Unidad IV: Turbinas de gas

UNIDAD IV
Turbinas de gas
4.1 Ciclo Brayton El ciclo Brayton fue propuesto por vez primera por George Brayton para emplearlo en el motor reciprocante que quemaba aceite que construyó en 1870. Hoy día se utiliza en turbinas de gas donde los procesos, tanto de compresión como de expansión, suceden en maquinaria rotatoria.

Las turbinas de gas generalmente operan en un ciclo abierto, como se observa en la siguiente figura:

Figura 4.1: Ciclo Brayton abierto

Aire fresco en condiciones ambiente se introduce dentro del compresor donde su temperatura y presión se eleva. El aire de alta presión sigue hacia la cámara de combustión donde el combustible se quema a presión constante. Luego los gases de alta …ver más…

La temperatura más alta que sucede dentro del regenerador es T4, la temperatura de los gases de escape que salen de la turbina y entran al regenerador. Bajo ninguna condición el aire puede precalentarse en el regenerador hasta una temperatura superior a este valor. El aire abandona al regenerador normalmente a una temperatura menor, T5. En el caso limite (ideal), el aire sale del regenerador a la temperatura de entrada de los gases de escape T4. Suponga que el regenerador está en perfecto aislamiento y que cualquier cambio en las energías cinética y potencial será despreciable, las transferencias de calor reales y máximas de los gases de escape al aire pueden expresarse como:
(4-7) (4-8)

El grado al cual un regenerador se aproxima a un regenerador ideal se llama eficacia ( ) y se define como:
(4-9)

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Unidad IV: Turbinas de gas

Cuando se utiliza las suposiciones de aire frío estándar, esto se reduce
(4-10)

Bajo las suposiciones de aire frío estándar, la eficiencia térmica de un ciclo Brayton ideal con regeneración es
(4-11)

La eficiencia térmica se grafica en la siguiente figura. Observe que la regeneración es más efectiva a relaciones de presión inferiores y bajas relaciones de temperatura mínima-máxima.

Figura 4.6: Diagrama η-rp del ciclo Brayton con regeneración

4.2 Turbinas de gas

Una turbina de gas, es una turbo-máquina motora, cuyo fluido de trabajo es un gas. Como la compresibilidad de los gases no