cambio en su composicin qumica.

f) Como consecuencia del proceso de combustin interna la masa de gasesque circula por la turbina es mayor que la masa de aire que circula por elcompresor de acuerdo a la relacin: g = g ( 1 + rc/a ).

g) En la practica, del 1 al 2% del aire comprimido en el compresor esextrado en un punto intermedio del compresor para refrigerar los labesde las primeras etapas de la turbina y la rc/aque se utiliza es de 0,01 a0,02. Con estas consideraciones resulta suficientemente exacto paraclculos normales suponer que el combustible aadido simplementeviene a compensar al aire extrado.

COMPORTAMIENTO DE LOS CICLOS REALES Vs LOS CICLOS

IDEALES



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COMPRESOR:

Se refiere al proceso 1-2, considerado adiabtico

pero no isoentrpico debido a que el ciclo real no esreversible.S> 0 y q = 0

Luego, se cumple que:

=

Por ser el proceso 1-2S, reversible

adiabtico e isoentrpico.

Como se puede observar en la fig. el salto de T ypor lo tanto de entalpa, en el proceso real (1-2) esmayor ideal el que correspondera al proceso (1-2s).Por lo tanto podemos hablar de una eficiencia del

compresor, que se define como, la relacin entre eltrabajo que correspondera al proceso ideal y eltrabajo correspondiente al proceso real.

C=

=

=

( ) C=

=

(

- 1)y



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TURBINA :

Se refiere al proceso 3-4, considerado adiabtico

pero no isoentrpico debido a que el ciclo real no esreversible.S> 0 y q = 0

A la inversa que en el caso del compresor, en estecaso el aumento de entropa determina que el trabajoentregado por el gas en la turbina sea menor que el

que entregara en el proceso ideal.

T=

=

=

( )

= ( 1 -

)

y

Se define como eficiencia adiabtica de la turbina ala relacin entre el trabajo entregado en el procesoreal (3-4a) y el que entregara el gas si el procesofuese ideal (3-4s)

La T del gas a la salida de la turbina (T4a) es:

= T3

( 1 -

)

http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=9nJ44O0X29K5VM&tbnid=4Iz3E5zBVKbe-M:&ved=0CAUQjRw&url=http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ciclo_Brayton.png&ei=j53KU5LNNsbLsQSsvICgDQ&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267


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CICLO SIMPLE REAL

Si en el ciclo de una turbina a gas simple, sin

recalentamiento ni regeneracin consideramos lascorrecciones correspondientes a los procesosreales en la turbina y el compresor, despreciandopara simplificar el anlisis las prdidas de presinen la cmara de combustin, tenemos:

Trabajo neto: = - = ( 1 -

) - (

- 1)

Calor aadido al ciclo: qA = Cp (T3T2)

=

(

) (

)

(

1

qA= (

1

)

Eficiencia del ciclo: Br=

http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=9nJ44O0X29K5VM&tbnid=4Iz3E5zBVKbe-M:&ved=0CAUQjRw&url=http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ciclo_Brayton.png&ei=j53KU5LNNsbLsQSsvICgDQ&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=9nJ44O0X29K5VM&tbnid=4Iz3E5zBVKbe-M:&ved=0CAUQjRw&url=http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ciclo_Brayton.png&ei=j53KU5LNNsbLsQSsvICgDQ&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267


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CICLO SIMPLE REAL

=

(

1

)

* ( 1 -

)

Considerando constante y haciendo algunas transformaciones:

=

(1

)

(( 1

)

)

(

1

)

De la expresin podemos observar que:

La eficiencia del ciclo real es igual a la eficiencia del ciclo ideal

(1

) multiplicada por un factor.

Que dicho factor depende de la Tmxima (T3) y mnima del ciclo (T1) as comode las eficiencias del compresor y de la turbina.

http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=9nJ44O0X29K5VM&tbnid=4Iz3E5zBVKbe-M:&ved=0CAUQjRw&url=http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ciclo_Brayton.png&ei=j53KU5LNNsbLsQSsvICgDQ&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=9nJ44O0X29K5VM&tbnid=4Iz3E5zBVKbe-M:&ved=0CAUQjRw&url=http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ciclo_Brayton.png&ei=j53KU5LNNsbLsQSsvICgDQ&bvm=bv.71198958,d.cWc&psig=AFQjCNFZs-1x4l0uJxL3KIYCR-53O6G3Fw&ust=1405873668954267


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CICLO SIMPLE REAL

=

(

1

)

* ( 1 -

)

A partir de esta expresin podemos ver la importancia que tienenen el caso real la perfeccin en los diseos tanto de la turbinacomo del compresor y la TMxque se puede alcanzar para efectosde lograr una buena eficiencia ya que sta a diferencia del casoideal, no depende slo de la relacin de presiones.

Se puede apreciar que para cada T3de entrada a la turbina, hayuna cierta rpque produce la mxima eficiencia y a partir de la cualla eficiencia tiende a disminuir, es decir que la eficiencia en el casoreal no aumenta indefinidamente con la rp .



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Efect iv idad del Regenerador:

Como se mencion la T de los gases que

entregan calor y del aire que lo recibe, nopueden ser iguales en el intercambiadorregenerativo. Luego: Ta< T4y el aire recibirel calor Cp (Ta - T2). Aqu aparece el trminoEfectividad del Regenerador . Y se define

como la relacin entre calor efectivamenterecibido por el aire, es decir el

correspondiente al proceso 2-a y el calor que

idealmente recibira.

=

=()

()

Considerando Cpconstante, tenemos:

=

Y la Talcanzada por el aire en el regenerador: T5= T2+ (T4- T2)



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Efectividad del Regenerador:

Para el aire:

a= =()()

Y la Talcanzada por el aire en el regenerador

:

T5= T2+ a(T4- T2)

a=()

()=

()

()=

=

Para los gases de combustin:

g=

g=()

()=

()

()=

b

Y la Tde los gases a la salida de la turbina ser: T6= T4+ g(T4- Tb)


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- 8 -

Plan ta Trm ica deCic lo Combinado

8. Plan ta Trm ica de Cic lo Comb inado


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El ciclo combinado viene a ser una mejor utilizacin del ciclode la turbina a gas, instalando algunos equipos adicionales

para aprovechar el calor de los gases de escape paraproduccin de vapor que a su vez accionar una turbina avapor.

Se debe tener en cuenta que las altas T de los gases deescape de una turbina a gas, superiores a 500 C(llegandohasta el orden de 600C) en los del tipo heavydutyy menoren las turbinas aero-derivada o jet (alrededor de 430C),permiten disponer de una importante cantidad de calor que

puede ser aprovechada para produccin de vapor.

En consecuencia en un Ciclo Combinado se dispondr dedos tipos de plantas, una con turbina a gas y otra con turbina

a vapor.

8. Plan ta Trm ica de Cic lo Comb inado


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8. Planta Trmica de Ciclo Combinado


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Princ ip io de func ionamiento

Los gases de escape de laturbina a gas son dirigidas atravs de la caldera de

recuperacin (HRSG) paraproducir vapor a uno o msniveles de presin. Estevapor alimentar a una

turbina a vapor queaccionar a un generadorelctrico.



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Una central de turbina a gas.

Una caldera de recuperacin decalor (conocido como HRSG). Una turbina a vapor acoplado a

un generador elctrico. El condensador. Sistema de alimentacin de

agua a la caldera (bombas,calentadores, etc.

Componentes pr inc ipales

Sistema de enfriamiento para el condensador y dems

auxiliares.

El ciclo combinado se conforma normalmente con una oms unidades con turbinas a gas.



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En general la potencia elctrica producida en una Central del

tipo combinado es de 25% a 50% ms de la potencia de lasturbinas a gas, segn el tipo de turbinas.

Podemos decir en trminos generales que:

POTENCIA Y EFICIENCIA DEL CICLO COMB INADO

PCC= PTG+ PTV Siendo:PCC: potencia del ciclo combinado.PTG : potencia de la planta con turbina a gas.PTV :potencia de la plantaa vapor.

PTV= 0,5 * PTG

PCC= 1,5 * PTG

En el caso de la eficiencia o rendimiento del ciclo combinado, almantenerse la misma cantidad de combustible gastado, pero alproducirse una potencia adicional importante, la eficiencia enbornes del generador se incrementa tambin en forma notoria,hasta alcanzar niveles normales de hasta del orden de 59%

cuando se utilizan de gran tamao.



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Las turbinas a gasgeneradores, HRSG y turbinas a vapor-generador,pueden ser dispuestos en distintas configuraciones, dependiendo de lacapacidad unitaria de las mquinas, el rgimen de operacin y lascaractersticas del sistema elctrico y la economa del proyecto.

Las configuraciones tpicas utilizadas son:

Ciclo combinado en multi-ejes, donde se tiene algunos de lossiguientes arreglos:

- 1 TG + 1 HRSG + 1 TV, con 2 generadores independientes.




Ciclo combinado en eje nico que consiste en:

- 1 TG + 1 HRSG + 1 TV, con 1 generador independiente.

CONFIGURACIN DEL CICLO COMB INADO



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Alta eficiencia trmica de la planta. (cerca a 60%)

Bajos costos especficos de construccin, instalado (hasta elorden de 500 $/kw).

Pocas restricciones para su ubicacin. En caso de nodisponer de agua para refrigeracin pueden utilizarcondensadores enfriados por aire.

No requieren de mucho espacio.

Moderado periodo de construccin.

Utilizar combustibles limpios (gas natural y disel 2).

Bajo nivel de emisin de contaminantes.

Flexibilidad para operar con carga parcial.

VENTAJAS DEL CICLO COMBINADO


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COMPONENTES Y VENTAJAS

DE UNA PLANTA CON

TURBINA A GAS

9. COMPONENTES Y SISTEMAS DE UNA PLANTA CONTURBINA A GAS


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TURBINA A GAS

Sistema de arranque. Sistema de ingreso de aire.

Sistema de combustin. Turbina. Sistema de gases de escape. Generador. Equipos y sistemas auxiliares: Sistema de aceite lubricante. Sistema hidrulico. Sistema de aire de enfriamiento. Sistema de combustible.

Sistema de control de NOx. Sistema de proteccin contra incendio. Sistema de lavado del compresor.

Sistema elctrico de media y baja tensin.

Sistema de control.

VENTAJAS DE LAS CENTRALES CON TURBINA A GAS


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Poco espacio y mnimo de obras civiles.Bajo costo de inversin especfica ($/kw).

Mnimas restricciones para su ubicacin.Buena eficiencia y especialmente en caso de

ciclo combinado.Corto periodo de construccin.

Utilizan combustibles limpios (gas, diesel 2).Bajo nivel emisin de contaminantes.No requiere de zona de acumulacin de

cenizas o desechos de combustin.No requiere de agua de refrigeracin.Rpido arranque y toma de carga.Facilidad para conversin a ciclos combinados

o cogeneracin.

BIBL IOGRAF A


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BIBL IOGRAFA

Bathie W. (1987), Fundamentos de Turbinas a Gas. Editorial

Limusa Mxico D. F.

Cohen H., Rogers G., Saravanamuttoo H. (1983), Teora delas Turbinas a Gas. Editorial Marcombo S.A., Espaa.

Cengel Y. y Boles M. (2012), Termodinmica, ed. 7. McGrawHill, Mxico D.F.

Sabugal, S. y Gmez, F. (2006). Centrales trmicas de ciclocombinado. Teora y Proyecto. Editorial, Ediciones Daz deSantos. Espaa.

Garca, S. y Fraile, Ch. (2008). Cogeneracin. Diseo,operacin y mantenimiento de plantas. Editorial: EdicionesDaz de Santos , Espaa.


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fmt_sesión 9a - plantas térmicas a gas

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