Qué es una turbina de gas de ciclo cerrado y cómo funciona

Se adopta un proceso de turbina de gas de ciclo cerrado para superar las desventajas de un proceso de turbina de gas de ciclo abierto. La corrosión y erosión de los álabes de la turbina es la principal desventaja de un ciclo abierto. Esta desventaja se puede superar utilizando un medio de trabajo de mayor calidad (aire o helio, argón, hidrógeno o neón) donde no se mezcle con el combustible en la cámara de combustión. La otra ventaja de usar un método de ciclo cerrado es que el rechazo del calor de los gases de escape se lleva a cabo en un enfriador o calentadores o intercambiadores de calor. Este artículo trata sobre una descripción general de esta turbina, cómo funciona, sus ventajas y desventajas.


Índice de Contenido
  1. ¿Qué es una turbina de gas de ciclo cerrado?
    1. Eficiencia
    2. Principio de funcionamiento de la turbina de gas de ciclo cerrado
    3. Diferencia entre turbina de gas de ciclo abierto y ciclo cerrado
    4. Ventajas
    5. Desventajas
    6. Aplicaciones

¿Qué es una turbina de gas de ciclo cerrado?

Una turbina de gas de ciclo cerrado se puede definir como una turbina de gas, que supera las desventajas de la turbina de gas de ciclo abierto. En este tipo de turbinas, el aire circula continuamente a través de la turbina de gas mediante un compresor, una cámara térmica, una turbina de gas y una cámara de refrigeración. Las relaciones de presión, temperatura y velocidad del aire serán constantes en este tipo. Realiza un ciclo termodinámico, lo que significa que el fluido de trabajo circula continuamente y se usa una y otra vez sin salir del sistema.

Turbina de gas de ciclo cerrado

A diagrama de turbina de gas de ciclo cerrado es muy simple y contiene componentes como un compresor, una cámara térmica y una turbina de gas. El generador, el compresor y la cámara de refrigeración son accionados por la turbina de gas. El diagrama de la misma se muestra a continuación.

  • El gas se comprime en el compresor.
  • El gas comprimido se calienta en la cámara de calentamiento.
  • La turbina de gas produce electricidad.
  • La electricidad es generada por el generador usando una turbina de gas.
  • Los gases refrigerantes que salen de la turbina se enfrían en la cámara de refrigeración.

Eficiencia

los eficiencia de una turbina de gas de ciclo cerrado se puede explicar usando el diagrama TS como se muestra a continuación.

diagrama TS
diagrama TS

La eficiencia de esto puede estar dada por,

n = (red disponible) / entrada de calor

n = Cp(Wt – Wc) / calor de entrada

n= 1 – [(T4-T1) /(T3-T2)]

Donde 'Wt' = trabajo realizado por la turbina de gas por kg de aire = Cp(T2-T3)

'Wc' = trabajo realizado por el compresor por kg de aire = Cp(T1-T4)

La presión constante 'Cp' se toma en KJ o Kg

'T' = temperatura

Calor absorbido = Cp (T3-T2)

La eficiencia de esta turbina es mayor que la de la turbina de gas de ciclo abierto.

Principio de funcionamiento de la turbina de gas de ciclo cerrado

los principio de funcionamiento de la turbina de gas de ciclo cerrado se basa en el ciclo Brayton o ciclo Joule.
En este tipo de turbina de gas, el compresor se usa para comprimir el gas isotrópicamente y el gas comprimido resultante fluye hacia la cámara de calentamiento. En esta turbina se prefiere el compresor de tipo rotor.

Se utiliza una fuente externa para calentar el aire comprimido y luego se pasa sobre las palas de la turbina.
A medida que el gas fluye sobre los álabes de la turbina, se expande y se le permite pasar a la cámara de refrigeración y se enfría. El gas se enfría mediante circulación de agua a presión constante hasta su temperatura inicial.

  • Nuevamente se pasa gas a través del compresor y se repite el proceso.
  • En esta turbina circula varias veces el mismo gas.
  • La complejidad y el costo del sistema aumentarían si el fluido/medio de trabajo utilizado en la turbina no fuera aire. Esto puede generar problemas y es difícil de solucionar.

Diferencia entre turbina de gas de ciclo abierto y ciclo cerrado

La fuente de calor, el tipo de fluido utilizado para el trabajo, el aire en circulación, la capacidad de los álabes de la turbina, el coste de mantenimiento e instalación, etc. dar la diferencia entre ciclo abierto y turbina de gas cerrada. La circulación del fluido de trabajo es la principal diferencia.

Turbina de gas de ciclo abierto

Turbina de gas de ciclo cerrado

En este tipo, la cámara de combustión se utiliza para calentar el aire comprimido. Debido a la mezcla de los productos en la cámara de combustión y el aire calentado, el gas no permanece constante.En este tipo, la cámara de calentamiento calienta aire comprimido, que primero se comprime antes de calentar. Cuando una fuente externa calienta el aire, el gas permanece constante.
La cantidad de gas que sale de la turbina se ventila a la atmósfera.La cantidad de gas que sale de la turbina de gas puede pasar a la cámara de refrigeración.
El reemplazo del fluido de trabajo continúaLa circulación del fluido de trabajo continúa.
El fluido de trabajo es el aire.Para mejores propiedades termodinámicas, se utiliza helio como fluido de trabajo.
Como el aire de la cámara de combustión está contaminado, se produce un desgaste prematuro de los álabes de la turbina.Como no hay contaminación del gas atrapado cuando pasa por la cámara de calentamiento, no hay desgaste prematuro de las palas de la turbina.
Se utiliza principalmente para mover vehículos.Utilizado principalmente para instalaciones fijas y aplicaciones marinas.
El costo de mantenimiento es bajoEl costo de mantenimiento es alto
La masa de instalación por KW es menorLa masa de instalación por KW es más.

Ventajas

los ventajas de la turbina de gas de ciclo cerrado somos

  • Alta eficiencia térmica en cualquier límite de temperatura y relación de presión
  • Se puede utilizar cualquier tipo de fluido de trabajo con un valor calórico bajo. Por ejemplo helio.
  • Sin corrosión.
  • No es necesaria la limpieza interna.
  • Los calentadores se pueden utilizar para calentar agua para el suministro de agua caliente para fines domésticos e industriales.
  • El tamaño de la turbina de gas es pequeño.
  • Un aumento de presión da un mejor coeficiente de transferencia de calor en el intercambiador
  • La pérdida de fluido por fricción es menor.

Desventajas

los desventajas de las turbinas de gas de ciclo cerrado somos

  • Como todo el sistema funciona a alta presión con un fluido de trabajo (medio), aumenta el costo.
  • Requiere un calentador de aire grande y no es suficiente cuando la cámara de combustión se usa en un ciclo abierto.
  • No se utiliza en motores aeronáuticos porque este tipo de turbina de gas utiliza agua de refrigeración.
  • Sistema complejo y debe soportar altas presiones.

Aplicaciones

los aplicaciones de turbinas de gas de ciclo cerrado Incluya lo siguiente.

  • Utilizado en la generación de energía eléctrica.
  • Utilizado en muchas aplicaciones industriales.
  • Utilizado en propulsión marina, propulsión de locomotoras, propulsión de automóviles
  • Utilizado en la aviación para impulsar la propulsión a chorro.

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