tema 8. ciclos de potencia de gases -...
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TEMA 8. CICLOS DE POTENCIA DE GASES TURBINAS DE GAS
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CONTENIDOS:
1. Aspectos Preliminares
2. El Ciclo de Brayton de aire estándar
3. Turbina de gas regenerativa
4. El ciclo de Potencia Regenerativo con recalentamiento y refrigeración
5. Ciclo Combinado Turbina de gas – Ciclo de vapor
6. Turbinas de gas para propulsión aérea
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OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
El estudiante será capaz describir el esquema de un ciclo de potencia de gas.
Representar el ciclo Brayton ideal en un diagrama h-s y p-v.
Representar el ciclo Brayton real en un diagrama h-s.
Analizar la influencia de determinados parámetros en el rendimiento térmico.
Describir las modificaciones que se realizan al ciclo ideal para aumentar elrendimiento térmico.
Identificar los motores de propulsión aérea
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8.1 ASPECTOS PRELIMINARES
MODELOS MATEMÁTICOS SIMPLES CONCLUSIONES CUALITATIVAS
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8.1 ASPECTOS PRELIMINARES
UTILIZACIÓN
AERONÁUTICA PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD
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8.1 ASPECTOS PRELIMINARES
UTILIZACIÓN
TRACCIÓN FERROVIARIA
MARINA
• AUTOMÓVILES
• INDUSTRIA
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8.1 ASPECTOS PRELIMINARES
VENTAJAS:
• ALTA POTENCIA ESPECÍFICA• PEQUEÑO TAMAÑO• BAJO NIVEL VIBRATORIO• PUESTA EN MARCHA RÁPIDA• COMBUSTIBLES: Gasoil, GN, Fueloil, Keroseno• ALTA FIABILIDAD• LARGO PERIODO ENTRE REVISIONES
INCONVENIENTES:
• BAJO RENDIMIENTO TÉRMICO (C. SIMPLE)• ALTAS EMISIONES DE NO, NO2• REGULACIÓN DE LA CARGA
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8.2 EL CICLO BRAYTON DE AIRE ESTÁNDAR
AIRE ESTÁNDAR: Relación aire –combustible muy alta o El fluido de trabajo es siempre aire (gas ideal)o La elevación de la temperatura se produce por transferencia de calor de una fuente externa
AIRE ESTÁNDAR FRÍO Cp = cteTRABAJO TURBINA: )( 43 hh
mWt
TRABAJO COMPRESOR: )( 12 hhmWc
CALOR DE ENTRADA: )( 23 hhmQe
)( 14 hhmQS
CALOR CEDIDO:
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RENDIMIENTO TÉRMICO REL. TRABAJOS
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8.2 EL CICLO BRAYTON DE AIRE ESTÁNDAR
T
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CAMBIO DE ENTROPÍA DE UN GAS IDEAL (RECORDATORIO 6.7.2 M&S)
dpTv
Tdhds
pdpR
TdTTcds p )(
1
21122 ln)(),(),(
2
1ppR
TdTTcpTspTs
T
Tp
T
po
TdTTcTs
0
)()(
1
2121122 ln)()(),(),(
ppRTsTspTspTs oo
PROCESO ISOENTRÓPICO
1
212 ln)()(0
ppRTsTs oo
1
212 ln)()(
ppRTsTs oo
RTsTspp
oo )()(exp 1212
1
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1
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)(exp
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RTs
RTs
pp
1
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ppp rr
2
13
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434 p
pp
pp
pp rrr
Tablas f(T)
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8.2 EL CICLO BRAYTON DE ARE ESTÁNDARAIRE ESTÁNDAR FRÍO Cp = cte
kk
ppTT
1
1
212
kk
kk
ppT
ppTT
1
2
13
1
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kk
p
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ppT
TTTc
TTcTTc1
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22
1
43
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8.2 EL CICLO BRAYTON DE AIRE ESTÁNDAR. CICLO REALPRINCIPALES IRREVERSIBILIDADES Y PÉRDIDAS
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43
43
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8.3 TURBINA DE GAS REGENERATIVA
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24
2
hhhhx
REG
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8.4 TURBINA DE GAS REGENERATIVA CON RECALENTAMIENTO Y REFRIGERACIÓN
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8.4 TURBINA DE GAS REGENERATIVA CON RECALENTAMIENTO Y REFRIGERACIÓN
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8.4 TURBINA DE GAS REGENERATIVA CON RECALENTAMIENTO Y REFRIGERACIÓN
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8.5 CICLO COMBINADO TURBINA DE GAS-CICLO DE VAPOR
e
VAPORGAS
QWW
)()( 5467 hhmhhm aV
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8.5 CICLO COMBINADO TURBINA DE GAS-CICLO DE VAPOR
Torre de refrigeración
Estación de regulación y medida (ERM) de gas
Turbina de gas
Filtros de aire
Alternador
Transformador
Red Eléctrica
Caldera de recuperación
Turbina de vapor
Bomba
CondensadorAlternador
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*: Carbón, fuel-oil, gas-oil, gas natural, biomasa y residuos pertenecientes al régimen especial
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DIFERENCIAS CENTRAL TÉRMICA CLÁSICA PLANTA DE CICLO COMBINADO
COMBUSTIBLE Carbón, lignito, madera o fuel oil Gas natural
EMISIOMES Posibilidad de humos negros, hollines, cenizas y dioxinas
Reducidas emisiones gaseosas y reducido nivel de ruido
NIVEL DE CO2 y NOx
Niveles elevados Niveles irrelevantes: 50% menos y 10 veces menos, respectivamente
EFICIENCIA ENERGÉTICA
30-34% 56%
ALMACENAMIENTO Necesidad de depósitos. Tráfico de camiones para suministro
No necesita ninguna de las dos cosas
ALTURA DE CHIMENEAS
200 metros 60 metros, bajo impacto visual
TIEMPO DE CONSTRUCCIÓN
Entre 5 y 7 años 2 años y medio con la creación de 500 puestos de trabajo directo, además de
empleo estacional en revisiones y empleo indirecto.
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8.6 TURBINAS DE GAS PARA PROPULSIÓN AÉREA
Compresor Combustor
TURBORREACTOR
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8.6 TURBINAS DE GAS PARA PROPULSIÓN AÉREA
TURBORREACTOR CON POSTCOMBUSTIÓN
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8.6 TURBINAS DE GAS PARA PROPULSIÓN AÉREA
TURBOHÉLICE
Hélice
Compresor
QuemadoresTurbina
Reductora
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8.6 TURBINAS DE GAS PARA PROPULSIÓN AÉREA
TURBOFAN (TURBOVENTILADOR)
Ventilador
Turbina
Alta Presión
Quemadores
Flujo By-pass
Ventilador
Turbina
Baja Presión
Compresor
Alta Presión
Compresor
Baja Presión
Escape Turbina