CICLO TEÓRICO DE UNA TURBINA DE GAS DE UNA ETAPA CON REGENERADOR (II)

El rendimiento se puede mejorar aún más, utilizando la refrigeración durante la compresión y el recalentamiento durante la expansión, tendiéndose así a una compresión y expansión isotérmicas,
pudiendo alcanzar el rendimiento un valor comprendido entre el 28¸30%.

Para que en un ciclo Brayton se pueda utilizar la regeneración, es necesario que (T4 > T2). El funcionamiento del recuperador viene caracterizado por su eficacia , definida en la forma:

La presencia del recuperador introduce una nueva variable en las relaciones que expresan el rendimiento en una instalación de turbina de gas. El recuperador no actúa sobre el trabajo útil, sino únicamente sobre el calor aplicado, por cuanto el trabajo en la turbina es el mismo, con recuperador o sin él; la influencia del recuperador equivale a desplazar la posición del punto 2’ hacia la izquierda, (o lo que es lo mismo la de 1'), o la del punto 3 hacia la derecha 3', (o lo que es lo mismo la del punto 4), Fig I.10.

CICLO TEÓRICO DE UNA TURBINA DE GAS DE UNA ETAPA CON REGENERADOR (I)

La temperatura de los gases a la salida de la turbina está por encima de los 550°C; un medio corriente de aumentar el rendimiento del ciclo de una turbina de gas consiste en colocar en el escape de la turbina un intercambiador de calor (regenerador), en el que los gases expansionados ceden una parte de su calor al aire comprimido antes de introducirle en la cámara de combustión, según se muestra en la Fig I.9.
Con el regenerador, cuya eficacia s es del orden de 0,75, se puede optimizar el rendimiento a valores comprendidos entre el 23% y el 25% para una temperatura ambiental de 20°C y una temperatura de entrada en la cámara de combustión superior a 450°C.

COMPRESIÓN ISOTÉRMICA

El trabajo úti, el calor aplicado y el rendimiento del ciclo, Fig I.8, son:

INFLUENCIA DE LA REFRIGERACIÓN EN EL PROCESO DE COMPRESIÓN

El introducir la refrigeración en el proceso de compresión implica un aumento del rendimiento, Fig I.7; si el trabajo proporcionado por la expansión isotérmica entre las presiones p2 y p1 era máximo, el trabajo absorbido en la compresión isotérmica entre las mismas presiones p1 y p2 será mínimo.

La condición de rendimiento máximo exige, en ambos casos, que la isoterma termine a una cierta presión intermedia, para allí empalmar con la politrópica correspondiente; en el ciclo (1MB...), la temperatura T2 que se corresponde con el final de la compresión isentrópica está comprendida entre las presiones p1, fin de la compresión isotérmica (1M), y p2; en consecuencia se tiende a un ciclo Erickson.

EXPANSIÓN ISOTÉRMICA.

En una expansión isotérmica el calor aplicado en el recalentamiento isotérmico y el trabajo isotérmico de expansión en la turbina son iguales. El trabajo úti, el calor aplicado y el rendimiento del ciclo, Fig I.6, son:

INFLUENCIA DEL RECALENTAMIENTO DE LOS GASES DURANTE LA EXPANSIÓN

Si existe un recalentamiento continuo con el fin de mantener la temperatura de los gases en su valor inicial T3, en lugar de seguir la isentrópica (34) o la politrópica (3F), la expansión estaría representada por una isoterma que parte del punto 3, hasta C, y de aquí por una expansión politrópica (CE), Fig I.5. Se

observa que el recalentamiento isotérmico del gas implica un aumento del trabajo del ciclo. La presión al final del recalentamiento es, (p2' < p2); la expansión politrópica se produce desde el punto C a la presión p2' hasta el punto E a la presión p1.

Operaciones de arranque y puesta en carga de una turbina de gas

Su principal desventaja radica en la necesidad de utilizar un combustible relativamente caro, aunque este dato puede ser secundario para el caso de una duración reducida de funcionamiento.