REGENERACIÓN Y CALENTAMIENTO: Generalmente, la eficiencia térmica del ciclo abierto simple es solo de aproximadamente 16-23% ya que la cantidad de energía térmica se desperdicia en los gases de escape. Ademas, la eficiencia del ciclo depende directamente de la temperatura de los gases de entrada en la turbina. Y como las limitaciones metalúrgicas no permitan el uso de temperaturas superiores a unos 1000°C, no se puede esperar un aumento considerable de la eficiencia a través del aumento de la temperatura de los gases. Por supuesto, este hándicap de eficiencia se puede superar mediante la incorporación de refinamientos térmicos en el ciclo abierto simple; por ejemplo, regeneración, recalentamiento. Pero la planta se volverá compleja en contraste con la planta de ciclo abierto simple que es compacta, ocupa muy poco espacio, no necesita agua y puede correr rápidamente desde el frio. Los refinamientos térmicos pueden elevar la eficiencia de la planta a mas de 30%, y por lo no, eliminar la ventaja de la eficiencia de combustible que se posee de diesel o la condensación de las plantas de vapor. Estos refinamientos se describen a continuación: 1.-Efecto de la regeneración: La temperatura del gas de escape que sale de la turbina suele ser considerablemente superior a la temperatura del aire que sale del compresor. Por lo tanto, la eficiencia térmica del ciclo de la turbina de gas puede mejorarse mediante la incorporación de un regenerador. El proceso de regeneración transfiere la porción de energía de los gases de escape que normalmente se rechazan al entorno para precalentar el aire que entra en la cámara de combustión. Esto, a su vez, disminuye los requisitos de la entrada de calor(combustible) para la misma salida de trabajo neta. Determinación de la eficiencia del ciclo ideal con un regenerador. La eficiencia de este ciclo con regeneración se encuentra de la siguiente manera, donde los estados se muestran en la figura. 2.-Efecto Intercooling: La salida de trabajo neto de la turbina de gas se puede aumentar reduciendo la entrada de trabajo del compresor. Esto se puede lograr mediante compresión multietapa con intercooling. Consideremos primero la entrada de trabajo a los compresores en estado estable, suponiendo que las irreversibilidades estén ausentes y los cambios de la energía cinetica y potencial desde la entrada hasta la salida son insignificantes. El diagrama P-V muestra dos posibles trayectorias de compresión desde un estado especifico 1 hasta una presión final especificada P2. La trayectoria 1-2’ es para una compresión adiabática. La trayectoria 1-2 corresponde a una compresión con transferencia de calor del fluido de trabajo al entorno. El área de la izquierda de cada curva es igual a la magnitud de trabajo por unidad de masa del proceso respectivo. El área mas pequeña a la izquierda del proceso 1-2 indica que el trabajo de este proceso es menor que para la compresión adiabática de 1 a 2’. Esto refiere que enfriar un gas durante la compresión es ventajoso en términos del requisito de entrada del trabajo. Aunque enfriar un gas a medida que comprime reducirá el trabajo, una tasa de transferencia de calor lo suficientemente como para realizar una reducción significativa en el trabajo es difícil de lograr en la práctica. Una alternativa practica es la identificación de las interacciones de trabajo y calor en el proceso se debe dejar que la compresión se lleve a cabo en las etapas de intercambiadores de calor, llamados intercoolers, enfriando el gas entre etapas. La figura ilustra un compresor de dos etapas con un intercooler. Los P-V y T-S que acompañan muestran los estados para los procesos reversibles internamente: -El proceso 1-c es una compresión isentropica del estado 1 al estado c donde la presión es Pi. -El proceso c-d es enfriamiento a presión constante de la temperatura Tc, un Td. -El proceso d-2 es una compresión isentropica al estado 2. La entrada de trabajo por unidad de flujo de masa se representa en el diagrama PV por el área sombreada 1-c-d-2-a-b-1. Sin enfriamiento, el gas se comprimirá en una sola etapa del estado 1 al estado 2’ y el trabajo que está representado por el área cerrada 1-2’-a-b-1. El área rayada en el diagrama P-V representa la reducción del trabajo que se lograría con el intercooling. Algunos compresores grandes tienen varias etapas de compresión con intercooling entre etapas. La determinación del número de etapas y las condiciones para operar los diversos intercoolers es un problema en la optimización. El uso de compresión multietapa con intercooling es una planta de energía de turbina de gas aumenta el trabajo neto desarrollado al reducir el trabajo de compresión. Por si misma, sin embargo, la compresión con intercooling no necesariamente aumentaría la eficiencia térmica de una turbina de gas porque la temperatura del aire que entra en el combustor se reducirá en temperaturas en los estados 2’ y 2 en el T-S en el diagrama. Una temperatura más baja en la entrada del combustor que se acontea una transferencia de calorías adicional para lograr la temperatura de deseada de la entrada de la turbina. La temperatura más baja en la salida del compresor mejora el potencial de regeneración, sin embargo, por lo que el interenfriamiento se utiliza junto a la regeneración, puede ser posible un aumento útil apreciable en la eficiencia térmica. 2.-Efecto del recalentamiento: Por razones metalúrgicas, la temperatura de los productos de combustión gaseosa que entran en la turbina debe ser limitada, Esta tempertura se puede controlar proporcionando aire por encima de la cantidad necesaria para quemar el combustible en el combustor. Como consecuencia, los gases que salen del combustor contienen suficiente aire para apoyar la combustión de combustible adiconal. Algunas centrales eléctricas de turbinas de gas aprovechan el exceso de aire mediante una turbina multietapa con un combustor de recalentamiento entre las etapas. Con esta disposición se puede aumentar el trabajo neto por unidad de flujo de masa. Consideremos el recalentamiento desde el punto de vista de un análisis estándar de aire. Las características básicas de una turbina de gas de dos etapas con recalentamiento se saquen considerando un ciclo brayton estándar de aire ideal modificado como se muestra en la figura. Después de la expansión del estado 3 al estado en la primera turbina, el gas se recalienta a presión constante del estado a al estado b. La expansión se completa en la segunda turbina del estado b al estado 4. El ciclo brayton ideal sin recalentamiento, 1-2-3-4’-1se muestra en el mismo diagrama de T-S para la comparación. Debido a que las líneas de presión constante en un diagrama de T-S divergen ligeramente con el aumento de la entropía, el trabajo total de la turbina de dos etapas es mayor que el de una sola expansión del estado 3 al estado 4’. Por lo tanto, el trabajo neto para el ciclo de recalentamiento es mayor que el del ciclo sin recalentamiento. A pesar del aumento del trabajo neto con recalentamiento, la eficiencia térmica del ciclo no necesariamente aumentaría porque se requeriría una mayor adición total de calor. Sin embargo, la temperatura a la salida de la turbina es mayor con recalentamiento que sin recalentamiento, por lo que se mejora el potencial de regeneración. Cuando el recalentamiento y la regeneración se significativamente. utilizan juntos, la eficiencia térmica puede aumentar
