¿Quitar el calor del compresor y agregar calor a la turbina aumentaría la eficiencia de una turbina de gas?

TL;DR: ¡Tienes toda la razón!

sus consideraciones básicas son correctas. Puede haber una ventaja termodinámica al (inter)enfriar el compresor y precalentar/recalentar la turbina.

Los obstáculos están en el campo de la ingeniería y comercial.

• Ingeniería: Diseño de intercambiadores de calor que sean pequeños, livianos y de baja pérdida.
• Comercial: Reducir costo.

Actualmente solo conozco un programa de investigación europeo ( NEWAC) para superar estos obstáculos, pero estoy seguro de que hay otros.

La siguiente ilustración es de la página de inicio de NEWAC:

La eliminación de calor como esa a veces se realiza en motores de turbina de gas, no enfriando el compresor durante la operación, sino mediante el uso de un intercooler isobárico entre los compresores de baja y alta presión. Este tipo de configuraciones son comunes en las turbinas de gas industriales utilizadas para la generación de energía eléctrica, la propulsión marina y otras aplicaciones donde el peso extra no es un problema tan grande como lo es con las turbinas de gas de aviación.

En cuanto a agregar esta energía de calor extraída nuevamente al flujo de gas a través de la sección de la turbina, esto no sería posible ya que las temperaturas de salida del compresor están en la vecindad de 450 °F donde los gases de escape salen a alrededor de 1000 °F, lo que impide un retorno de la calor del compresor a la sección de la turbina para potencia adicional. Por lo general, el escape del intercooler simplemente se ventila a la atmósfera.

Más comúnmente, las turbinas de gas se usan en centrales eléctricas de ciclo combinado que utilizan el calor de escape de la turbina de gas para alimentar una caldera de agua que impulsa una turbina de vapor y un generador secundario. Algunos de los ciclos termodinámicos utilizados en estos sistemas pueden ser bastante elaborados y pueden lograr una eficiencia exergética de más del 60 %, lo que los convierte en los motores térmicos más eficientes del planeta.

Es posible aumentar la eficiencia de una turbina de gas de dos maneras: enfriando el aire antes de que ingrese al compresor o calentando el aire después de que sale del compresor. Por lo tanto, es posible con un intercambiador de calor interno, si el calor fluye de manera opuesta a lo que se plantea en el OP: desde los gases de escape calientes hasta el aire entregado por el compresor.

Del artículo de Wikipedia para el ciclo Brayton (que es lo que ocurre dentro de una turbina de gas):

Recuperador[14]: si el ciclo Brayton funciona con una relación de presión baja y un aumento de temperatura alto en la cámara de combustión, el gas de escape (después de la última etapa de la turbina) aún podría estar más caliente que el gas de entrada comprimido (después de la última etapa de compresión). etapa pero antes de la cámara de combustión). En ese caso, se puede utilizar un intercambiador de calor para transferir la energía térmica del escape al gas ya comprimido, antes de que ingrese a la cámara de combustión. La energía térmica transferida se reutiliza de manera efectiva, lo que también aumenta la eficiencia.

Tenga en cuenta que el calor debe agregarse después del compresor/antes de la cámara de combustión. Del mismo artículo:

La transferencia de calor de la salida (después de la última turbina) a la entrada (antes de la primera etapa del compresor) reduciría la eficiencia, ya que el aire de entrada más caliente significa más volumen y, por lo tanto, más trabajo para el compresor.

En ese sentido, el aire de enfriamiento antes de que ingrese a un compresor aumenta la eficiencia. Agregar calor después de la turbina disminuye la eficiencia pero aumenta el empuje, como lo demuestran los postquemadores.