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Practica 5 Turbina de gas, UNAM FI, Máquinas térmicas
CICLO BRAYTON O DE JOULE SIMPLE
ESTE ES UN CICLO TERMODINÁMICO, TIENE UNA ETAPA DE COMPRESIÓN ADIABÁTICA, UNA ETAPA DE CALENTAMIENTO
ISOBÁRICO Y UNA EXPANSIÓN ADIABÁTICA DE UN FLUIDO TERMODINÁMICO COMPRESIBLE.
TIENE UNA AMPLIA APLICACIÓN, AL SER LA BASE DEL MOTOR DE TURBINA DE GAS.
1) 1-2 COMPRESIÓN ADIABÁTICA EN EL COMPRESOR
2) 2-3 ADICIÓN DE CALOR A PRESIÓN CONSTANTE
3) 3-4 EXPANSIÓN ADIABÁTICA EN LA TURBINA
4) 4-1 CALOR RECHAZADO A PRESIÓN CONSTANTE
EN LA PRÁCTICA LOS CICLOS REALES BRAYTON TOMAN
UNA CONFIGURACIÓN DE :
CICLO ABIERTO
CICLO CERRADO
EL FLUIDO DE TRABAJO ES UN FLUIDO TERMODINÁMICO COMPRESIBLE
TENEMOS:
• GAS NATURAL
• GASÓLEOS VAPORIZADOS
• NAPHTA
• METANO
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FLUIDO DE TRABAJO
CICLO BRAYTON.
EL CICLO Y SU MODELADO.
DIAGRAMAS DE CICLO.
Estudio como ciclo estacionario
Practica 5 Turbina de gas, UNAM FI, Máquinas térmicas
LA RELACIÓN DE PRESIÓN.
EL TRABAJO MÁXIMO DEL CICLO.
CICLO BRAYTON CON REGENERACIÓN
En las maquinas de turbinas de gas la temperatura de los gases de escape que salen de la
turbina suele ser considerablemente mayor que la del aire que sale del compresor.
DIAGRAMA T-S
Beneficios
• La eficiencia térmica del ciclo Brayton aumenta
como resultado de la regeneración .
• Disminuye los requerimientos de entrada de
calor y por ende de combustible.
Se recomienda cuando la temperatura de escape es mayor que la temperatura del aire de salida del compresor
CASO IDEAL
BAJO NINGUNA CONDICIÓN EL AIRE PUEDE PRECALENTARSE EN EL REGENERADOR HASTA UNA TEMPERATURA
SUPERIOR A LA TEMPERATURA DE GASES DE ESCAPE .
EFICACIA O EFECTIVIDAD
EL ALCANCE AL QUE UN REGENERADOR SE APROXIMA A UN REGENERADOR IDEAL SE LLAMA EFICACIA O EFECTIVIDAD
“Є”.
𝑞 𝑟𝑒𝑔𝑒𝑛,𝑟𝑒𝑎𝑙 = ℎ5 − ℎ2
𝑞 𝑟𝑒𝑔𝑒𝑛,𝑚𝑎𝑥 = ℎ5′ − ℎ2 = ℎ4 − ℎ2
Є=
𝑞 𝑟𝑒𝑔𝑒𝑛,𝑟𝑒𝑎𝑙
𝑞 𝑟𝑒𝑔𝑒𝑛,𝑚𝑎𝑥
=
ℎ5 − ℎ2
ℎ4 − ℎ2
≅
𝑇5 − 𝑇2
𝑇4 − 𝑇2
MAYOR EFICACIA REGENERADOR MAS GRANDE
NOTA :LA MAYORÍA DE LOS REGENERADORES UTILIZADOS EN LA PRACTICA TIENEN EFICACIAS POR DEBAJO DE 85%
EFICIENCIA DEL CICLO CON REGENERACIÓN
η 𝑡𝑒𝑟,𝑟𝑒𝑔 = 1 −
𝑤𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟
𝑤𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎
= 1 −
𝐶𝑝(𝑇2 − 𝑇1)
𝐶𝑝(𝑇3 − 𝑇4)
Los procesos 1-2 y 3-4 son isentrópicos y tenemos que p2=p3 y p4=p1
Por lo tanto utilizando las ecuaciones de gas ideal para un proceso isoentrópico :
𝑇2
𝑇1
= (
𝑃2
𝑃1
)
𝐾−1
𝐾 = (
𝑃3
𝑃4
)
𝐾−1
𝐾 =
𝑇3
𝑇4
η 𝑡𝑒𝑟,𝑟𝑒𝑔 = 1 − (
𝑇1
𝑇3
) (𝑟𝑝)(𝐾−1)/𝐾
CICLO CON ENFRIAMIENTO INTERMEDIO
DEL AIRE.
• CON ESTE MÉTODO LO QUE HACEMOS COMPRIMIR LOS GASES DE ADMISIÓN EN DOS ETAPAS CON UNA
REFRIGERACIÓN INTERMEDIA, PARA SACAR PARTE DEL CALOR QUE HAN ADQUIRIDO EN LA PRIMERA
ETAPA DE COMPRESIÓN.
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CICLO BRAYTON CON INTERENFRIAMIENTO,
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CICLOS IDEALES DE PROPULSIÓN POR
REACCIÓN
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Practica 5 Turbina de gas, UNAM FI, Máquinas térmicas

  • 2. CICLO BRAYTON O DE JOULE SIMPLE
  • 3. ESTE ES UN CICLO TERMODINÁMICO, TIENE UNA ETAPA DE COMPRESIÓN ADIABÁTICA, UNA ETAPA DE CALENTAMIENTO ISOBÁRICO Y UNA EXPANSIÓN ADIABÁTICA DE UN FLUIDO TERMODINÁMICO COMPRESIBLE. TIENE UNA AMPLIA APLICACIÓN, AL SER LA BASE DEL MOTOR DE TURBINA DE GAS.
  • 4. 1) 1-2 COMPRESIÓN ADIABÁTICA EN EL COMPRESOR 2) 2-3 ADICIÓN DE CALOR A PRESIÓN CONSTANTE 3) 3-4 EXPANSIÓN ADIABÁTICA EN LA TURBINA 4) 4-1 CALOR RECHAZADO A PRESIÓN CONSTANTE
  • 5. EN LA PRÁCTICA LOS CICLOS REALES BRAYTON TOMAN UNA CONFIGURACIÓN DE : CICLO ABIERTO
  • 7. EL FLUIDO DE TRABAJO ES UN FLUIDO TERMODINÁMICO COMPRESIBLE TENEMOS: • GAS NATURAL • GASÓLEOS VAPORIZADOS • NAPHTA • METANO • GASES DE BIOMASA FLUIDO DE TRABAJO
  • 9. EL CICLO Y SU MODELADO.
  • 11. Estudio como ciclo estacionario
  • 13. LA RELACIÓN DE PRESIÓN.
  • 14. EL TRABAJO MÁXIMO DEL CICLO.
  • 15. CICLO BRAYTON CON REGENERACIÓN En las maquinas de turbinas de gas la temperatura de los gases de escape que salen de la turbina suele ser considerablemente mayor que la del aire que sale del compresor.
  • 16. DIAGRAMA T-S Beneficios • La eficiencia térmica del ciclo Brayton aumenta como resultado de la regeneración . • Disminuye los requerimientos de entrada de calor y por ende de combustible. Se recomienda cuando la temperatura de escape es mayor que la temperatura del aire de salida del compresor
  • 17. CASO IDEAL BAJO NINGUNA CONDICIÓN EL AIRE PUEDE PRECALENTARSE EN EL REGENERADOR HASTA UNA TEMPERATURA SUPERIOR A LA TEMPERATURA DE GASES DE ESCAPE .
  • 18. EFICACIA O EFECTIVIDAD EL ALCANCE AL QUE UN REGENERADOR SE APROXIMA A UN REGENERADOR IDEAL SE LLAMA EFICACIA O EFECTIVIDAD “Є”. 𝑞 𝑟𝑒𝑔𝑒𝑛,𝑟𝑒𝑎𝑙 = ℎ5 − ℎ2 𝑞 𝑟𝑒𝑔𝑒𝑛,𝑚𝑎𝑥 = ℎ5′ − ℎ2 = ℎ4 − ℎ2 Є= 𝑞 𝑟𝑒𝑔𝑒𝑛,𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑞 𝑟𝑒𝑔𝑒𝑛,𝑚𝑎𝑥 = ℎ5 − ℎ2 ℎ4 − ℎ2 ≅ 𝑇5 − 𝑇2 𝑇4 − 𝑇2 MAYOR EFICACIA REGENERADOR MAS GRANDE NOTA :LA MAYORÍA DE LOS REGENERADORES UTILIZADOS EN LA PRACTICA TIENEN EFICACIAS POR DEBAJO DE 85%
  • 19. EFICIENCIA DEL CICLO CON REGENERACIÓN η 𝑡𝑒𝑟,𝑟𝑒𝑔 = 1 − 𝑤𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑤𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 = 1 − 𝐶𝑝(𝑇2 − 𝑇1) 𝐶𝑝(𝑇3 − 𝑇4) Los procesos 1-2 y 3-4 son isentrópicos y tenemos que p2=p3 y p4=p1 Por lo tanto utilizando las ecuaciones de gas ideal para un proceso isoentrópico : 𝑇2 𝑇1 = ( 𝑃2 𝑃1 ) 𝐾−1 𝐾 = ( 𝑃3 𝑃4 ) 𝐾−1 𝐾 = 𝑇3 𝑇4 η 𝑡𝑒𝑟,𝑟𝑒𝑔 = 1 − ( 𝑇1 𝑇3 ) (𝑟𝑝)(𝐾−1)/𝐾
  • 20. CICLO CON ENFRIAMIENTO INTERMEDIO DEL AIRE. • CON ESTE MÉTODO LO QUE HACEMOS COMPRIMIR LOS GASES DE ADMISIÓN EN DOS ETAPAS CON UNA REFRIGERACIÓN INTERMEDIA, PARA SACAR PARTE DEL CALOR QUE HAN ADQUIRIDO EN LA PRIMERA ETAPA DE COMPRESIÓN.
  • 23. CICLO BRAYTON CON INTERENFRIAMIENTO, RECALENTAMIENTO Y REGENERACIÓN.
  • 26. CICLOS IDEALES DE PROPULSIÓN POR REACCIÓN • LOS MOTORES DE TURBINAS DE GAS SON MUY USADOS PARA IMPULSAR AERONAVES POR QUE SON LIGEROS ,COMPACTOS Y TIENEN UNA ELEVADA RELACIÓN ENTRE POTENCIA Y PESO.