El ejemplo – Expansión adiabática en la turbina de gas – Definición

Ejemplo de expansión adiabática

Suponga una expansión adiabática de helio ( 3 → 4 ) en una turbina de gas . Dado que el helio se comporta casi como un gas ideal , use la ley del gas ideal para calcular la temperatura de salida del gas ( T _{4, real} ). En estas turbinas, la etapa de alta presión recibe gas (punto 3 en la figura; p ₃ = 6.7 MPa ; T ₃ = 1190 K (917 ° C)) de un intercambiador de calor y lo expulsa a otro intercambiador de calor, donde la presión de salida es p ₄ = 2.78 MPa (punto 4) .

Solución:

La temperatura de salida del gas, T _{4, real} , puede calcularse utilizando la relación p, V, T para el proceso adiabático. Tenga en cuenta que, es la misma relación que para el proceso isentrópico , por lo tanto, los resultados deben ser idénticos. En este caso, calculamos la expansión para diferentes turbinas de gas (menos eficientes) como en el caso de la expansión isentrópica en la turbina de gas.

En esta ecuación, el factor para helio es igual a κ = c _p / c _v = 1.66 . De la ecuación anterior se deduce que la temperatura de salida del gas, T _{4, real} , es:

Ver también:  relación de Mayer

Ver también:  Primera ley de la termodinámica.

Ver también:  Ley del gas ideal

Ver también:  Qué es la entalpía

Proceso adiabático en turbina de gas

Supongamos el  ciclo de Brayton  que describe el funcionamiento de un  motor térmico de presión constante  . Los  motores de turbina de gas modernos y  los motores a reacción con respiración de aire  también siguen el ciclo de Brayton.

El ciclo de Brayton consta de cuatro procesos termodinámicos. Dos procesos adiabáticos y dos procesos isobáricos.

1. Compresión adiabática  : el aire ambiente se introduce en el compresor, donde se presuriza (1 → 2). El trabajo requerido para el compresor viene dado por  W _C  = H ₂  – H ₁ .
2. Adición de calor isobárico  : el aire comprimido pasa a través de una cámara de combustión, donde se quema el combustible y se calienta el aire u otro medio (2 → 3). Es un proceso de presión constante, ya que la cámara está abierta para entrar y salir. El calor neto agregado viene dado por  Q _add  = H ₃  – H ₂
3. Expansión adiabática  : el aire calentado y presurizado luego se expande en la turbina y cede su energía. El trabajo realizado por la turbina está dado por  W _T  = H ₄  – H ₃
4. rechazo de calor isobárico  – el calor residual debe ser rechazado para cerrar el ciclo. El calor neto rechazado está dado por  Q _re  = H ₄  – H ₁

Como puede verse, podemos describir y calcular (por ejemplo, la eficiencia térmica ) tales ciclos (de manera similar para el  ciclo de Rankine ) usando  entalpías .

Consulte también: Eficiencia térmica del ciclo Brayton