CAPÍTULO 3 CICLOS DE POTENCIA CON TURBINAS A GAS OBJETIVOS: Presentar el ciclo de una turbina de gas. Presentar el ciclo Brayton regenerativo Presentar ejemplos y problemas de práctica que ilustran los ciclos de potencia.

3.1 INTRODUCCIÓN

3.1 INTRODUCCIÓN Las turbinas de gas pueden operar como sistemas abiertos o cerrados. Este sistema mecánico se aplica para la producción de energía eléctrica. En una operación de ciclo abierto, entra aire al compresor, pasa por una cámara de combustión de presión constante, pasa por una turbina y luego sale como productos de la combustión a la atmosfera.

3.1 INTRODUCCIÓN

3.1 INTRODUCCIÓN

3.1 INTRODUCCIÓN

¿Qué es un generador electrico?

3.2 CONSIDERACIONES BÁSICAS PARA EL ANÁLISIS DE LOS CICLOS DE POTENCIA Las idealizaciones empleadas en el análisis de los ciclos de potencia a gas, pueden resumirse en lo siguiente: El ciclo no implica ninguna fricción. Por lo tanto el fluido de trabajo no experimenta ninguna caída de presión cuando fluye en tuberías o dispositivos como los intercambiadores de calor. Todos los procesos de compresión y expansión ocurren en transformación adiabático. Las tuberías que conectan a los diferentes componentes del sistema están muy bien aisladas y la transferencia de calor a través de ellas es insignificante.

3.3 SUPOSICIONES DE AIRE ESTÁNDAR Una idealización, utilizada a veces en el estudio de centrales térmicas de turbinas de gas de tipo abierto, es el análisis aire-estándar. En el análisis aire-estándar se realiza dos suposiciones: (1) El fluido de trabajo es aire, que se comporta como gas ideal, y (2) La elevación de temperatura que debe conseguirse por la combustión interna se realiza con una transferencia de calor de una fuente externa.

3.4 LAS CENTRALES DE TURBINAS DE GAS Las turbinas de gas pueden operar como sistemas abiertos o cerrados.

3.5 EL CICLO BRAYTON IDEAL DE AIRE-ESTÁNDAR Una representación simplificada de los estados por los que pasa el aire en dicho ciclo, se consigue al suponer que los gases que salen de la turbina vuelven al compresor pasando a través de un intercambiador de calor donde se realiza la cesión de calor al medio ambiente. Si se ignoran las irreversibilidades que ocurren cuando el aire circula a través de los componentes del ciclo Brayton, no habrá pérdidas de presión por rozamiento y el aire fluirá a presión constante a través de los intercambiadores de calor, si se desprecian también las transferencias de calor al ambiente, los procesos a lo largo de la turbina y compresor serán isentrópicos.

Diagrama esquemático de la turbina de gas de aire-estándar.

Diagrama p-v del ciclo Brayton

3.6 TURBINAS DE GAS REGENERATIVAS El gas que abandona la turbina tiene una temperatura bastante mayor que la temperatura ambiente. Consecuentemente, este gas caliente que escapa de la turbina tiene una utilidad potencial que se pierde cuando se descarga directamente al ambiente. Un modo de utilizar este potencial es por medio de in intercambiador de calor llamado regenerador.

3.6 TURBINAS DE GAS REGENERATIVAS

3.6 TURBINAS DE GAS REGENERATIVAS

3.7 LOS CICLOS ERICSSON Y STIRLING La figura 8 muestra los diagramas P-v y T-s del ciclo esquemático del motor Ericsson que funciona en régimen estacionario. Los procesos de este ciclo son: 1-2 proceso de expansión isoterma en la Turbina, donde se suministra calor al ciclo. 2-3 proceso de enfriamiento a presión constante. 3-4 proceso de compresión isoterma y suministro de trabajo. 4-1 proceso a presión constante recibiendo calor del regenerador.

EL CICLO ERICSSON Figura 8. Ciclo de Ericsson

EL CICLO STIRLING Otro ciclo que emplea un regenerador, es el ciclo Stirling mostrado en los diagramas p-v y T-S de la figura-9. El ciclo consta de cuatro procesos internamente reversibles en serie: Expansión isoterma desde el estado 1 al 2 a temperatura T A. Enfriamiento a volumen constante desde el estado 2 al 3, compresión isoterma desde el estado 3 a 4 a temperatura TB, y calentamiento a volumen constante desde el estado 4 a 1 para completar el ciclo.

EL CICLO STIRLING Figura 9. ciclo de Stirling

Una clave del éxito es la autoconfianza Una clave del éxito es la autoconfianza. Pero la clave de la confianza en sí mismo es la preparación. Arthur Ashe