Principios Fundamentales de las Turbinas a Gas Centrales Eléctricas FI UBA

Transcripción

1 Principios Fundamentales de las Turbinas a Gas Centrales Eléctricas FI UBA

2 Temario Principios Termodinámicos Ciclo de Brayton Ideal y Real Rendimiento del Ciclo de Brayton Elementos Constitutivos de una Turbina a Gas Ciclo de Brayton Regenerativo Rendimiento del Ciclo de Brayton Regenerativo Ciclo Regenerativo con dos etapas de compresión y refrigeración intermedia Información característica de Turbinas Reales

3 Fundamentos Termodinámicos Los 2 parámetros mas utilizados para la evaluacion de los ciclos termodinámicos son: Trabajo útil específico Rendimiento Térmico Wt η th = qs qr Wt = = 1 qs = qs(1 qr qs qr qs ) Donde: qs qr es el calor suministrado es el calor extraído

4 Fundamentos Termodinámicos De la Termodinámica conocemos que: Donde dq es la cantidad de calor transferido a la temperatura T 1) dq = 0 (ciclos reversibles) T Por otro lado la temperatura promedio del calor transferido en un proceso está dada por: 2) dq T = Tm q De 1) y 2) tenemos que: qs = Tm qr s Tm r Wt = qs(1 Tm Tm r s ) η th =1 Tm Tm r s Conclusión: Para lograr la mejor eficiencia Térmica la Energía debe ser suministrada tan alta como se pueda y extraida a una temperatura tan baja como se pueda.

5 Ciclo de Brayton El ciclo de la turbina de gas ideal consta de 4 procesos: 1. COMPRESIÓN ADIABÁTICA P 2. COMBUSTION ISOBÁRICA 3. EXPANSIÓN ADIABÁTICA 4. CIERRE DEL CICLO (POR ATMOSFERA) ISOBÁRICA 2 3 T Limite Sup. X Temp Patm V S Fluido de Trabajo: gases de comustión Combustión: Interna Presión de combustión: CTE Potencia de la turbina limitada por T3, afecta el material de los álabes (deben soportar altos esfuerzos a altas temperaturas )

6 Ciclo Ideal Trabajo y Rendimiento del Ciclo Ideal Qs = h3 h2 = Cp23 (T3-T2) Qr = h4 h1 = Cp41 (T4-T1) Para gases ideales Cp Si rp=p2/p1 y Cp23= = Cp41 41= = Cp=cte k=cp/cv=cte (para gases ideales) y recordando que en procesos adiabáticos Y recordando que p2=p3 y p1=p4 nos queda que Y por lo tanto η = T = 1 k 1 T2 k rp k 1 1 k wt = t rp 1 k 1 k rp T η = 1 T T T T T p 2 = p 1 T4 T T T 3 k 1 k = rp T1 = T 2 k 1 k El rendimiento aumenta si: 1. T2 aumenta 2. Rp aumenta 3. T1 disminuye

7 Ciclo Ideal CURVAS DE PERFOMANCE η wt

8 Ciclos Abiertos Single Shaft COMBUSTIBLE 2 3 CAMARA COMBUSTION 1 COMPRESOR TURBINA 4 POTENCIA CARACTERÍSTICAS: Compresor y turbina sobre mismo eje Unido directamente a las carga mecánica Típico para aplicaciones que requieren velocidades constantes como Generadores de Energía Eléctrica

9 Ciclos Abiertos Power Turbine Cycle COMBUSTIBLE 2 3 CAMARA COMBUSTION 4 1 COMPRESOR TURBINA PRODUCCION DE GASES TURBINA DE POTENCIA POTENCIA 5 CARACTERÍSTICAS: Estos Ciclos constan de un generador de gas (separado mecánicamente) unido dinamicmanete a través del fluido. Permite que las turbinas operen a dist. Velocidades y poder obtener la mejor eficiencia. Utilizados generalmente para accionar compresores de gas y bombas.

10 Ciclos Abiertos Twin Shaft COMBUSTIBLE 2 3 CAMARA COMBUSTION 4 5 POTENCIA 1 LP COMPRESOR HP COMPRESOR HP TURBINE LP TURBINE 6 CARACTERÍSTICAS: Esta configuración permite mejorar la eficiencia por medio de la optimización de las secciones de alta baja presión de del ciclo.

11 Turbinas a Gas GE-LM2500 GE-LM2500+

12 GE-LM 6000 Elementos De Las Turbinas a Gas

13 GE-LM 6000 SPRINT Elementos De Las Turbinas a Gas

14 GE-LM6000 Elementos De Las Turbinas a Gas

15 GE-LM600 SPRINT Elementos De Las Turbinas a Gas

16 GE-LM600 SPRINT Elementos De Las Turbinas a Gas

17 GE10 Elementos De Las Turbinas a Gas

18 GE10 Elementos De Las Turbinas a Gas

19 Turbinas a Gas

20 Turbinas a Gas

21 Turbinas a Gas

22 Elementos De Las Turbinas a Gas

23 Elementos De Las Turbinas a Gas

24 Elementos De Las Turbinas a Gas

25 Elementos De Las Turbinas a Gas

26 COMPRESOR Elementos De Las Turbinas a Gas

27 CÁMARA COMBUSTION Elementos De Las Turbinas a Gas

28 Elementos De Las Turbinas a Gas CÁMARA COMBUSTION Operation with Gas or Oil Distillate Natural gas Steam or water Air

29 TURBINA Elementos De Las Turbinas a Gas

30 Elementos De Las Turbinas a Gas TURBINA Moving blade Stationary blade

31 Elementos De Las Turbinas a Gas

32 TURBINA Elementos De Las Turbinas a Gas