Fundamentos de Motores de Combustin InternaCiclo AbiertoArreglos de una o dos flechas. Si la turbina de gas requiere ser operada a una velocidad y carga fija condiciones tales como esquemas de generacin de potencia con cargas pico, el arreglo de flecha simple mostrado en la fig. 1.1 puede ser apta.

Fundamentos de Motores de Combustin InternaCiclo Abierto Flexibilidad de operacin, a saber, la rapidez con la cual el mquina puede acomodarse asimismo a los cambios de carga y velocidad rotacional, y eficiencia de carga en parte, no son importantes en este caso.Ciertamente la inercia efectivamente alta debido a la resistencia aerodinmica del compresor es una ventaja porque reduce el peligro de exceder la velocidad en el evento de una prdida carga elctrica.

Fundamentos de Motores de Combustin InternaCiclo AbiertoUn intercambiador de calor podra ser adicionado como en la fig. 1.4a para mejorar la eficiencia trmica, aunque para un tamao de planta dada la potencia de salida podra ser reducida a lo ms un 10% debido a la prdida de presin de friccin en el intercambiador de calor.Fig. 1.4 Single Shaft open cycle gas turbines with heat-exchanger

Fundamentos de Motores de Combustin InternaCiclo AbiertoFig. 1.4 Single Shaft open cycle gas turbines with heat-exchanger

Fundamentos de Motores de Combustin InternaCiclo AbiertoFig. 1.4 Single Shaft open cycle gas turbines with heat-exchanger

Fundamentos de Motores de Combustin InternaCiclo AbiertoLa fig. 1-4b muestra forma modificada propuesta para usar cuando el combustible por ejemplo carbn pulverizado, es tal que el producto de la combustin contiene contribuyentes los cuales corroen o erosionan los labes de la turbina.

Esto es mucho menos eficiente que el ciclo normal porque el intercambiador de calor, inevitablemente menos que perfecto, est transfiriendo el total de la energa de entrada en vez de simplemente una pequea parte de l.

Fundamentos de Motores de Combustin InternaCiclo AbiertoTal ciclo podra solamente ser considerado si un abastecimiento de combustible sucio estuviera disponible a muy bajo costo.

Ms xito ha sido alcanzado con aceite residual, y provisto que la temperatura mxima es mantenida a un suficientemente bajo nivel el ciclo directo puede ser usado.

Fig. 1.4 Single Shaft open cycle gas turbines with heat-exchanger

Fundamentos de Motores de Combustin InternaCiclo AbiertoCuando la flexibilidad en la operacin es de primordial importancia, tal como en aplicaciones de carretera, ferrocarril y marina, el uso de una turbina de potencia mecnicamente independiente es deseable.

En este arreglo de flecha doble, fig. 1.5, la turbina de presin alta dirige el compresor y la combinacin acta como un generador de gas para una turbina de gas de presin baja.

Fundamentos de Motores de Combustin InternaCiclo AbiertoLos arreglos de doble flecha son tambin usados para unidades de generacin de electricidad de gran escala, con la turbina de potencia diseada para correr a la velocidad del alternador sin la necesidad para una costosa caja de engranes.

Fundamentos de Motores de Combustin InternaCiclo AbiertoUna ventaja menor es que la unidad de encendido necesita solamente ser dimensionada para girar sobre el generador de gas.

Una desventaja, sin embargo, es que prdida de carga elctrica puede dirigir a rpida sobre-velocidad de la turbina de gas, y el sistema de control debe ser diseada para prevenir esto.

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Variacin de potencia para ambas unidades de flecha simple o dual es obtenida controlando el flujo de combustible surtido para la cmara de combustin.

Aunque ellos se comportan de manera bastante diferente, en ambos casos el ciclo tasa de presin y temperatura mxima decrecen como la potencia es reducida del valor de diseo con el resultado que la eficiencia trmica deteriora considerablemente parte de la carga.

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El rendimiento de la turbina de gas puede ser mejorado substancialmente al reducir el trabajo de la compresin y/o incrementando el trabajo de la expansin.

Para cualquier razn(ratio) de presin dada del compresor, la potencia requerida por cantidad de unidad de fluido de trabajo es directamente proporcional a la temperatura de entrada .

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Si por lo tanto el proceso de compresin es llevado en dos o ms etapas con inter-enfriamiento, el trabajo de la compresin ser reducido.

Similarmente, la salida de la turbina puede ser incrementada dividiendo la expansin en dos o ms etapas, y recalentando el gas a mxima temperatura permisible entre etapas.

Fundamentos de Motores de Combustin InternaCiclo AbiertoAunque la salida de potencia es mejorada el costo en combustible adicional ser pesado a menos de que un intercambiador de calor sea tambin empleado.

Un arreglo de una planta incorporando intra-enfriamiento, intercambiador de calor y recalentamiento es mostrado en la fig. 1.6

Fundamentos de Motores de Combustin InternaCiclo AbiertoCiclos complejos de este tipo ofrecen la posibilidad de variar la potencia de salida controlando el abastecimiento de combustible a la cmara de recalentamiento, dejando que el generador de gas opere cerca de su condicin ptima.

Mucho mejor economa a parte de la carga puede por tanto ser lograda.

Fundamentos de Motores de Combustin InternaCiclo AbiertoCiclos complejos fueron propuestos en das tempranos de las turbinas de gas, cuando ellos fueron necesarios para obtener una eficiencia trmica razonable en de baja temperatura de turbina es entonces posible.

Se puede ver de inmediato, sin embargo, que la inherente simplicidad y compactes de la turbina de gas ha sido perdida.

En muchas aplicaciones de menor tamao y bajo costo de capital son ms importantes que una alta eficiencia trmica, y es significante que la turbina de gas no inici para ser ampliamente utilizada (Aparte de aplicaciones de aeronaves) hasta temperaturas mayores de entrada de la turbina hacen el ciclo simple econmicamente viable.

Fundamentos de Motores de Combustin InternaCiclo AbiertoA menos que la turbina de gas empiece a suplantar la turbina de vapor a base de cargar estaciones de generacin de electricidad, la preferencia por el ciclo simple con o intercambiador de calor es probable que permanezca.

Un serio esfuerzo fue hecho para desarrollar una turbina de gas de carbn en los cincuentas tempranos pero con poco xito.

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