Artículo escrito por: Santiago Ferrer Mur
El siguiente artículo, como parte de un dossier que será publicado próximamente, pretende ser una introducción fundamental, sin entrar en cálculo, de los ciclos termodinámicos clásicos en instalaciones que operan con turbina de gas.
Brayton simple: Es el sistema más elemental, el anteriormente comentado compresor, combustión, turbina, escape. Este sistema es el de menor rendimiento aunque también ocupa un volumen y tiene un peso muy inferior al resto, haciéndolo deseable en propulsión.
La variación que se produce en el diagrama representa la variación de las condiciones ideales (negro) respecto de las reales (azul). Esto es debido a las pérdidas en la compresión y expansión lo que las hace apartarse de la isoentropía, y las pérdidas por combustión incompleta y pérdidas de carga en la cámara de combustión, lo que hace apartar la línea 2-3 de la isopresión.
Brayton con refrigeración intermedia: una de las mejoras que se pueden introducir al ciclo simple es la refrigeración intermedia en el compresor. Puesto que la compresión ideal es a temperatura constante, se trata de acercarse a esta condición mediante la compresión en dos etapas intercalando un refrigerador.
Este diagrama supone que no existen pérdidas en los elementos de intercambio térmico.
En este punto distinguimos el compresor de baja presión (1-2), el refrigerador (2-3) y el compresor de alta presión (3-4).
Brayton con recalentamiento intermedio: al igual que la compresión isotérmica es la ideal, la expansión isotérmica también lo es. La razón de intercalar recalentamientos intermedios, anteriormente denominados postcombustión, es precisamente la de acercarse a esta línea ideal. Debido al exceso de aire que proviene del compresor, queda suficiente oxigeno libre para realizar sucesivas combustiones en entornos cada vez más pobres de oxígeno.
Aquí también se distinguen turbina de alta presión (3-4), la postcombustión o recalentamiento (4-5) y la turbina de baja presión (5-6) con sus respectivas generaciones de entropía (4’ y 6’)
Brayton regenerativo: Los gases de escape se hacen pasar por una superficie de intercambio térmico que cede el calor de éstos a los gases provenientes del compresor antes de su entrada en la cámara de combustión, resultando en el siguiente ciclo.
En este ciclo, la potencia desarrollada en la turbina crece con respecto a la absorbida en el compresor, todo ello sin un aporte extra de combustible.
Imágenes:
P.FERNÁNDEZ DÍEZ, ed. Uniform Resource Locators (http://es.libros.redsauce.net/). [Santander]: “Turbinas de gas” 2000-2009.
ANÓNIMO, ed. Uniform Resource Locators (http://www.cicloscombinados.com/ciclobrayton.html). [Madrid]: “Ciclo termodinámico de las turbinas de gas” 2009.
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