¿Por qué se inyecta agua en una turbina de gas?

Primero hay que señalar que el agua puede inyectarse bien sea a la entrada de aire del compresor o a la envoltura difusora del compresor, es decir, entre la salida del compresor y la entrada a la cámara de combustión.

También hay que señalar que en algunos casos se inyecta una mezcla agua/metanol para darle propiedades anticogelantes al agua. Esto permite al mismo tiempo una fuente adicional de combustible.

Cuando se inyecta agua a la entrada del compresor, el impulso adicional se obtiene principalmente enfriando el aire que entra al motor, mediante la vaporización del agua inyectada al flujo de aire. La reducción en temperatura de entrada al compresor reduce la densidad del aire aumentando la masa de flujo que va al motor, disminuye el trabajo del compresor y puede cambiar el acoplamiento del motor. Si se añade metanol a la mezcla, la temperatura de entrada a la propia turbina se restablece por la combustión del mismo en la cámara de combustión.

La inyección de agua a la sección difusora del compresor aumenta la masa de flujo que pasa por la turbina para un flujo dado en el compresor y reduce la temperatura de entrada a la combustión, de manera que puede quemarse un combustible adicional sin llegar a exceder la temperatura máxima de entrada de la turbina. Esta técnica desplaza también el punto de acoplamiento del motor, lo que da por resultado un impulso adicional.

Normalmente en la literatura en idioma inglés no se refiere a la inyección de agua o refrigerante en la sección difusora sino a la cámara de combustión (Combustion Chamber Injection).

Fuentes: Bathie, W "Fundamentos de Turbinas de Gas" y Rolls Royce "The Jet Engine"

¿Qué es el poder calorífico de un combustible?

El poder calorífico de un combustible es la cantidad de energía que puede liberar ese combustible por unidad de peso o volumen. Los poderes caloríficos son determinados de manera experimental. Se consideran dos poderes caloríficos para los combustibles: El poder calorífico superior y el inferior. En la literatura corrientemente se identifican uno y otro por sus siglas en inglés. Así HHV = Hight Heat Value es el Poder Calorífico Superior, y el LHV = Low Heat Value es el Poder Calorífico Inferior. Se denomina Poder Calorífico Superior al que resulta de incrementar el poder calorífico con el calor latente de condensación que desprende el agua al condensar. Mientras el Poder Calorífico Inferior es el que no tiene en cuenta dicho incremento del calor de condensación por permanecer el agua en estado de vapor. 

Otra forma de visualizar la diferencia entre el LHV y el HHV

Si las temperatura de los productos finales de la combustión es tal que el vapor de agua que se ha formado continua es este estado, tendremos el LHV. En cambio, si la temperatura de los productos finales es suficientemente baja como para que aquella se condense, tendremos el HHV.

La diferencia entre el LHV y el HHV será igual al calor desprendido por la condensación del agua (en promedio 2261 kJ por kg de Agua).

¿Qué es la capacidad de enfriamiento de un sistema de refrigeración?

La capacidad de enfriamiento es la cantidad de calor extraído del espacio por refrigerar. Se designa en Btu/h, toneladas de refrigeración o frigorías.

La capacidad de enfriamiento de un sistema de refrigeración –la relación de calor extraído del espacio refrigerado- con frecuencia se expresa en toneladas de refrigeración. La capacidad de un sistema de refrigeración que puede congelar 1 tonelada (2000 lbm) de agua líquida a 0 °C (32 °F) en hielo a 0 °C en 24 h será 1 tonelada.

Veamos un ejemplo de como calcular la capacidad de enfriamiento:

Un sistema mecánico de aire acondicionado opera de modo que la temperatura de evaporación es de 20 °F, y la del líquido, cerca de la válvula, es de 100 °F. Si se recirculan 10 lb/min de Refrigerante 12, calculemos:

a)      La capacidad en Btu/h

b)      La capacidad en toneladas

Solución:

a)      Utilizando una tabla de refrigerante 12, el efecto de refrigeración (ER) será de:

Entalpia de gas saturado para 20 °F

                                                                 hg = 79,385 Btu/lb

Entalpia de líquido saturado para 100 °F

                                                                hf = 31,10 Btu/lb

                                         ER = hg - hf = 79,385 - 31,10 = 48,285 Btu /lb

Luego la capacidad del sistema

                                                        Capacidad = 10 lb/min x 48,285 Btu/lb x 60 min/h = 28971 Btu/h

b)      Capacidad en toneladas de refrigeración

                                                      T = 28971 / 12000 = 2,41 Ton

Cuando se derrite una tonelada de hielo, absorbe 288000 Btu. Por lo tanto, una libra, absorberá 144 Btu. Si una tonelada se derrite en 24 horas, absorberá 288000  Btu/día, 12000 Btu/h o 200 Btu/min.