PLANTAS TERMICAS
TEMA: 4.2.5 REGENERADORES
INTEGRANTES:
MONROY ÁNGELES BALDEMAR OSVALDO
JOSÉ ALFREDO NEGRETE DÍAZ
EDUARDO ORDOÑEZ GARDUÑO
Objetivo:
Que el alumno conozca la
definición de regenerador y la
clasificación de los regeneradores.
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Introducción
Los regeneradores o intercambiadores de
calor empleados en las turbinas a gas son
del tipo estacionario, o bien, del tipo rotativo
o giratorio, siendo los primeros los más
empleados.
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REGENERADORES
Los regeneradores son intercambiadores en donde un
fluido caliente fluye a través del mismo espacio seguido
de uno frío en forma alternada. Los recuperadores
reducen el consumo de combustible por el uso de los
residuos de calor recuperados de la corriente de gas de
salida de las turbinas de gas antiguas, de más baja
eficiencia. Esto típicamente incrementa la eficiencia de la
turbina en un 10%.
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En ellos los gases de escape pasan por el interior de los
tubos y el aire a precalentar por el exterior de los mismos.
En los motores de turbina de gas, la temperatura de los
gases de escape que salen de la turbina suele ser
bastante mayor que la temperatura del aire que abandona
el compresor. Por consiguiente, el aire de alta presión que
sale del compresor puede calentarse transfiriéndole calor
de los gases de escape calientes en un intercambiador de
calor en contraflujo, el cual se conoce también como un
regenerador o recuperador.
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El empleo de regeneradores presenta tres inconvenientes:
1. Gran superficie de intercambio de calor.
2. Dificultad para la limpieza de la misma.
3. Aumento de la resistencia al paso de los gases de
escape.
En un regenerador ideal, en donde suponemos que no
hay pérdidas de calor, el balance de energía se establece
igualando toda la energía que recibe el aire a la energía
entregada por los gases de escape.
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TURBINA DE GAS CON REGENERACIÓN
En un ciclo Brayton la temperatura a la salida supera a la del
aire comprimido (T4 > T2)
Regeneración: Aprovechar calor de los gases de escape para
precalentar el aire que entra a la cámara de combustión,
usando
un
intercambiador
cerrado
a
contraflujo
(regenerador).
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CICLO BRAYTON CON RECALENTAMIENTO
INTERMEDIO
Se puede aumentar la potencia de la máquina, realizando
la expansión en etapas de varias turbinas con
recalentamiento intermedio en cada etapa, hasta alcanzar
la temperatura límite inicial. Teóricamente podría
emplearse un número infinito de etapas de
recalentamiento, lo que llevaría, en el límite, a una
expansión isotérmica.
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Esquema de la instalación para un recalentamiento
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CICLO BRAYTON REGENERATIVO
También se puede aumentar el rendimiento del
ciclo, o sea, obtener más energía con la misma
cantidad de combustible, empleando parte del calor
perdido que se llevan los gases de escape de la
turbina, para precalentar el aire a la salida del
compresor, antes de su entrada a la cámara de
combustión, lo que permite gastar menos
combustible para llegar a la misma temperatura de
ingreso a la máquina.
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CICLO BRAYTON REGENERATIVO
Donde:
Q1 = Calor ganado por el aire
Q3 = Calor cedido por los gases de combustión
Q2 = Calor aportado por la oxidación del combustible
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Clases de regeneradores
•El intercambiador de calor es uno de los equipos
industriales más frecuentes. Prácticamente no existe
industria en la que no se encuentre un intercambiador
de calor, debido a que la operación de enfriamiento o
calentamiento es inherente a todo proceso que maneje
energía en cualquiera de sus formas.
•Existe mucha variación de diseños en los equipos de
intercambio de calor. En ciertas ramas de la industria se
han desarrollado intercambiadores muy especializados
para ciertas aplicaciones puntuales.
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DIAGRAMA DE LA MÁQUINA DE TURBINA DE GAS
CON REGENERADOR
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Es evidente que un regenerador con una eficacia más alta
ahorrará una gran cantidad de combustible puesto, que
precalentará el aire a una temperatura más elevada, antes
de la combustión. Sin embargo, lograr una eficacia mayor
requiere el empleo de un regenerador más grande, el cual
implica un precio superior y provoca una caída de presión
más grande. En consecuencia, el uso de un regenerador
con eficacia muy alta no puede justificarse económicamente
a menos que los ahorros de combustible superen los gastos
adicionales involucrados. La mayoría de los regeneradores
utilizados en la práctica tienen eficacias por debajo de 0.85.
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REGENERADOR
ESTACIONARIO
TIPOS DE SISTEMAS
REGENERADORES
No es más que un
intercambiador
de
calor, los gases de
escape pasaban por
una
sección
que
estaba en contacto con
el aire proveniente del
compresor.
REGENERADOR EL GIRATORIO
En este caso los tubos no se cruzaban, sino que eran paralelos y eran
atravesados por un disco giratorio ( marcado como regenerador), con
celdas en forma de panal, que se caldeaba al estar en contacto con los
gases calientes, y posteriormente cedía ese calor al pasar por la zona
fría.
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CONCLUSIÓN
El buen diseño, fabricación y construcción
de intercambiadores de calor de placa y
tubos utilizados permite incrementar la
eficiencia del combustible en las turbinas
de gas.
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TECNOLOGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE …