MÁQUINAS HIDRÁULICAS Y TÉRMICAS TURBOMÁQUINAS TÉRMICAS

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1 MÁQUIAS HIDRÁULIAS Y ÉRMIAS 4. ILOS E URBIAS DE GAS URBOMÁQUIAS ÉRMIAS URBIAS DE GAS OMO SIMPLE MOOR ÉRMIO IEGRADA E EVOLUIOES MÁS OMPLEJAS ILOS ABIEROS G AVIAIÓ ILOS OMBIADOS OMB. O MO AL. OMB. PRO. QUIM.. SIMPLE. REGEERAIVO. OMPUESO. OMPUESO REGEERAIVO ILOS ERRADOS Según el tio de utilizción, ls turbins de gs se ueden clsificr en dos grndes gruos: urbin de gs coo otor térico. Integrd en evoluciones ás o enos colejs coo: Avición. iclos cobindos Sobrelientción en M..I.A. OMBUSIBLE ÁMARA DE OMBUSIÓ 3 GEERADOR ELÉRIO, Q t OMPRESOR URBIA 4 EERGÍA ERMIA c s Q ced s S L situción ás bitul es que el gs oernte se ire y rticie en el roceso de cobustión, en este cso el clor se cede directente l biente trvés de los gses de esce clientes. Es el cso de un otor de cobustión intern que oer en ciclo bierto. Dertento de Ingenierí Energétic y Fluidoecánic Págin 33

2 MÁQUIAS HIDRÁULIAS Y ÉRMIAS URBOMÁQUIAS ÉRMIAS En el cso de que los gses no intervengn en l cobustión es osible trbjr en ciclo cerrdo en ese cso es necesrio un clder r clentr el gs y un intercbidor r enfrirlo. En l yorí de los csos se uede considerr el gs coo un gs idel y en ese cso los digrs -s y -s son equivlentes. Se suele suoner (ciclo teórico con exnsión y coresión no isoentróics) r silificr que los clores esecíficos y v son constntes e indeendientes de l teertur. ( =.005 kj/kgk; v = 0.73 kj/kgk) y que el rendiiento de l cár de cobustión es l unidd. Los rocesos en l turbin y el coresor no son reversibles y se suelen crcterizr or el rendiiento isoentróico. OMP co _ isoentróico co _ re l s s G s s obustión: El roceso de cobustión se reliz con érdid de resión de renso debido l resistenci téric y ls érdids idráulics. oeficiente de érdid de crg: (entre 4 y 8%) x0 P Rendiiento de l cár de cobustión: no es l unidd debido cobustiones incolets y érdids de clor trvés de ls redes de l cár de cobustión. En el ciclo teórico se suone que es l unidd, r silificr. cc ( f ) f H c El trbjo útil, neto que se obtiene es l diferenci entre el que se sc en l turbin y el que se d en el coresor. u u G - co ( s - G ( F) F H ) - ( s co - c ) s G s co El clor se ort entre los untos 3 y Q Dertento de Ingenierí Energétic y Fluidoecánic Págin 34

3 MÁQUIAS HIDRÁULIAS Y ÉRMIAS URBOMÁQUIAS ÉRMIAS Exnsión: el roceso rel de exnsión no es isoentróico, el rendiiento interno de l áquin vle: G RABAJO Y REDIMIEO DE LA URBIA DE GAS El trbjo y el rendiiento se ueden exresr en función de ls crcterístics de l turbin y el coresor y de los ráetros que crcterizn el ciclo: relción de coresión y relción entre teertur áxi y íni. v R s oo: v R entonces: s v v s δ γ γ γ γ θ G θ δ θ δ OMP G u δ OMP G OMP OMP δ θ OMP = G = 0.85; = º Rendieinto x=500 x=650 x= Relción de coresión rbjo esecífico (kj/kg) x=500 x=650 x= Relción de coresión L bcis corresondiente l áxio trbjo esecífico vle: c G Dertento de Ingenierí Energétic y Fluidoecánic Págin 35

4 MÁQUIAS HIDRÁULIAS Y ÉRMIAS URBOMÁQUIAS ÉRMIAS L relción de coresión de áxio rendiiento está or enci de l de áxi otenci (trbjo esecífico). L elección de un relción u otr deende el tio de licción. Los teriles l entrd de l turbin liitn l teertur áxi. El rendiiento tbién ejor cundo disinuye l teertur íni Si los rendiientos isoentróicos de turbin y coresor ejorn uent l relción de coresión óti tnto r el trbjo coo r el rendiiento. Si el rendiiento isoentróico de turbin y coresor es el rendiiento del ciclo siere crece con l relción de coresión. = 3 = 650º = º Rendieinto Rend=0.85 Rend=0.9 Rend= Relción de coresión rbjo esecífico (kj/kg) Rend=0.85 Rend=0.9 Rend= Relción de coresión L relción de coresión de áxio rendiiento es yor que l de áxi otenci. Ls relciones de coresión ás interesntes, bjo el unto de vist del diseño, se encuentrn situds entre ls relciones de coresión de áxi otenci y de áxio rendiiento. Ls lts relciones de coresión resentn dificultdes resecto del diseño del coresor. on un solo coresor xil es difícil conseguir relciones de coresión sueriores 7. Dertento de Ingenierí Energétic y Fluidoecánic Págin 36

5 MÁQUIAS HIDRÁULIAS Y ÉRMIAS URBOMÁQUIAS ÉRMIAS Potenci intern y otenci efectiv de un turbin de gs L otenci intern, o indicd, es l que desrroll el fluido sin tener en cuent ls érdids ecánics. En un turbin de gs vle: i ( ) [( F) ] f G G u El trbjo esecífico de l áquin es: u ( F) G G Si l s de cobustible es desrecible frente l s de ire. L otenci efectiv es l intern enos l corresondiente ls érdids ecánics, es decir: e i Ls érdids ecánics incluyen los rozientos en cojinetes y el ccioniento de los eleentos uxilires. El rendiiento ecánico r el conjunto de l áquin se define coo: e i i Si se udiesen serr ls érdids ecánics que corresonden l turbin y l coresor, entonces odríos definir rendiientos ecánicos r bs áquins: c c ue ( F), G, G, c Donde ue es el trbjo esecífico efectivo de l áquin., c Y l otenci efectiv serí: e ue Dertento de Ingenierí Energétic y Fluidoecánic Págin 37

6 MÁQUIAS HIDRÁULIAS Y ÉRMIAS URBOMÁQUIAS ÉRMIAS ILO SIMPLE REGEERAIVO DE LA URBIA DE GAS Perite rovecr l energí de los gses de esce de l turbin r reclentr los gses ntes de entrr en l cár de cobustión. Se bs en l osibilidd de rovecr el estdo térico l slid de l turbin coo fuente de clor r reclentr el ire l slid del coresor y reducir, consecuenteente, l energí ortd en l cár de cobustión. Pr que est trnsisión de clor se osible es necesrio que l teertur de slid de l turbin se suerior l de slid del coresor. El líite teórico de l regenerción se roduce cundo bs teerturs se iguln. Los ciclos regenertivos se diseñn con relciones de coresión ás reducids r tener un grdiente de teerturs ás elevdo. iclo teórico con coresión y exnsión no isoentróics. 4 IERAMBIADOR ÁMARA DE OMBUSIÓ 3 OMPRESOR URBIA 4 S El intercbidor de clor tiene un rendiiento R y unos coeficientes de érdid de resión de renso R r el circuito de ire de slid del coresor, y R r el de los roductos quedos rocedentes de ls turbins. En el ciclo rel: - Existe un ortción de clor l ire de slid del coresor r elevr su teertur de. - Hy un érdid de resión de renso de, debido ls érdids idráulics en el intercbidor. - Existe un érdid de resión de renso en el circuito de esce debido l intercbidor. Dertento de Ingenierí Energétic y Fluidoecánic Págin 38

7 MÁQUIAS HIDRÁULIAS Y ÉRMIAS URBOMÁQUIAS ÉRMIAS En el ciclo teórico: - El fluido que evolucion en l coresión y exnsión es ire y se coort coo un gs erfecto, clores esecíficos ctes (norlente =.005 kj/kgk y v = 0.73 kj/kgk) - Los rocesos de coresión y exnsión no son isoentróicos. L ccidd de regenerr deende del vlor de que indic el clor áxio rovecble. El roceso de cobustión en l cár de cobustión se suone dibático. Los gstos ásicos en el coresor y l turbin de gs coinciden. El intercbidor está crcterizdor or su rendiiento, definido coo l relción entre el clor intercbido y el clor áxio que se odrí intercbir. R ' ' El trbjo tiene l is exresión que en el ciclo sile ero el rendiiento cbi y que el clor ortdo disinuye. G δ u δ θ Rθ - δ δ - δ θ δ δ θ undo R=0, el rendiiento coincide con el del ciclo no regenertivo. Dertento de Ingenierí Energétic y Fluidoecánic Págin 39

8 MÁQUIAS HIDRÁULIAS Y ÉRMIAS URBOMÁQUIAS ÉRMIAS = = = 650º = º Rendieinto R=0 R= R=0.7 R= R= Relción de coresión L instlción tiene que ser ás grnde or lo que disinuye l otenci esecífic. Existe riesgo de incendio en el intercbidor. El rendiiento uent cundo uent el R del intercbidor L relción de coresión oti disinuye cundo uent R. Ventjs e inconvenientes del ciclo regenertivo: Ventjs: - Mejor del rendiiento. - L relción de coresión r áxio rendiiento es ás reducid, lo que reresent un ventj con vists l diseño del coresor. Inconvenientes: - Myor eso de l instlción debido l intercbidor de clor y l disinución del trbjo esecífico de l áquin. - El costo de l áquin uent. - Posible riesgo de incendio en el intercbidor or osible cobustión de deósitos crbonosos. Dertento de Ingenierí Energétic y Fluidoecánic Págin

9 MÁQUIAS HIDRÁULIAS Y ÉRMIAS URBOMÁQUIAS ÉRMIAS - ILOS O OMPRESIÓ EXPASIÓ ISOERMA Si en el ciclo sile no regenertivo de un turbin de gs, suuestos isoentróicos los rocesos de coresión y exnsión r yor sencillez, sustituios l coresión isoentróic or un coresión isoter, el nuevo ciclo tendrá, cordo con el nterior, yor trbjo esecífico y enor rendiiento. iclo con coresión isoter: En sistes biertos con rocesos reversibles el trbjo de coresión o exnsión vle: vd P oresión Exnsión Adibátics Isoters El áre entre ls curvs y el eje de ls resiones es: Menor en l coresión si el roceso es isotero Myor en l exnsión si el roceso es isotero. v Si se relizsen coresiones y exnsiones isoters en un ciclo de turbin de gs seri necesrio extrer clor en el roceso de coresión y ortr clor durnte l exnsión. iclo con exnsión isoter: Dertento de Ingenierí Energétic y Fluidoecánic Págin 4

10 MÁQUIAS HIDRÁULIAS Y ÉRMIAS URBOMÁQUIAS ÉRMIAS obinndo l coresión y l exnsión isoter se obtiene el siguiente ciclo: El trbjo que se obtendrí serí yor. El rendiiento es eor y que se ñden ciclos eleentles de eor rendiiento. Este tio de ciclo fvorece l regenerción. S L coresión y exnsión isoter es uy difícil de relizr, y que l osibilidd de disoner de suerficies suficientes que eritn l refrigerción del fluido edid que se corie, de for que l ª se cte, es incotible con l estructur de ls turboáquins. orlente se relizn coresiones esclonds con refrigerción interedi. En l ráctic se recurre l relizción de vris coresiones isoentróics con enfriiento interedio y vris exnsiones con reclentiento interedio. Dertento de Ingenierí Energétic y Fluidoecánic Págin 4

11 MÁQUIAS HIDRÁULIAS Y ÉRMIAS URBOMÁQUIAS ÉRMIAS P e P P Si los rendiientos son igules en cd et y no y érdids de crg en el intercbidor, el ínio trbjo de coresión y el áxio de exnsión se consiguen r: P PP P c S ÁMARA DE OMBUSIÓ IERAMBIADOR 4 ÁMARA DE OMBUSIÓ 3 OMPRESOR URBIA En este tio de ciclo no es osible elegir ls dos resiones interedis or el criterio nterior y que l resión interedi en l exnsión está condiciond que l otenci que bsorbe el segundo coresor se igul l otenci que gener l rier turbin. 4 Dertento de Ingenierí Energétic y Fluidoecánic Págin 43