Hay dos tipos de turbinas de gas de ciclo abierto y ciclo cerrado. El ciclo termodinámico utilizado en una turbina de gas es el Ciclo de Brayton
El aire se utiliza como fluido de trabajo en el ciclo de Brayton. El compresor presuriza el aire y luego deja que se encienda rociando combustible sobre él. El gas generado a alta temperatura se expande aún más en la turbina de gas hasta la producción neta de trabajo.
El ciclo de Brayton consta de cuatro procesos importantes que se muestran en la siguiente tabla,
| Proceso 1-2 | Compresión isentrópica (en compresor) |
| Proceso 2-3 | Adición de calor a presión constante (en cámara de combustión) |
| Proceso 3-4 | Expansión isentrópica (en turbina) |
| Proceso 4-1 | Rechazo de calor a presión constante (escape) |
En el ciclo de la turbina de gas, el ciclo más utilizado es una turbina de gas de ciclo cerrado. Hay pocos métodos empleados para aumentar el rendimiento del ciclo. La planta de energía de turbina de gas puede proporcionar una potencia de salida rápida en comparación con las plantas de energía térmica a base de carbón.
Componentes del ciclo de la turbina de gas
Hay cuatro componentes principales del ciclo de la turbina de gas. Los componentes adicionales se utilizan para aumentar el rendimiento.
- 1. Compresor
- 2. Cámara de combustión o combustor
- 3. Turbina
- 4. Condensador
- 5. Regenerador intercambiador de calor
- 6. refrigerador intermedio
- 7. Recalentador
La función de cada componente está predefinida en el ciclo de la turbina de gas. En una turbina de gas de ciclo abierto, el aire atmosférico es comprimido por un compresor. La temperatura del aire se eleva lo suficiente como para encender el combustible en la cámara de combustión. Después de la combustión, el gas de alta temperatura se suministra a la turbina. La pala de la turbina está girando debido a la expansión de este gas. El eje de la turbina gira con salida constante.
La turbina de gas de ciclo cerrado funciona según el principio del ciclo de Brayton (ciclo de Joule). En un ciclo de turbina de gas, el tipo de compresor que se utiliza es rotativo para presurizar el aire de forma isentrópica. Este aire de mayor presión se suministra a Combustor. En combustor, la temperatura del aire se eleva a presión constante. Hay dos tipos de cámaras de combustión disponibles para turbinas de gas.
1) Tipo radial o anular 2) Tipo de lata
El aire caliente de la cámara de combustión se deja expandir en la turbina para generar energía. El generador eléctrico se utiliza con una turbina para transferir energía mecánica en la energía eléctrica.
El proceso de expansión se lleva a cabo a entropía constante (isentrópica). Después de la expansión, el gas se enfría en el condensador. El condensador es uno tipo de intercambiador de calor con agua como refrigerante.
El gas enfriado vuelve a llegar al compresor. Este proceso se repetirá continuamente para una generación de energía constante.
Ciclo de turbina de gas con regenerador
El regenerador es uno de los métodos adecuados para aumentar la eficiencia del ciclo de la turbina de gas.
El intercambiador de calor de contraflujo (regenerador) se utiliza para intercambiar calor de los gases de escape de la turbina al aire presurizado que sale del compresor.
La energía térmica del ciclo de la turbina de gas aumenta debido a la reutilización del calor de escape. Podemos decir que la regeneración disminuye el combustible requerido (al reducir la entrada de calor). El método de regeneración puede aumentar la eficiencia térmica de la turbina de gas planta en el rango de 35 a 40%. El regenerador provoca una pérdida de presión menor en el sistema. La potencia de salida disminuyó ligeramente debido a la pérdida de presión.
Aunque se requieren el costo y el mantenimiento del ciclo de regeneración, el beneficio general es más probable. En comparación con el costo del combustible, el ciclo de la turbina de gas de regeneración es muy beneficioso.
Ejemplo práctico de una turbina de gas de ciclo cerrado
La turbina de gas de ciclo cerrado tiene el potencial de suministrar un suministro de energía rápido y continuo utilizando las siguientes fuentes de calefacción.
- Combustible fósil
- Energía de la biomasa
- Energía solar (energía solar concentrada)
- Fuente de energía nuclear
- Recuperación de calor residual
- La energía geotérmica
- Fuente de energía híbrida
- Combustible renovable
El ciclo de la turbina de gas se puede golpear con cualquier fuente de calor mencionada anteriormente. Los otros componentes como el compresor, la turbina y el condensador en el ciclo de la turbina de gas siguen siendo los mismos. La fuente de calor se puede variar a partir de los ejemplos anteriores según el requisito de potencia y energía. El combustible más utilizado para una turbina de gas es el gas natural o GLP (gas licuado de petróleo). Se sabe que estos gases naturales se utilizan debido a sus propiedades de combustión y pureza. El 400 GE, similar a una turbina, funciona con nafta, petróleo crudo o combustible pesado.
La tecnología actual también se centra en la reducción de las emisiones de carbono. La turbina de hidrógeno se ha desarrollado para reducir la contaminación. Como sabemos, el hidrógeno tiene un gran potencial para la energía futura. Esta turbina es flexible para ser utilizada en plantas de energía nuevas y existentes para reducir las emisiones.
Intercooling y recalentamiento en un ciclo de turbina de gas
El Intercooling y el recalentamiento es una disposición adicional al ciclo de la turbina de gas.
El aire se enfría entre dos etapas de compresión en enfriamiento intermedio. Este proceso puede reducir el trabajo de compresión y la producción del ciclo de la turbina de gas. Al recalentar, el gas de combustión caliente de la turbina se vuelve a calentar para expandirse en otra turbina.
El recalentamiento es superior para aumentar el trabajo de la turbina. El recalentamiento y el enfriamiento intermedio son métodos para mejorar la potencia de salida específica y la eficiencia térmica del ciclo de la turbina de gas.
Preguntas Frecuentes
¿Por qué se utilizan intercoolers en los compresores?
El intercooler es un componente valioso entre las etapas de los compresores.
En varias etapas del compresor, la alta temperatura del gas de la primera etapa puede reducir el rendimiento de la segunda etapa del compresor.
El intercooler se instala entre las dos etapas del compresor. El aire caliente de la primera etapa se enfría en el intercooler y luego se suministra para la compresión de la segunda etapa.
La alta temperatura ocupa más volumen del compresor debido a una mayor distancia intermolecular. La función de este dispositivo es disminuir este volumen. La reducción de volumen es más beneficiosa que el aumento de presión.
Durante el enfriamiento intermedio, los vapores de agua se forman debido al enfriamiento del aire. Es necesario separar los vapores de agua del aire. También es una función principal del intercooler suministrar aire seco a la segunda etapa.
Soy Deepak Kumar Jani, estoy realizando un doctorado en energía mecánica y renovable. Tengo cinco años de experiencia docente y dos años de investigación. Mis áreas temáticas de interés son la ingeniería térmica, la ingeniería automotriz, la medición mecánica, los dibujos técnicos, la mecánica de fluidos, etc. He presentado una patente sobre "Hybridación de energía verde para la producción de energía". He publicado 17 artículos de investigación y dos libros.
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