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.

El funcionamiento de una turbina de gas exige:

* Que la relación p2/p1 sea elevada, lo cual implica que T2/T1 también lo sea.

* Una gran diferencia de temperaturas (T3 - T2) lo cual supone que T3 sea muy elevada, y en consecuencia nos encontramos con el problema de que los álabes de la turbina puedan resistir altas temperaturas.

* Cuando el funcionamiento sea prolongado, no se debe pasar de 800°C.

* El rendimiento es aún inferior al de un motor de combustión interna en el que, aunque por poco

tiempo, las temperaturas pueden alcanzar 2.000°C.

* Su construcción es sencilla, ya que trabajan en un campo de bajas presiones, 5 a 15 atm, por lo

que su costo y tamaño se reducen.

* Su puesta en servicio es muy rápida, Fig I.4, pasando del estado frío al de carga en tiempos relativamente cortos; para el arranque es necesario llevar al grupo a velocidades del orden de un 30% de la de régimen, de forma que se alimente la cámara de combustión con aire a una presión suficiente para poder encender. El tiempo para que el eje adquiera la velocidad necesaria es de unos 3 minutos, mientras que el tiempo total para la puesta en velocidad y la toma de carga es de 10 a 20 minutos

según la potencia del grupo.

* El consumo de agua es muy pequeño, ya que tan sólo se utiliza para la refrigeración de los cojinetes.

* Es de fácil manejo y de reducidos gastos de mantenimiento.