TEMA 8. CICLOS DE POTENCIA DE GASES TURBINAS DE GAS

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

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

8.1 ASPECTOS PRELIMINARES

MODELOS MATEMÁTICOS SIMPLES CONCLUSIONES CUALITATIVAS

8.1 ASPECTOS PRELIMINARES

UTILIZACIÓN

AERONÁUTICA PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD

8.1 ASPECTOS PRELIMINARES

UTILIZACIÓN

TRACCIÓN FERROVIARIA

MARINA

• AUTOMÓVILES

• INDUSTRIA

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

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:

)hh()hh()hh(

mQ

mW

mW

23

1243

e

ct

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43

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mW

mW

rwt

C

RENDIMIENTO TÉRMICO REL. TRABAJOS

8.2 EL CICLO BRAYTON DE AIRE ESTÁNDAR

T

CAMBIO DE ENTROPÍA DE UN GAS IDEAL (RECORDATORIO 6.7.2 M&S)

dpTv

Tdhds

pdpR

TdTTcds p )(

1

21122 ln)(),(),(

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1ppR

TdTTcpTspTs

T

Tp

T

po

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ppRTsTspTspTs oo

PROCESO ISOENTRÓPICO

1

212 ln)()(0

ppRTsTs oo

1

212 ln)()(

ppRTsTs oo

RTsTspp

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)(exp

)(exp

r

r

r

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pp

TpTp

RTs

RTs

pp

1

212 p

ppp rr

2

13

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434 p

pp

pp

pp rrr

Tablas f(T)

8.2 EL CICLO BRAYTON DE ARE ESTÁNDARAIRE ESTÁNDAR FRÍO Cp = cte

kk

ppTT

1

1

212

kk

kk

ppT

ppTT

1

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ppb

ppT

TTTc

TTcTTc1

1

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1243 111...)(

)()(

8.2 EL CICLO BRAYTON DE AIRE ESTÁNDAR. CICLO REALPRINCIPALES IRREVERSIBILIDADES Y PÉRDIDAS

)()(

43

43

s

s

t

t

t hhhh

mW

mW

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12

12

hhhh

mW

mW

S

s

Ct

C

c

8.3 TURBINA DE GAS REGENERATIVA

)()(

24

2

hhhhx

REG

8.4 TURBINA DE GAS REGENERATIVA CON RECALENTAMIENTO Y REFRIGERACIÓN

8.4 TURBINA DE GAS REGENERATIVA CON RECALENTAMIENTO Y REFRIGERACIÓN

8.4 TURBINA DE GAS REGENERATIVA CON RECALENTAMIENTO Y REFRIGERACIÓN

8.5 CICLO COMBINADO TURBINA DE GAS-CICLO DE VAPOR

e

VAPORGAS

QWW

)()( 5467 hhmhhm aV

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

*: Carbón, fuel-oil, gas-oil, gas natural, biomasa y residuos pertenecientes al régimen especial

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.

8.6 TURBINAS DE GAS PARA PROPULSIÓN AÉREA

Compresor Combustor

TURBORREACTOR

8.6 TURBINAS DE GAS PARA PROPULSIÓN AÉREA

TURBORREACTOR CON POSTCOMBUSTIÓN

8.6 TURBINAS DE GAS PARA PROPULSIÓN AÉREA

TURBOHÉLICE

Hélice

Compresor

QuemadoresTurbina

Reductora

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