Teoría de la Turbina de gas II / Gas Turbine Theory II

A balloon full of air (view A) does nothing unless the trapped air is released. When the air is released, it escapes rearward, causing the balloon to move forward (Newton’s third law) (view B).

If you could devise a way to keep the balloon constantly full of air, it would continue to move forward (view C) as long as the air is allowed to escape from it. If you place a fan or pinwheel in the
escaping airstream, the pressure energy and velocity energy will cause the fan to rotate. Then you can use the escaping air to do work (view D).

Now, if you replace the balloon with a firmly mounted tube or container and keep it filled with air from a fan located in the air opening and driven by an external source, you could use the discharge air to turn a fan at the rear to do work (view E).

If you add fuel and allow combustion to occur (view F), the volume of air and the velocity with which it passes over the exhaust fan are greatly increased (Charles’s law). The horsepower the fan will produce is also increased. The continuous pressure created by the inlet fan, or compressor, prevents the hot gases from going forward.

Now, if you attach a shaft to the compressor and extend it back to a turbine wheel, you have a simple GTE (view G). It can supply power to run its own compressor and still provide enough power to do useful work.

1. Air is taken in through the air inlet duct by the compressor. There it is raised in pressure and discharged into the combustion chamber (or combustor).

2. Fuel is admitted into the combustion chamber by the fuel nozzle(s). The fuel-air mixture is ignited by an igniter(s) (not shown) and combustion occurs.

3. The hot and rapidly expanding gases are directed aft through the turbine rotor assembly. There, thermal and kinetic energy are converted into mechanical energy. The gases are then directed out through the exhaust duct.


Un globo lleno de aire (A) no  hace nada si el aire queda atrapado. Cuando se suelta el aire, este escapa hacia atrás provocando que el globo se mueva hacia adelante (3ª Ley de Newton principio de Acción y Reacción).

Si pudiésemos mantener el globo, continuamente lleno de aire, el globo continuaría moviéndose (C) hasta que escape todo el aire en el contenido. Si ponemos un ventilador o rueda en el flujo de aire del escape, la energía de la presión y la velocidad provocaran que el ventilador gire. Entonces podremos usar el aire del escape para producir trabajo (D).

Ahora, si reemplazamos el globo con un tubo o recipiente, en un montaje fijo, y lo mantenemos lleno de aire del  ventilador situado en la salida de aire y conducido por una fuente externa, se puede utilizar el aire de descarga para encender un ventilador en la parte trasera para hacer trabajo (ver E).

Si añades fuel y permites una combustión (F), el volumen del aire y su velocidad cuando pase por el escape a través del ventiladores está muy incrementado  (ley de Charles). La potencias en caballos de vapor desarrollada por el ventilador también será aumentada.  La continua presión creada por el ventilador de entrada, o el compresor, evita la entrada de gases calientes.

Ahora bien, si conectamos  un eje al compresor y lo  extendemos hasta  la rueda de la turbina, que tiene una turbina de gas simple (G),  podemos suministrar energía para hacer funcionar su propio compresor y seguir proporcionando energía suficiente para hacer un trabajo útil.

1. El aire es cogido e introducido en el conducto del compresor, donde se eleva la presión y se descarga en la cámara de combustión. 
2. El fuel es admitido en la cámara de combustión a través de los inyectores. La mezcla de aire-combustible es encendida por la bujía y se produce la combustión
3. La rápida expansión de los gases calientes son direccionados hacia a tras a través del ensamblaje rotor – turbina. Es entonces cuando se transforma la energía térmica y cinética en energía mecánica. Los gases ahora  son conducidos al conducto del escape.

Ciclo Teórico de Brayton / Brayton´s Cycle Theory

A cycle is a process that begins with certain conditions, progresses through a series of
additional conditions, and returns to the original conditions. The basic GTE cycle is named for the Boston engineer, George Brayton, who proposed it in the late nineteenth century.

The Brayton cycle is one in which combustion occurs at constant pressure. In GTEs, specific components are designed to perform each function of the cycle separately. These functions are intake, compression, combustion, expansion, and exhaust.

Intake—At point A, air enters the inlet at atmospheric pressure and ambient temperature.

Compression—As the air passes through the compressor, it increases in pressure and temperature and decreases in volume (line A-B).

Combustion—At point B, combustion occurs at constant pressure while the addition of heat causes a sharp increase in volume (line B-C).

Expansion —The gases at constant pressure and increased volume enter the turbine and expand through it. As the gases pass through the turbine rotor, the rotor turns kinetic energy into mechanical energy. The expanding size of the passages causes further increase in volume and a sharp decrease in pressure and temperature (line C-D).

Exhaust—The gases are released through the stack with a large drop in volume and at constant pressure (line D-A).

We can see, that,  this cycle has 2 adiabatic steps and 2 isobaric steps.

http://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=wbdwHc0C_Cw


Un ciclo es un proceso que empieza con ciertas condiciones, progresa a través de una serie de condiciones adicionales y retorna a las condiciones originales. El ciclo básico de una Turbina de Gas es llamado Ciclo de Brayton, gracias a un ingeniero de  Boston llamado George Brayton, quien lo propuso a finales del siglo 19.

El ciclo de Brayton es el ciclo en el cual la combustión ocurre a presión constante. En una Turbina de gas los componentes están específicamente diseñados para realizar cada funcion del ciclo separadamente. Estas funciones son Entrada de aire, compresión,  combustión y escape.

Entrada de Aire. Es el punto A donde el aire está a presión atmosférica y temperatura ambiente.

Compresión. El aire pasa a través del compresor, incrementa su presión y su temperatura, decreciendo su volumen. (A-B).

Combustión. Es el punto B, donde se produce a presión constante donde se añade calor causando un brusco aumento de volumen (B-C).

Expansión. Los gases a presión constante y un volumen incrementado entran en la turbina y se expanden a través de ella. Como estos pasan a través del rotor de la turbina, este gira convirtiendo la energía cinética en energía mecánica. Al ensancharse la cámara se produce un mayor incremento del volumen y un brusco descenso  de la presión y temperatura (C-D).





As we can see in the next figure we are related 2 diagrams, P-V and T-s. the last one is for temperature and Entropy.

Como podemos en la figura siguiente hemos relacionado 2 diagramas, uno P-V y otro T-s. Este último es el de temperatura y Entropía.