Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 9
6
Regenerador
Calor
1
2
5
Cámara de
combustión
3
4
Compresor
Turbina
w neto
FIGURA 9-38
Una máquina de turbina de gas con
regenerador.
9-9 ■ CICLO BRAYTON CON REGENERACIÓN
En las máquinas de turbinas de gas la temperatura de los gases de escape que
salen de la turbina suele ser considerablemente mayor que la del aire que sale
del compresor. Por lo tanto, el aire de alta presión que sale del compresor
puede calentarse transfiriéndole calor desde los gases de escape calientes mediante
un intercambiador de calor a contraflujo, el cual se conoce también
como regenerador o recuperador. Un esquema de la máquina de turbina de
gas que usa un regenerador, así como el diagrama T-s del nuevo ciclo se
muestran en las figuras 9-38 y 9-39, respectivamente.
La eficiencia térmica del ciclo Brayton aumenta como resultado de la regeneración,
ya que la porción de energía de los gases de escape que normalmente
se libera hacia los alrededores ahora se usa para precalentar el aire que entra a
la cámara de combustión. Esto a su vez disminuye los requerimientos de entrada
de calor (y por ende de combustible) para la misma salida de trabajo neto.
Observe, sin embargo, que el uso de un regenerador sólo se recomienda cuando
la temperatura de escape de la turbina es más alta que la temperatura de salida
del compresor. De otro modo, el calor fluirá en la dirección inversa (hacia los
gases de escape) y la eficiencia se reducirá. Esta situación se encuentra en las
máquinas de turbina de gas que operan con relaciones de presión muy altas.
La temperatura más alta que ocurre dentro del regenerador es T 4 , que es la
temperatura de los gases de escape que salen de la turbina y entran al regenerador.
Bajo ninguna condición el aire puede precalentarse en el regenerador hasta
una temperatura superior a este valor. El aire normalmente sale del regenerador
a una temperatura menor, T 5 . En el caso límite (ideal), el aire sale del regenerador
a la temperatura de entrada de los gases de escape T 4 . Suponga que el
regenerador está bien aislado y que cualquier cambio en las energías cinética y
potencial es insignificante, las transferencias de calor reales y máximas de los
gases de escape hacia el aire pueden expresarse como
T
q regeneración
2
1
q entrada
5'
5
Regeneración
6
q salida
3
4
q ahorrado = q regenerador
FIGURA 9-39
Diagrama T-s de un ciclo Brayton con
regeneración.
s
q regen,real h 5 h 2
(9-21)
y
q regen,má x h 5 ¿ h 2 h 4 h 2
(9-22)
El alcance al que un regenerador se aproxima a un regenerador ideal se llama
eficacia o efectividad ` y se define como
P q regen,real
q regen,máx
h 5 h 2
h 4 h 2
(9-23)