Procesos termodinámicos en las turbinas de gas II /Thermodynamic process in GTE´s II

The heat rejection process from 4 to 1, which completes the cycle, is carried out by exhausting the hot gas and allowing it to mix with the atmosphere. In an initial simplified analysis, the compressor is taken to include the inlet nozzle and ducting and any exit diffuser leading to the combustor. Thus, for the compressor inlet condition (point 1), the air being drawn from the surroundings has zero velocity, ambient temperature, and ambient pressure. For the exit condition (point 4), the air has zero velocity at some elevated pressure and temperature that are measured. View A of figure 1-9 depicts a pressure – temperature graph for a simple GTE, while view B depicts a pressure-volume graph. The distance between adjacent numbers on each of the diagrams represents an event of the combustion cycle. A combustion cycle includes compression of air, burning of the compressed air and fuel mixture, expansion of gases, and removal of gases. By comparing the numerical points on both graphs (point 1 to 2 on views A with point 1 to 2 on view B), you can get a better understanding of the pressure-temperature-volume relationship of a simple GTE.

During operation the work produced by the compressor turbine rotor is almost the same amount as the work required by the compressor. The mass flow available to the compressor turbine is about the same as the mass flow handled by the compressor. This allows the heat of compression to be about the same value as the heat of expansion. Allowances are made for factors such as bleed air, pressure of fuel added, and heat loss to turbine parts.

As the high-temperature, high-pressure (HP) gases enter the turbine section, they expand rapidly. Relatively little change in the temperature of the gases occurs. The net power available from the turbine is the difference between the turbine developed power and the power required to operate the compressor.

El proceso de rechazo de calor en la fase 3-4, que completa el ciclo, se produce gracias a la exhaustación de los gases calientes permitiendo que se mezclen con la atmósfera. En un análisis inicial simplificado, el compresor es donde se alojaran  la boquilla de entrada y las de salida a la cámara de combustión. De este modo las condiciones de entrada del  aire al compresor (punto 1), son velocidad 0, temperatura ambiente y presión ambiente. Y para la salida (punto 4) la velocidad es 0 con una elevada presión y temperatura.

La distancia entre los números adyacentes en cada diagrama representa el ciclo de combustión. Una combustión incluye, compresión de  aire, quemado/encendido de la mezcla de aire comprimido y fuel, expansión de los gases y extracción de estos. Si comparamos los puntos en ambos gráficos (puntos 1-2 en el gráfico A y el punto 1-2 en el gráfico B), se podrá entender mejor la relación entre la presión – temperatura y volumen en un ciclo de una turbina de gas simple.

Durante la operación el trabajo producido por el rotor de la turbina del compresor es casi el mismo que el requerido por el compresor. El flujo de masa disponible para el compresor de la turbina es casi el mismo que el flujo de masa manejado por el compresor. Esto permite el calentamiento en la compresión casi al mismo valor que en la expansión. Las prestaciones se producen gracias a factores como aire deshumidificado, presión añadida del fuel y el calor perdido en las partes de la  turbina.

Como los gases a  alta temperatura y la alta presión (HP) entran en la turbina del compresor, se expanden rápidamente. El cambio en la temperatura de los gases es relativamente pequeño. La potencia neta disponible en la turbina es la diferencia entre la potencia que ofrece esta y la requerida por el compresor.