¿Comparando una turbina de gas (ciclo Joule) con el ciclo de Carnot?

Mi comprensión de las turbinas de gas es la siguiente:

  • Cuando gira un impulsor, puede comprimir aire (esto requiere trabajo) y cuando el aire comprimido se expande, puede usarse para hacer girar una turbina (esto genera trabajo).
  • Termodinámicamente, cuando calientas aire, aumentas su entalpía, que es proporcional a la producción de trabajo que podrías obtener al expandir el aire.
  • Sin embargo, el aire más caliente requiere más trabajo para comprimirse.
  • Entonces, si comprimimos aire frío (que también tiene el efecto secundario de aumentar la temperatura), calentamos el aire (cámara de combustión) y luego expandimos el aire caliente, la potencia generada por la expansión (turbina) es mayor que la potencia consumida por la compresión (compresor). Y esta diferencia se puede utilizar en otros lugares, por ejemplo, para generar electricidad.

Sin embargo, estoy luchando por reconciliar este entendimiento con el ciclo de Carnot, que es el motor térmico ideal.

Con un ciclo de Carnot, la adición de calor es isotérmica, por lo que la entalpía del aire en realidad no aumenta y el aire no está realmente "más caliente" después de la adición de calor, por lo que mi explicación anterior se desmorona.

¿Se hace todo el calentamiento durante la compresión? Entonces, ¿comienza con aire frío, lo comprime y luego tiene aire caliente a alta presión?

¿Podría alguien señalar qué está mal con mi comprensión actual?

Esta es una pregunta que se puede buscar en Google: thermodynamics-engineer.com/gas-turbine
@Gert Sé que las ecuaciones dan la respuesta correcta, pero quiero aclarar mi comprensión física de cómo funcionan las turbinas de gas.
La 'comprensión física' (lo que sea que entiendas por eso) proviene de la comprensión de las ecuaciones. Objetos como ese solo pueden ser descritos por el lenguaje de las matemáticas.
Una búsqueda "Joule cycle" "Carnot cycle"en Google Scholar enumera docenas de artículos revisados ​​por pares que discuten los dos.

Respuestas (1)

Para un ciclo Joule o Brayton (turbina de gas), el aire se comprime y luego se agrega calor a presión constante . el calor hace que el aire se expanda y, para mantener una presión constante y mantener la continuidad del flujo másico a través del motor, se requiere que el aire caliente se acelere al salir del motor. Esto significa que se genera una fuerza de reacción en el motor que se conduce a los soportes del motor (a través de las palas de la turbina del compresor y los cojinetes de empuje del disco de la turbina), que es la salida de empuje del motor.

Encontrará un diagrama de ciclo termodinámico para el ciclo brayton en wikipedia, que detalla cada paso del proceso, incluida la extracción de energía que se utiliza para hacer girar el compresor.

¿Comparando una turbina de gas (ciclo Joule) con el ciclo de Carnot?
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