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
)()(
43
12
hhhh
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)(),(),(
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
2
11
22
1
2
1
2
)()(
)(exp
)(exp
r
r
r
ro
o
pp
TpTp
RTs
RTs
pp
1
212 p
ppp rr
2
13
3
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
2
13
1
3
434
kk
p
ppb
ppT
TTTc
TTcTTc1
1
22
1
43
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
)()(
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
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