Qué es la relación de presión – Ciclo de Brayton – Turbina de gas – Definición

En general, aumentar la relación de presión es la forma más directa de aumentar la eficiencia térmica general de un ciclo de Brayton, porque el ciclo se acerca al ciclo de Carnot. Ingenieria termal

Relación de presión – Ciclo Brayton – Turbina de gas

La eficiencia térmica en términos de la relación de presión del compresor (PR = p 2 / p 1 ), que es el parámetro comúnmente utilizado:

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eficiencia térmica - ciclo de brayton - relación de presiónEn general, aumentar la relación de presión es la forma más directa de aumentar la eficiencia térmica general de un ciclo de Brayton, porque el ciclo se acerca al ciclo de Carnot.

De acuerdo con el principio de Carnot, se pueden lograr mayores eficiencias aumentando la temperatura del gas.

Pero también hay límites en las relaciones de presión que se pueden usar en el ciclo. La temperatura más alta en el ciclo ocurre al final del proceso de combustión, y está limitada por la temperatura máxima que las palas de la turbina pueden soportar. Como de costumbre, las consideraciones metalúrgicas (alrededor de 1700 K) ponen límites superiores a la eficiencia térmica.

Turbina de gas - Relación de presión - Eficiencia térmica
Los ciclos Brayton ideales con diferentes relaciones de presión y la misma temperatura de entrada de la turbina.

Considere el efecto de la relación de presión del compresor sobre la eficiencia térmica cuando la temperatura de entrada de la turbina se restringe a la temperatura máxima permitida. Hay dos diagramas Ts de ciclos Brayton que tienen la misma temperatura de entrada de la turbina pero diferentes relaciones de presión del compresor en la imagen. Como se puede ver para una temperatura de entrada de turbina fija, la salida neta de trabajo por ciclo (W neto = W T – W C ) disminuye con la relación de presión ( Ciclo A ). Pero el ciclo A tiene la mayor eficiencia.

Por otro lado, el Ciclo B tiene una mayor producción neta de trabajo por ciclo (área encerrada en el diagrama) y, por lo tanto, el mayor trabajo neto desarrollado por unidad de flujo másico. El trabajo producido por el ciclo multiplicado por un caudal másico a través del ciclo es igual a la potencia de salida producida por la turbina de gas.

Por lo tanto, con menos producción de trabajo por ciclo (Ciclo A), se necesita un caudal másico más grande (por lo tanto, un sistema más grande ) para mantener la misma potencia de salida, lo que puede no ser económico. Esta es la consideración clave en el diseño de la turbina de gas, ya que aquí los ingenieros deben equilibrar la eficiencia térmica y la compacidad. En los diseños más comunes, la relación de presión de una turbina de gas varía de aproximadamente 11 a 16.

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