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W. Gonzales M.
Ciclos de Turbinas a Gas(Ciclo Brayton Ideal y Real)
W. Gonzales M.
Turbinas de gas (Ciclo Brayton)
El ciclo considera como fluido de trabajo al aire.
Turbinas de gas(Ciclo Brayton cerrado)
W. Gonzales M.
Cámara decombustión
turbina
Intercambiador de calor
1
2
3
4
QH(Gas natural como fuente de energía)
W34
QLW12 = Trabajo consumido por el compresor (kJ)W34= Trabajo útil generado por la turbina (kJ)QH= Calor necesario en la cámara de combustión(kJ)QL= Calor expulsado al medio externo(kJ)
Fluido de trabajo: AireFuente de energía: Gas natural
CompresorW12
W. Gonzales M.
El ciclo básico ideal de Brayton está compuesto por cuatro procesos:
1-2. Compresión isentrópica en un compresor centrífugo.
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 en una turbina.
4-1. Remoción de calor del fluido de trabajo a presión constante en un intercambiador de calor o en la atmósfera.
Turbinas de gas (Ciclo Brayton)
W. Gonzales M.
Cámara decombustión
turbina
Intercambiador de calor
1
2
3
4
QH(Gas natural como fuente de energía)
W34
Compresor
QL
1
2
4
3
p
s3=s4
s1=s2
QH
QLv
Rendimiento térmico del ciclo:
HH
netotermico Q
WWQW
1234
Donde,
W12 = Trabajo consumido por el compresor (kJ) (negativo)W34 = Trabajo útil generado por la turbina (kJ) (positivo)
Turbinas de gas (Ciclo Brayton cerrado)
W12
W12
W34
Heat rate:
neto
H
térmico W
QHR
1
W. Gonzales M.
Cámara decombustión
turbina
1
2
3
4
QH(Gas natural como fuente de energía)
W34
Compresor
1
2
4
3
p
s3=s4
s1=s2
QH
QLv
Rendimiento térmico del ciclo:
HH
netotermico Q
WWQW
1234
Donde,
W12 = Trabajo consumido por el compresor (kJ) (negativo)W34 = Trabajo útil generado por la turbina (kJ) (positivo)
Turbinas de gas (Ciclo Brayton abierto)
W12
W12
W34
W. Gonzales M.
Cámara decombustión
turbina
1
2
3
4
QH(Gas natural como fuente de energía)
W34
Compresor
1
2
4
3
p
s3=s4
s1=s2
QH
QLv
Turbinas de gas (Ciclo Brayton abierto)
W12
W12
W34
W. Gonzales M.
Cámara decombustión
turbina
1
2
3
4
QH(Gas natural como fuente de energía)
W34
Compresor
1
2
4
3
p
s3=s4
s1=s2
QH
QLv
Eficiencia del Ciclo Brayton
W12
W12
W34
W. Gonzales M.
Trabajo Neto Generado
W. Gonzales M.
Cámara decombustión
turbina
Intercambiador de calor
1
2´
3´
4´
QH(Gas natural como fuente de energía)
W34
Compresor
QL
W12´ = Trabajo consumido por el compresor (kJ)=PdvW3´4´= Trabajo útil generado por la turbina (kJ)=m (h4´-h3´)QH= Calor necesario en la cámara de combustión(kJ)=m (h3´-h2´)QL= Calor expulsado al medio externo(kJ)=m (h1-h4´)
El ciclo real admite la presencia de irreversibilidades:- Caída de presión- Transmisión de calor con el medio externo- Incremento de la entropía
W12
Turbinas de gas real (Ciclo Brayton cerrado)
QH
QL
2
1
3
4
T
p1=p4´
s
2´
3´
4´
Rendimiento en turbinas y Compresores
W. Gonzales M.
Cámara decombustión
turbina
Intercambiador de calor
1
2´
3´
4´
QH(Gas natural como fuente de energía)
W34
Compresor
QL
1
2
4
3
p
s3=s4
s1=s2
QH
QLv
W12
W12
W34
Turbinas de gas real (Ciclo Brayton cerrado)
QH
QL
2
1
3
4
T
p1=p4´
s
2´
3´
4´Rendimiento térmico del ciclo:
HH
netotermico Q
WWQW ´12´4´3
Donde,
W12´ = Trabajo consumido por el compresor (kJ) (negativo)W3´4´ = Trabajo útil generado por la turbina (kJ) (positivo)
W. Gonzales M.
Ciclo Brayton con Regenerador
W. Gonzales M.
Ciclo Brayton con Recalentador
W. Gonzales M.
Ciclo Brayton con Enfriamiento en Etapas de Compresión
W. Gonzales M.
Ciclo Brayton con Regeneración,
Recalentamiento y enfriamiento interetapas
W. Gonzales M.
Ciclo Brayton Aplicado en Turbinas de Propulsión de Aviones