3 - Ciclo Brayton Ideal Y Real 5f3y2v

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.

W. Gonzales M.

Turbinas de gas(Ciclo Brayton cerrado) QH(Gas natural como fuente de energía) Fluido de trabajo: Aire Fuente de energía: Gas natural

3

Cámara de combustión

2

Compresor

W34

W12

turbina

1

4

Intercambiador de calor

W12 = 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)

QL

W. Gonzales M.

Turbinas de gas (Ciclo Brayton) 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.

W. Gonzales M.

Turbinas de gas (Ciclo Brayton cerrado) QH(Gas natural como fuente de energía) p

3

2

Cámara de combustión

W34

W12

turbina

Compresor 1

QH 2

3 W34 W12

s3=s4

s1=s2

4

1

Intercambiador de calor

QL

4 v

QL Rendimiento térmico del ciclo:

termico

W neto W 34  W 12   Q H Q H

Heat rate:

HR 

1

térmico

Q H  W neto

Donde, W12 = Trabajo consumido por el compresor (kJ) (negativo) W34 = Trabajo útil generado por la turbina (kJ) (positivo)

W. Gonzales M.

Turbinas de gas (Ciclo Brayton abierto) QH(Gas natural como fuente de energía)

p

3 2

Cámara de combustión

W34

W12 turbina

Compresor

1

4

QH 2

3 W34 W12

s3=s4

s1=s2 1

QL

4 v

Rendimiento térmico del ciclo:

termico Donde,

W neto W 34  W 12    QH Q H

W12 = Trabajo consumido por el compresor (kJ) (negativo) W34 = Trabajo útil generado por la turbina (kJ) (positivo)

W. Gonzales M.

Turbinas de gas (Ciclo Brayton abierto) QH(Gas natural como fuente de energía) 3

Cámara de combustión

2

W34

W12

turbina

Compresor

1

4

p

QH 2

3 W12

W34 s3=s4

s1=s2 1

QL

4 v W. Gonzales M.

Eficiencia del Ciclo Brayton QH(Gas natural como fuente de energía) 3

Cámara de combustión

2

W34

W12

turbina

Compresor

1

4

p

QH 2

3 W12

W34 s3=s4

s1=s2 1

QL

4 v W. Gonzales M.

Trabajo Neto Generado

W. Gonzales M.

Turbinas de gas real (Ciclo Brayton cerrado) QH(Gas natural como fuente de energía) T

3´ 2´

Cámara de combustión

W12

W34

2

QH

2´

turbina

Compresor 1

4´

Intercambiador de calor

QL

3´

3

1

p1=p4´

4

4´ QL s

Rendimiento en turbinas y Compresores

W12´ = Trabajo consumido por el compresor (kJ)=Pdv W3´4´= Trabajo útil generado por la turbina (kJ)=m (h 4´-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 ite la presencia de irreversibilidades: - Caída de presión - Transmisión de calor con el medio externo - Incremento de la entropía

W. Gonzales M.

Turbinas de gas real (Ciclo Brayton cerrado) QH(Gas natural como fuente de energía) 3´ 2´

QH

p 2

Cámara de combustión

3

W34

W12

W s334=s4

turbina

Compresor 1

W12 s1=s2 1

4´

4

QL

v

Intercambiador de calor

T QL Rendimiento térmico del ciclo:

termico  Donde,

2

Wneto W3´4´  W12´  QH QH

W12´ = Trabajo consumido por el compresor (kJ) (negativo) W3´4´ = Trabajo útil generado por la turbina (kJ) (positivo)

3´

3

1

QH

2´

p1=p4´

4

4´ QL s 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

W. Gonzales M.