TURBINA DE GAS

TIPOS DE TURBINAS DE GAS

ORIGEN

CICLO

EJES

CÁMARA DE COMBUSTIÓN

CONFIGURACIÓN

Turbinas aeroderivadas

Ciclo abierto

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Ciclo cerrado

Turbinas industriales

Turbina monoeje

Turboreactor

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Anular

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Turbohélice

Turbina multieje

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Tubo-anular

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Turbofan

Tipo silo

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CICLO DE BRAYTON

El modelo de funcionamiento para las turbinas de gas se conoce como Ciclo de Brayton. Como MÁQUINA TÉRMICA, se sigue el Principio de Carnot para establecer su eficiencia.

SUPOSICIONES TERMODINÁMICAS

REAL

IDEAL

VS

Sistema abierto ó Sistema cerrado. Flujo estacionario. No hay fricción ni caídas de presión - ΔEnergías = 0. La compresión y expansión están en cuasi-equilibrio. No hay transferencia de calor en las tuberías. Todos los procesos son internamente reversibles. Aire estándar y Gas ideal. Operación prolongada. NOTABLEMENTE: Compresión ISENTRÓPICA. Combustión ISOBÁRICA. Expansión ISENTRÓPICA. Expulsión ISOBÁRICA.

Sistema abierto ó Sistema cerrado. Flujo no estacionario. Sí existen fricción y caídas de presión - ΔEnergías ≠ 0. La compresión y expansión no están equilibradas. Existen transferencias de calor a los alrededores. Todos los procesos son irreversibles. Gas real. Operación prolongada. NOTABLEMENTE: Compresión ADIABÁTICA. Combustión ISOBÁRICA. Expansión ADIABÁTICA. Expulsión ISOBÁRICA.

* Para un análisis más manejable, se opta por las suposiciones del sistema ideal.

ECUACIONES

TRABAJO NETO

TRABAJO, ENERGÍA Y LEYES

COMPRESOR

ANÁLISIS DEL SISTEMA

(pasar el mouse por los cuadros)

EFICIENCIA

GAS

COMBUSTOR

ECUACIONES POR PROCESO

EXPANSIÓN

BALANCE DE ENERGÍA

SEGUNDA LEY

PRIMERA LEY

BALANCE DE MASA

RANGO DE EFICIENCIAS

30%

50%

>60%

Ciclo sencillo

Ciclo compuesto

Ciclo múltiple

Las máquinas térmicas tienen un límite de eficiencia termodinámica del 60%, sin embargo en años recientes, se han podido crear configuraciones que a través de "añadidos" logran aumentar su eficiencia más allá de esta barrera. El récord hasta ahora es del 63.08%.

* Click en los botones de play para ver ejemplos de la vida real.

EJEMPLO DE APLICACIÓNINDUSTRIA AERONÁUTICA E INDUSTRIA DE ENERGÍA ELÉCTRICA

Las dos principales áreas de aplicación de las turbinas de gas son la propulsión y la generación de energía eléctrica. Cuando se emplean en propulsión de aviones, por ejemplo, la turbina de gas produce la potencia suficiente para accionar tanto al compresor como a un pequeño generador que a su vez acciona al equipo auxiliar. Los gases de escape de alta velocidad son los responsables de producir el empuje necesario para impulsar la aeronave. Las turbinas de gas también se utilizan como centrales eléctricas estacionarias que producen energía eléctrica como unidades independientes o en conjunto con las centrales eléctricas de vapor en el lado de alta temperatura. En estas centrales los gases de escape de las turbinas de gas sirven como fuente de calor para el vapor. El ciclo de turbina de gas también puede ejecutarse como un ciclo cerrado para su utilización en centrales nucleares, en las que el fluido de trabajo no se limita al aire y puede emplearse un gas con características más convenientes (como el helio).

Diagrama de configuración en planta eléctrica

MARIA CAMILA CORREA CABRERA - SUSANA AMANECER ESCALANTE - LEONARDO JURADO MONTEZUMA