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