PROCESO DE LA SUSTANCIA POR CADA ESTADO DEL CICLO REAL Y EL CICLO IDEAL

1.2. PROCESO DE LA SUSTANCIA POR CADA ESTADO DEL CICLO REAL Y EL CICLO IDEAL

 Proceso real

Actualmente se utiliza en turbinas de gas donde los procesos tanto de compresión como de expansión suceden en maquinaria rotatoria. Las turbinas de gas generalmente operan en un ciclo abierto, como se observa en la figura 1.

Figura 1. Un motor de turbina de gas de ciclo abierto.

1-2 Se introduce aire fresco en condiciones ambiente dentro del compresor axial o centrífugo, donde su temperatura y presión se elevan.

2-3 El aire de alta presión sigue hacia la cámara de combustión, donde el combustible se quema a presión constante.

3-4 Los gases de alta temperatura que resultan entran a la turbina, donde se expanden hasta la presión atmosférica, produciendo potencia. Los gases de escape que salen de la turbina se expulsan hacia fuera (no se recirculan), causando que el ciclo se clasifique como un ciclo abierto.

En turbinas de gas el aire realiza dos importantes funciones: suministra el oxidante necesario para la combustión del combustible y sirve como un refrigerante para mantener la temperatura de diversos componentes dentro de límites seguros. La segunda función se realiza al extraer más aire del necesario para la combustión completa del combustible.

 Proceso ideal

Debido a la complejidad de este ciclo de potencia, los ingenieros se ven en la necesidad de trabajar con modelos idealizados, por lo que se han de establecer las siguientes aproximaciones, llamadas suposiciones de aire estándar (Cengel y Boles, 2006):

1) La sustancia de trabajo es un fluido que circula de modo continuo en un circuito cerrado y se comporta como un gas ideal.

2) Todos los procesos que integran el ciclo son reversibles.

3) El proceso de combustión se reemplaza por un proceso de adición térmica desde una fuente externa.

4) El proceso de escape se sustituye por un proceso de eliminación térmica que regresa la sustancia de trabajo a su estado inicial.

El ciclo de turbina de gas abierto descrito anteriormente puede modelarse como un ciclo cerrado, como se indica en la figura 2, empleando las suposiciones de aire estándar. El ciclo ideal que el fluido de trabajo experimenta en este ciclo cerrado es el ciclo Brayton, el cual está integrado por cuatro procesos internamente reversibles:

Figura 2. Un motor de turbina de gas de ciclo cerrado.

1-2 Compresión isentrópica (en un compresor). En este caso el proceso de compresión permanece igual,

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