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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE ENERGÍA Y FÍSICA Tecnología Moderna de Las Turbinas a Gas 1 TEMA: TECNOLOGIA MODERNA DE LAS TURBINAS A GAS PROFESOR: ROBERT GUEVARA CHINCHAYAN INTEGRANTES: GUTIÉRREZ PIRGO YUNIOR ANDERSON FENCO CUSTODIO JAVIER GODOS HUERTA HAROLD ORLANDO ULLOA CAMPOS SAMUEL ALEX CURSO: PLANTAS GENERADORAS DE POTENCIA ESCUELA: INGENIERÍA EN ENERGÍA Nuevo Chimbote Perú 2015

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Tecnología Moderna de Las Turbinas a Gas 1

TEMA:

TECNOLOGIA MODERNA DE LAS TURBINAS A GAS

PROFESOR:

ROBERT GUEVARA CHINCHAYAN

INTEGRANTES:

GUTIÉRREZ PIRGO YUNIOR ANDERSON FENCO CUSTODIO JAVIER

GODOS HUERTA HAROLD ORLANDO ULLOA CAMPOS SAMUEL ALEX

CURSO:

PLANTAS GENERADORAS DE POTENCIA

ESCUELA:

INGENIERÍA EN ENERGÍA

Nuevo Chimbote – Perú

2015

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DEDICATORIA

Dedicamos este trabajo aquellas personas que nos enseñaron que la mejor libertad

del ser humano está en la superación personal e intelectual, estas personas son

nuestros padres, que con la ayuda e iluminación de Dios, nos dieron su apoyo a

diario para culminar con éxito y responsabilidad la presente trabajo investigativo.

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AGRADECIMIENTO

Por medio de este presente proyecto damos a conocer nuestros sinceros

agradecimientos primeramente a nuestros Padres quienes me nos han brindado todo

su apoyo y que con sus sabios consejos nos supieron orientar e inculcar principios

morales, para que así sigamos adelante y culminemos nuestros estudios.

También a nuestro profesor Robert Guevara Chinchayan quien con paciencia y

conocimientos nos ha sabido guiar en el transcurso del presente trabajo investigativo

y de esta manera culminar el mismo.

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ÍNDICE

Portada ………………………………………………………………...…...………1

Dedicatoria…………………………………………………………………......…..2

Agradecimiento.…………………………………………………………….……..3

Índice……………………………………………………………………...……...…4

Introducción……………………………………………………………..…......….5

MARCO TEÓRICO

CAPÍTULO I

Historia De La Turbina a Gas…………..…………………………………….…..….6

Conceptos Básicos……………………………….………………………………..….8

CAPÍTULO II

Tipos de Turbinas a Gas…………………………………..……………………….…9

Partes De Una Turbina a

Gas……………….………………………………….….…..12

CAPÍTULO III

Principio de Funcionamiento de una Turbina a Gas…………….…………….15

CAPÍTULO IV

Ventajas De Una Turbina a Gas ……………………………………….…....….17

Desventajas De una Turbina a Gas……………………………………..….…..17

CAPÍTULO V

Puesta En Marcha De Una Turbina a Gas……………………………..………18

Parada De Una Turbina a Gas……………………………………………..……19

Bibliografía…………………………………………………………..……………20

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INTRODUCCIÓN

Es importante conocer profundamente el funcionamiento y los conceptos que rigen los principios de las turbinas de gas. Esto es debido a que el ingeniero probablemente

se encontrara en su trabajo con el uso o mantenimiento de este tipo de equipos. Por esto, es de vital importancia conocer el desarrollo de estas maquinas de combustión.

La Turbina de gas ha experimentado un progreso y crecimiento fenomenal desde su

primer desarrollo exitoso en 1930. Las primeras turbinas a gas construidas en 1940 y aun en 1950 tenían eficiencias de ciclo sencillo de alrededor de 17 % debido a las

bajas eficiencias del compresor y de la turbina, y a las bajas temperaturas de entrada de la turbina dadas las limitaciones de la metalurgia de aquellos tiempos.

Por lo tanto, las turbinas a gas tuvieron un uso limitado a pesar de su versatilidad y

su capacidad de quemar gran variedad de combustible. Los esfuerzos para mejorar la eficiencia del ciclo se concentraron en tres áreas:

a) Incrementar las temperaturas de entrada de la turbina

Este ha sido el enfoque primario que se ha asumido para mejorar la eficiencia de la turbina a gas. Las temperaturas de entrada de las turbinas han aumentado

establemente desde 540 en 1940 hasta 1425 hoy en día. Estos incrementos

fueron posible por el desarrollo de nuevos materiales y por las innovadoras técnicas de enfriamiento para los componentes como la de revestir las aspas de la turbina con capas cerámicas y enfriar las aspas con aire de descarga del

compresor.

b) Incremento de las eficiencias de los componentes de turbomáquinaria

El desempeño de las primeras turbinas a gas sufría grandemente las ineficiencias de las turbinas y compresores. Sin embargo, el advenimiento de las computadoras

y de técnicas avanzadas de diseño asistido por computadora hizo posible diseñar estos componentes aerodinámicamente con pérdidas mínimas. Las eficiencias incrementadas de las turbinas y compresores resultaron en un incremento

significativo en la eficiencia del ciclo.

c) Adiciones de modificaciones al ciclo básico

La eficiencia del ciclo sencillo de las primeras turbinas a gas prácticamente se duplico incorporando interenfriamiento, regeneración y recalentamiento. Estas

mejoras, desde luego, se realizaron a expensas de mayores costos tanto inicial como de operación, y no pueden justificarse a menos que la disminución en los

costos de combustible equilibre el incremento en otras áreas. Los costos relativamente bajos de combustible, el deseo de la industria de minimizar los costos de instalación y el tremendo aumento en la eficiencia del ciclo sencillo a

cerca de 40 % dejo pocas posibilidades para optar por estas modificaciones.

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CAPÍTULO I

1.1 HISTORIA DE LA TURBINA A GAS

El ejemplo más antiguo de la propulsión por gas puede ser encontrado en un egipcio llamado Hero en 150 A.C. Hero invento un juguete que rotaba en la parte superior de una olla hirviendo debido al efecto del aire o vapor caliente saliendo de un recipiente

con salidas organizadas de manera radial en un solo sentido.

En 1232, los chinos utilizaron cohetes para asustar a los soldados enemigos. Alrededor de 1500 D.C., Leonardo Davinci dibujo un esquema de un dispositivo que

rotaba debido al efecto de los gases calientes que subían por una chimenea. El dispositivo debería rotar la carne que estaba asando.

En 1629 otro italiano desarrollo un dispositivo que uso el vapor para rotar una turbina que movía maquinaria. Esta fue la primera aplicación práctica de la turbina de vapor.

En 1678 un jesuita llamado Ferdinand Verbiest construyo un modelo de un vehículo automotor que usaba vapor de agua para movilizarse.

La primera patente para una turbina fue otorgada en 1791 a un ingles llamado John Barber. Incorporaba mucho de los elementos de una turbina de gas moderna, pero

usaban un compresor alternativo. Hay muchos otros ejemplos de turbina por varios inventores, pero no son consideradas verdaderas turbinas de gas porque utilizaban vapor en cierto punto del proceso.

En 1872, un hombre llamado Stolze diseño la primera turbina de gas. Incorporaba

una turbina de varias etapas y compresión en varias etapas con flujo axial probo sus modelos funcionales en los años 1900.

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En 1914 Charles Curtis aplico para la primera patente en los Estados Unidos para una turbina de gas. Esta fue otorgada pero genero mucha controversia. La Compañía

General Electric comenzó su división de turbinas de gas en 1903. Un Ingeniero llamado Stanford Moss dirigió la mayoría de los proyectos. Su desarrollo más notable fue el turbo supercargador. Este utilizaba los gases de escape de un motor

alternativo para mover una rueda de turbina que, a su vez, movía un compresor centrífugo utilizado para supercargar.

Este elemento hizo posible construir las primeras turbinas de gas confiables. En los años 30, tantos británicos como alemanes diseñaron turbinas de gas para la

propulsión de aviones. Los alemanes alcanzaron a diseñar aviones de propulsión a chorro y lograron utilizarlos en la 2° guerra mundial.

La primera turbina de gas para una planta generadora de energía eléctrica fue instalada en 1949 en Oklahoma como parte de una planta de energía de ciclo

combinado. Fue construida por la General Electric y producía 3.5 MW de potencia. Las turbinas

de gas instaladas hasta mediados de 1970 sufrían de baja eficiencia y escasa confiabilidad. En el pasado, la generación de potencia eléctrica para carga base estaba dominada por grandes plantas generadoras a carbón y nucleares. Sin embargo,

ha habido un cambio histórico hacia las turbinas de gas impulsadas por gas natural debido a sus mayores eficiencias, menores costos de capital, tiempos más cortos de

instalación y mejores características de emisiones, y por la abundancia de suministro de gas natural; mas y mas empresas productoras de energía eléctrica están empleando turbinas de gas para producción de potencia base así como picos.

Una turbina de gas fabricada por General Electric al principio de 1990 tenía una

razón de presiones de 13.5 y generaba 135.7 MW de potencia neta con una eficiencia térmica de 33 % en operación de ciclo sencillo. Una turbina de gas fabricada mas reciente por General Electric utiliza una temperatura de entrada a la turbina de

1425 y produce hasta 282 MW mientras logra una eficiencia térmica de 39.5 % en

modo de ciclo sencillo.

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1.2 CONCEPTOS BÁSICOS

Una turbina de gas simple está compuesta de tres secciones principales: un

compresor, un quemador y una turbina de potencia. Las turbinas de gas operan en base en el principio del ciclo Brayton, en donde aire comprimido es mezclado con

combustible y quemado bajo condiciones de presión constante. El gas caliente producido por la combustión se le permite expandirse a través de la turbina y hacerla girar para llevar a cabo trabajo. En una turbina de gas con una eficiencia del 33%,

aproximadamente 2/3 del trabajo producido se usa comprimiendo el aire. El otro 1/3 está disponible para generar electricidad, impulsar un dispositivo mecánico, etc.

Una variación del sistema de turbina simple (Brayton) es el de añadir un regenerador. El regenerador es un intercambiador de calor que aprovecha la energía de los gases

calientes de escape al precalentar el aire que entra a la cámara de combustión. Este ciclo normalmente es utilizado en turbinas que trabajan con bajas presiones.

Ejemplos de turbinas que usan este ciclo son: la Solar Centaur de 3500 hp hasta la General Electric Frame 5 de 35000 hp.

Las turbinas de gas con altas presiones de trabajo pueden utilizar un interenfriador para enfriar el aire ente las etapas de compresión, permitiendo quemar más

combustible y generar más potencia. El factor limitante para la cantidad de combustible utilizado es la temperatura de los gases calientes creados por la combustión, debido a que existen restricciones a las temperaturas que pueden

soportar los alabes de la turbina y otras partes de la misma. Con los avances en la Ingeniería de los materiales, estos límites siempre van aumentando. Una turbina de

este tipo es la General Electric LM1600 versión marina. Existen también turbinas de gas con varias etapas de combustión y expansión y otras

con interenfriador y regenerador en el mismo ciclo. Estos ciclos los podemos ver a continuación:

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CAPÍTULO II

3.1 TIPOS DE TURBINAS A GAS

Las turbinas de gas son equipos capaces de transformar la energía química contenida

en un combustible en energía mecánica, ya sea para su aprovechamiento energético o como fuerza de impulso de aviones, automóviles o barcos.

Clasificación de las turbinas a gas:

Las turbinas a gas, al igual que las turbinas a vapor, se clasifican en:

a) Turbinas a gas de acción

b) Turbinas a gas de reacción

En las turbinas de acción la caída total de presión de los gases de combustión se produce en las toberas que están ubicadas antes del los estadios móviles y fijos de la

misma. De esta manera se produce una transformación de energía de presión a energía de

velocidad (energía cinética) en los gases. La presión de los gases dentro de la turbina, estadios móviles y fijos, permanece constante.

En las turbinas de reacción, en cambio, la caída de presión de los gases de combustión se produce tanto en las toberas, como en los estadios móviles y fijos que

componen la misma. La presión de los gases dentro de la turbina, estadios móviles y fijos, va disminuyendo.

También las turbinas a gas se clasifican de acuerdo al número de estadios móviles, en cuyo caso pueden ser: a) Turbinas a gas mono etapa (un solo estadio móvil).

b) Turbinas a gas multi etapas (varios estadios móviles).

También pueden clasificarse según el origen de su desarrollo, por el diseño de su cámara de combustión y por su número de ejes.

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a) Turbina de gas aeroderivadas :

Provienen del diseño de turbinas de para fines aeronáuticos, pero adaptadas a la

producción de energía eléctrica en plantas industriales o como microturbinas. Sus principales características son su gran fiabilidad y su alta relación potencia/peso, además cuentan con una gran versatilidad de operación y su arranque no es una

operación tan crítica como en otros tipos de turbinas de gas.

Pueden alcanzar potencias de hasta 50 MW, moviendo los gases a una gran velocidad, pero bajo caudal. Su compacto diseño facilita las operaciones de sustitución y mantenimiento, lo que hace viable que se lleven acabo revisiones

completas en menores intervalos de tiempo.

b) Turbina de gas industriales:

La evolución de su diseño se ha orientado siempre a la producción de electricidad, buscándose grandes potencias y largos periodos de operación a máxima carga sin

paradas ni arranques continuos.

Su potencia de diseño puede llegar a los 500 MW, moviendo grandes cantidades de aire a bajas velocidades, que pueden aprovecharse en posteriores aplicaciones de cogeneración. Su mantenimiento debe realizarse in si- tu debido a su gran

tamaño y peso, buscándose alargar lo más posible en el tiempo las revisiones completas del equipo.

c) Turbina de cámara de combustión tipo silo:

En estos diseños la cámara aparece dispuesta sobre la parte superior de la turbina.

Los inyectores se instalan atravesando el techo superior de la cámara, y los gases de escape llegan a la turbina de expansión por una abertura inferior conectada a esta.

Su diseño no está muy expandido, y se restringe a turbinas de y otros

combustibles experimentales.

d) Turbina de cámara de combustión anular:

En este caso la cámara consiste en un cilindro orientado axialmente instalado alrededor del eje. Tiene un único tubo de llama y entre 15 y 20 inyectores. Consiguen una buena refrigeración de los gases de combustión y bajas perdidas de

carga, aunque su distribución de temperaturas y mezcla combustible/comburente es menos uniforme que en cámaras tubo anulares.

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e) Turbina de cámara de combustión tubo anular:

Una serie de tubos distribuidos alrededor del eje de forma uniforme conforman

este diseño de cámara de combustión. Cada una posee un único inyector y bujía. Tienen mejor resistencia estructural que las anulares, pero menor rendimiento y mayor peso. Además si una de ellas deja de funcionar y no es detectado, pueden

producirse grandes diferencias de temperaturas en la estructura.

La pieza de transición, que es la que recoge todos los gases de combustión para dirigirlos a la turbina de expansión, es una parte delicada de la instalación. Esta tecnología es utilizada en sus diseños por Mitshubishi y General Electric.

f) Turbina mono-eje:

El compresor, turbina de expansión y generador giran de forma solidaria con un

único eje de rotación. La velocidad de giro es en la inmensa mayoría de los casos de 3000 rpm, forzado por la frecuencia que debe tener el rotor del generador eléctrico al verter a la red general (50 Hz). Es el diseño usual en las grandes

turbinas comerciales de generación eléctrica.

g) Turbina multi-eje:

La turbina de expansión se encuentra dividida en 2 secciones, la primera o turbina de alta presión, se encuentra unida al compresor axial al que proporciona la

potencia necesaria para su funcionamiento. La segunda sección comparte eje con el generador, aprovechándose la energía transmitida en la generación de electricidad. Esta tecnología es utilizada en aeroderivadas y turbinas de pequeña

potencia, y ofrece un mejor comportamiento frente a variaciones de carga.

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3.2 PARTES DE UNA TURBINA A GAS

Las turbinas de gas pueden dividirse en cuatro partes principales:

Compresor

Cámara de combustión

Turbina de expansión

Carcasa

Además cuenta con una seria de sistemas auxiliares necesarios para su funcionamiento, como son la casa de filtros, cojinetes, sistema de lubricación, recinto

acústico, bancada, virador, etc. a) Compresor:

Su función consiste en comprimir el aire de admisión, hasta la presión indicada para cada turbina, para introducirla en la cámara de combustión. Su diseño es

principalmente axial y necesita un gran número de etapas, alrededor de 20 para una razón de compresión de 1:30, comparada con la turbina de expansión.

Su funcionamiento consiste en empujar el aires a través de cada etapa de alabes por un estrechamiento cada vez mayor, al trabajar en contra presión es un

proceso que consume mucha energía, llegando a significar hasta el 60% de la energía producida por la turbina. Para disminuir la potencia necesaria para este proceso, puede optarse por un

diseño que enfrié el aire en etapas intermedias, favoreciendo su compresión, aunque reduce la eficiencia de la turbina por la entrada mas fría del aire en la

cámara de combustión. El control de la admisión de aire en el compresor puede realizarse según dos

posibilidades.

Turbinas monoeje: El compresor siempre gira a la misma velocidad, que

viene dada por el generador, y por lo tanto absorbe la misma cantidad de aire.

El trabajo para comprimir ese aire es el mismo, tanto si trabajamos a carga

máxima como si trabajamos a cargas más bajas, y por lo tanto producimos

menos potencia. En este caso las primeras etapas diseñan con geometría

variable, dejando pasar más o menos aire según su posición relativa, y por lo

tanto consumiendo menos potencia.

Turbinas multie je: En este caso como la velocidad de giro del compresor es

independiente del generador, la velocidad de rotación del compresor puede

regularse para una admisión adecuada de aire para cada momento.

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b) Cámara de Combustión:

A pesar de los distintos tipos de cámaras de combustión todas ellas siguen un

diseño general similar. Cuanto mayor sea la temperatura de la combustión tanto mayor será la potencia que podamos desarrollar en nuestra turbina, es por ello

que el diseño de las cámaras de combustión está enfocado a soportar temperaturas máximas, superiores a los 1000 , mediante recubrimientos

cerámicos, pero a su vez evitar que el calor producido dañe otras partes de la turbina que no esta diseñadas para soportar tan altas temperaturas.

Están diseñadas mediante una doble cámara:

Cámara interior: Se produce la mezcla del combustible, mediante los

inyectores, y el comburente, que rodea y accede a esta mediante

distribuidores desde la cámara exterior en 3 fases. En la primera se da la

mezcla con el combustible y su combustión mediante una llama piloto, en el

paso posterior se introduce una mayor cantidad de aire para asegurar la

combustión completa, y por ultimo y antes de la salida de los gases a la

turbina de expansión se introduce el resto del aire comprimido para refrigerar

los gases de escape y que no dañen las estructuras y equipos posteriores.

Cámara exterior: Se ocupa de recoger el comburente, aire, proveniente del

compresor, hacerlo circular por el exterior de la cámara interior para refrigerar los

paneles cerámicos, y a su vez distribuir la entrada de aire a la cámara interior de

forma adecuada.

c) Turbina de Expansión:

Esta diseñada para aprovechar la velocidad de salida de los gases de combustión

y convertir su energía cinética en energía mecánica rotacional. Todas sus etapas son por lo tanto de reacción, y deben generar la suficiente energía para alimentar al compresor y la producción de energía eléctrica en el generador. Suele estar

compuesta por 4 o 5 etapas, cada una de ellas integrada por una corona de alabes con un adecuado diseño aerodinámico, que son los encargados de hacer girar el

rotor al que están unidos solidariamente. Además de estos, hay antes de cada etapa un conjunto de alabes fijos sujetos a la carcasa, y cuya misión es redireccionar el aire de salida de la cámara de combustión y de cada etapa en la

dirección adecuada hasta la siguiente.

Los alabes deben estar recubiertos por material cerámico para soportar las altas temperaturas, además, un flujo de aire refrigerador proveniente del compresor los atraviesa internamente, saliendo al exterior por pequeños orificios

practicados a lo largo de toda su superficie.

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d) Carcasa:

La carcasa protege y aisla el interior de la turbina pudiéndose dividir en 3

secciones longitudinales: Carcasa del compresor: Esta compuesta por una única capa para soporte de

los alabes fijos y para conducción del aire de refrigeración a etapas

posteriores de la turbina de gas.

Carcasa de la cámara de combustión: Tiene múltiples capas, para

protección térmica, mecánica y distribución de aire para las 3 fases en que se

introduce el aire en la combustión.

Carcasa de la turbina de expansión: Cuenta al menos con 2 capas, una

interna de sujeción de los alabes fijos y otra externa para la distribución del

aire de refrigeración por el interior de los alabes. Debe también de proveer

protección térmica frente al exterior.

e) Otros Componentes:

Cojinetes: Pueden ser radiales o axiales, según sujeten el desplazamiento

axial o el provocado por el giro del eje. En ambos casos la zona de contacto

esta revestida por un material especial antifricción llamado material Babbit, el

cual se encuentra su vez lubricado. En los cojinetes axiales el contacto se

realiza en un disco anillado al eje y se montan con un sensor de

desplazamiento longitudinal, y en los radiales el contacto es directamente

sobre el eje y se utilizan 2 sensores de desplazamiento montados en ángulo

para detectar vibraciones.

Sistema de lubricación: Puede contener hasta 10.000 litros de aceite en

grandes turbinas de generación eléctrica, su misión es tanto el refrigerar como

mantener una película de aceite entre los mecanismos en contacto. El sistema

de lubricación suele contar con una bomba mecánica unida al eje de rotación,

otra eléctrica y otra de emergencia, aunque en grandes turbinas desaparece la

turbina mecánica por una turbina eléctrica extra. Entre sus componentes

principales están el sistema de filtros, el extractor de vahos inflamables,

refrigerador, termostato, sensor de nivel, presostato,etc.

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CAPÍTULO III

4.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UNA TURBINA A GAS

Una turbina de gas simple está compuesta de tres secciones principales: un compresor, un quemador y una turbina de potencia. Las turbinas de gas operan en base en el principio del ciclo Brayton, en donde aire comprimido es mezclado con

combustible y quemado bajo condiciones de presión constante. El gas caliente producido por la combustión se le permite expandirse a través de la turbina y hacerla

girar para llevar a cabo trabajo. En una turbina de gas con una eficiencia del 33%, aproximadamente 2/3 del trabajo producido se usa comprimiendo el aire. El otro 1/3 está disponible para generar electricidad, impulsar un dispositivo mecánico, etc.

Las turbinas a gas son maquinas térmicas rotativas de combustión interna a flujo

continuo cuyo esquema se representa en la Fig. 1.

El principio de funcionamiento de la turbina a gas de un solo eje, de acuerdo al esquema de la Fig. 1 es el siguiente:

1. El aire ingresa al compresor axial en el punto (1) a las condiciones ambientes, previo a haber pasado por un filtro con el fin de retener las partículas de polvo u

otras partículas contenidas en el aire ambiente.

Dado que los parámetros ambientales varían durante el día e incluso varían

también en función de la ubicación geográfica, es conveniente considerar condiciones estándar.

Las condiciones estándar utilizadas en la industria son las condiciones ISO que establecen una temperatura de 15 y una presión de 1 kg/cm2.

FIGURA 01

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En el compresor axial el aire es comprimido hasta la presión de combustión, o máxima presión del ciclo, sin aporte de calor del medio y como consecuencia de

ello la temperatura del aire se incrementa debido a la compresión del mismo. El caudal másico de aire aspirado es siempre mayor al necesario para producir la oxidación del combustible en la cámara de combustión.

Este exceso, del orden de 6 a 7 veces es debido a:

a) La necesidad de lograr una adecuada refrigeración de las partes calientes de la maquina (cámara de combustión, conductos de transición, estadios de toberas fijas, ruedas de alabes móviles y conductos de escape)

b) La necesidad de disminuir la temperatura de los gases de combustión desde que se forman en la cámara de combustión hasta que estos ingresan en el primer

estadio de alabes. Dicho exceso de aire es lo que obliga al compresor axial a tener un gran tamaño y en consecuencia a absorber la mayor parte de la potencia entregada por la turbina,

del orden de las 3/4 partes de la misma.

2. Una vez que el aire sale del compresor parte de el ingresa a la cámara de combustión tal como se indica en el punto (2) de la Fig. 1, donde el combustible es inyectado produciéndose de esta manera la combustión del mismo, dando lugar

al aporte de calor (Q) del medio a la maquina térmica. El proceso de combustión se realiza a presión constante alcanzando muy altas

temperaturas lo que da lugar a que se deba ingresar a la cámara de combustión aire de dilución a fin de disminuir la temperatura de los gases y aire de refrigeración para refrigerar el material del tubo de llama ubicado en el interior de

la misma. El caudal másico de gases formados será igual a la suma del caudal de aire

ingresado a la cámara de combustión más el caudal de combustible inyectado a la misma.

3. Los gases de combustión así enfriados a una temperatura aproximada a los 1.200 ingresan al primer estadio de alabes fijos, o toberas, de la turbina como

se indica en el punto (3) del esquema.

La energía de presión de los gases de combustión es convertida en trabajo. Esta conversión se realiza en dos etapas:

a) En las toberas de la turbina los gases son expandidos y de esta manera la

energía de presión de los mismos es transformada en energía cinética. (Caso de

las turbinas de acción) b) Luego en los estadios (etapas) de alabes móviles de la turbina la energía

cinética es convertida en energía mecánica (trabajo mecánico).

4. El ciclo finaliza cuando los gases de combustión después de expandirse en la

turbina abandonan la misma y son expulsados a la atmosfera, tal como se indica en el punto (4) del esquema.

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CAPÍTULO IV

5.1 VENTAJAS DE LA TURBINA A GAS

a) Muy buena relación potencia vs. peso y tamaño.

b) Bajo costo de instalación.

c) Rápida puesta en servicio.

d) Es una maquina rotante (no tiene movimientos complejos como son los

movimientos roto alternativos de los motores de combustión interna).

e) Al ser una maquina rotante el equilibrado de la misma es prácticamente perfecto y

simple, a diferencia de maquinas con movimiento alternativos.

f) Menos piezas en movimiento (comparado con los motores de combustión

interna).

g) Menores perdidas por rozamiento al tener menores piezas en movimiento.

h) Sistema de lubricación mas simple por lo expresado anteriormente.

i) Bajas presiones de trabajo (es la maquina térmica que funciona a más baja

presiones).

j) El proceso de combustión es continuo y se realiza a presión constante en la

cámara de combustión (diferente a los motores de combustión interna).

k) Pocos elementos componentes: compresor, cámara/s de combustión y turbina

propiamente dicha.

l) No necesitan agua (diferente a las turbinas a vapor que requieren de un

condensador).

m) Permiten emplear diferentes tipos de combustibles como kerosene, gasoil, gas

natural, carbón pulverizado, siempre que los gases de combustión no corroan los

alabes o se depositen en ellos.

n) El par motor es uniforme y continuo.

5.2 DESVENTAJAS DE LA TURBINA A GAS

Bajo rendimiento térmico (alto consumo específico de combustible) debido a: 1. Alta perdida de calor al ambiente que se traduce por la alta temperatura de salida

de los gases de escape por chimenea, entre 495oC a 560 .

2. Gran parte de la potencia generada por la turbina es demandada por el compresor

axial, en el orden de las 3⁄4 partes, o sea un 75% de la potencia total de la turbina.

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CAPÍTULO V

5.1 PUESTA EN MARCHA DE LA TURBINA A GAS

La puesta en marcha de una turbina a gas comprende una serie de secuencias

programadas, entre las cuales podemos mencionar las más importantes en orden de cómo se van realizando:

1) Se pone en funcionamiento el sistema de lubricación a través de la bomba auxiliar de aceite, la cual es energizada mediante corriente alterna disponible de la red..

2) Una vez alcanzada la presión adecuada de aceite, se pone en marcha el motor de

arranque o también llamado motor de lanzamiento, el cual puede ser

indistintamente y según los casos un motor DIESEL, un motor eléctrico de rotor bobinado, o una pequeña turbina a vapor. El eje de salida del motor se encuentra

acoplado al embrague hidráulico. 3) Estabilizadas las temperaturas del motor de lanzamiento, se activa el acoplamiento

mecánico, vinculando de esta manera el eje del motor con el eje del paquete compresor – turbina – generador eléctrico, a través del embrague hidráulico.

4) Se pone en marcha el virador, el cual saca del reposo a la masa rotante haciéndola

girar a aproximadamente 3 a 5 rpm.

5) Confirmado que el rotor esta en lenta rotación y que el acoplamiento ha sido

establecido, se inicia la etapa de aceleración del motor de lanzamiento, que en el caso de que este fuera un motor eléctrico de rotor bobinado se van desconectando las resistencias retoricas con lo cual se incrementa el número de vueltas del

mismo. 6) A medida que aumenta el número de vueltas del motor de lanzamiento, aumenta

también el de la maquina y generador gracias al ya mencionado embrague hidráulico.

Esta situación se mantiene hasta que todo el conjunto alcanza aproximadamente la mitad del número de vueltas de régimen de la turbina.

7) Cuando se alcanza este estado de giro se habilita el ingreso de combustible a los inyectores ubicados en las cámaras de combustión y paralelamente se energiza la

bujía de encendido, produciéndose la combustión del combustible. 8) La turbina se acelera, arrastrada por el motor de lanzamiento y por los gases de

combustión producidos.

9) Cuando el número de vueltas de la turbina supera el del motor de lanzamiento, este se desacopla automáticamente.

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10) La turbina continua el proceso de aceleración por si sola gracias ahora a los gases de combustión hasta alcanzar el numero de vueltas de régimen.

11) Cuando se alcanza el estado de régimen se transfiere el proceso de lubricación a

la bomba principal de aceite, saliendo de servicio la bomba auxiliar.

12) En estas condiciones el generador entra en paralelo con la red y empieza a tomar

carga hasta llegar a entregar la potencia efectiva del mismo. 13) Esta operación se realiza por medio del regulador de velocidad que actúa sobre la

bomba de combustible. El caudal de combustible depende de la presión de inyección.

5.2 PARADA DE UNA TURBINA A GAS

Las principales secuencias para sacar de servicio una turbina a gas que acciona un generador eléctrico son las siguientes:

1) Se empieza a bajar potencia eléctrica en el generador actuando sobre la válvula de

regulación de combustible hasta reducir la potencia a cero.

2) Se saca de paralelo el generador eléctrico.

3) Se pone en marcha la bomba auxiliar de aceite.

4) Se corta el suministro de combustible con lo cual empieza el periodo de desaceleración del grupo.

5) Cuando el número de vueltas ha bajado a aproximadamente 3 a 5 rpm. entra en funcionamiento el virador.

Este dispositivo está constituido por un motor eléctrico y un reductor de velocidad con lo cual se alcanza un elevado par torsor, suficiente para hacer girar al grupo

una vez que este se ha detenido. El proceso de giro por acción del virador se realiza a fin de permitir un

enfriamiento uniforme del rotor de la turbina, evitando con ello que este se deforme por diferencia de temperaturas dentro del estator de la maquina.

Esta parte de la detención de la maquina es muy importante dado que si esta se detiene, al tener su rotor a alta temperatura, se produce una zona caliente en la

parte superior del eje del rotor, lo cual da lugar a que este se tuerza con una convexidad hacia arriba.

6) Se detiene el virador cuando la temperatura en el interior de la turbina es muy próxima a la temperatura ambiente.

7) Se detiene la bomba auxiliar de aceite.

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BIBLIOGRAFÍA

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Turbinas a Gas. Página de Internet: http://www.gunt.de/

C. S., Tarifa. Motores de Reacción y Turbinas a Gas. Madrid: Imprenta Del

Intituto Nacional De Técnica Aeronáutica 1951,537 páginas.

HUERTOS CASTELLANOS, DANIEL(2011).MANTENIMIENTO

PREDICTIVO DE TURBINAS DE GAS. PROYECTO FIN DE CARRERA.