TURBINAS DE GASEl ciclo ms utilizado es el Brayton donde la combustin es continua y se realiza a p=ctte.

Evoluciones: 1-2 Compresin isentrpica 2-3 Combustin permanente a p= ctte donde se le adiciona a la masa de aire precomprimida en 1-2 la masa correspondiente al combustible mc y se aportan Q1 caloras al ciclo aumentando as el volumen del gas que evoluciona.Expansin 3-4 del gas caliente a lo largo de las etapas de la turbina (alabes estatricos y rotricos), 4-1 descarga del fluido al medio ambiente a p=ctte.Trabajos: De compresin ideal (-) rea 12211 y de expansin ideal (+) 34123, la diferencia es el Lutil. disponible en el eje de la mquina. Nota1: Para una relacin de compresin determinada el trabajo producido por la turbina ser proporcional al largo de la evolucin 2-3 (p=ctte) ya que este segmento aumenta la superficie del diagrama.Se hace notar que en el diagrama h-S el calor Q1 introducido por el combustible est representado por h3-h2, el trabajo de compresin por h2-h1 y el calor sustrado Q2 por h4-h1.

RENDIMIENTOSIdeal (terico)

La expresin anterior nos dice que el en el ciclo ideal se incrementa con el aumento de la relacin de compresin lo que se ve bastante limitado en la realidad por la resistencia mecnica de la carcasa de la mquina especialmente las de uso aeronutico.Real: Para acercarnos a la realidad debemos considerar los siguientes factores o coeficientes:1- Fugas de calor por la superficie de la mquina.2- En toda corriente de fluidos se producen rozamientos.3- Ineficiencia en la combustin.Adems sabemos que el c r (rend del ciclo real) est dado por la siguiente relacin: c r = Energa obtenida en el eje de la mquina/ Energa total consumida (1)Definimos entonces los rendimientos de cada componente de la turbina por los que circula el fluido real.c eficiencia de la combustin Relacin entre el calor introducido en el ciclo y la cantidad de calor que suministra el combustible en una combustin completa. c rendimiento isentrpico del compresor Relacin entre el trabajo terico de la compresin isentrpica y el realmente gastado en la compresin en el eje de la turbina. t rendimiento isentrpico de la turbina Relacin entre el trabajo efectivamente disponible en el eje de la turbina y el terico obtenible de una expansin isentrpica.

Por lo expuesto la Energa obtenida en el eje de la mquina que no es otra cosa ms que el trabajo til ser:

La energa total consumida est dada por:

Reemplazando en (1) y considerando el equivalente trmico del trabajo para hacer homognea la expresin final:

Es importante notar que en el diagrama h-S anterior los segmentos 1-2 y 3-4 representan los trabajos isentrpicos del compresor y la turbina.Tambin del p-v se desprende que cuanto ms largo sea el segmento 2-3 mas superficie representando el trabajo til tendremos lo que implica que T3 ser ms elevada. Rangos de temperaturas entre 750C (unidades antiguas) y 1450C (unidades modernas). Obviamente las limitaciones las definen las metalurgias de los labes de la turbina, las tcnicas de refrigeracin y de coating de los mismos.De la expresin anterior tambin se concluye que para obtener un rendimiento real elevado deberemos contar con las ms altas eficiencias en el compresor c y turbina t .

ANLISIS DEL CICLO

El siguiente grfico representa una turbogas estacionaria ciclo Brayton a nivel del mar.

Evolucin de compresin: Siendo la relacin de compresin = p2/p1 y respondiendo a una isentrpica de exponente k el trabajo ideal absorbido ser:

Evolucin de combustin: En toda mquina se tiene definido T3 que es la temperatura mxima a la que pueden funcionar los alabes de la turbina por cuestiones de resistencia mecnica a dicha temperatura. Efecto Creep. Por ende queda definido tambin h3. Conociendo el combustible utilizado (gas o lquido) se define H como su PCI queda definido entonces:

Para definir la presin p3 es necesario conocer la prdida de carga producida por las cmaras de combustin y sus elementos asociados definindose un coeficiente < 1 que lo contempla.Por lo tanto tenemos: p3 = p2Evolucin de expansin: Habitualmente denominada y es la relacin entre p3 y la presin atmosfrica Pa siempre y cuando no se haya montado algn sistema de recuperacin de calor en los conductos de escape antes de la chimenea.Luego: = p3/Pa Entonces el salto de entalpa que tericamente se transformara en trabajo en el eje de la turbina considerando que a lo largo de la expansin el valor medio del exponencial ( k) vara con la temperatura sera:

Trabajo aprovechable:Est dado por la diferencia entre el trabajo de expansin y el de compresin, luego: