REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA
UNEFA - LARA
INTEGRANTES
Jorge Oviedo
Merlín Álvarez
Wilferson Colmenarez
INTRODUCCIÓN
Una turbina de gas es una turbómaquina térmica
motora accionada por la expansión de los gases
calientes. Esta destinada a la generación de energía
eléctrica o trabajo en las plantas térmicas o en las de
cogeneración, así como en los campos aeronáuticos y
marítimos.
Las primeras turbinas de gas con éxito comercial
fueron las que se diseñaron para aplicaciones de
aviación 1930 F Whittle, 1936 Hans Von Ohian, aunque
fue durante la segunda guerra mundial cuando se
desarrollo definitivamente la tecnología.
principales componentes
Cámara de Combustión
Compresor
Turbina de Potencia
COMPRESOR
Su función consiste en comprimir el aire de admisión,
hasta la presión indicada para la 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. Para
disminuir la potencia necesaria
para este proceso, puede
optarse por un diseño que
enfríe el aire en etapas
intermedias, favoreciendo su
compresión; aunque reduce la
eficiencia de la turbina por la
entrada más fría del aire en la
cámara de combustión.
FILTROS
Filtros de superficie: Estos
presentan la capacidad de filtrar
partículas de menor diámetro (<1μm).
A diferencia de los filtros de fibra en
los cuales las partículas quedaban
atrapadas en su interior, en estos
filtros las impurezas quedan
depositadas sobre la superficie del
mismo, por lo que se requiere
velocidades de paso del aire muy
bajas. La formación de una capa de
polvo en la superficie, afecta
positivamente, puesto que reduce el
diámetro de las partículas que
pueden entrar. Cuando se detecta
una caída de presión excesiva en la
entrada se puede limpiar y reutilizar.
CÁMARA DE COMBUSTIÓN
Es el lugar donde se
inyecta combustible, se
mezcla con el aire
comburente procedente del
compresor y se provoca la
combustión. Este proceso es
continuo y se realiza en
condiciones de presión y
temperaturas elevadas.
Su diseño está enfocado a soportar temperaturas
máximas, superiores a los 1000 ºC, mediante recubrimientos
cerámicos, pero a su vez evitar que el calor producido dañe
otras partes de la turbina que no está diseñadas para
soportar tan altas temperaturas, esto se hace mediante el
diseño de una doble cámara la cual es:
Cámara interior: Se produce la
mezcla del combustible, mediante
los inyectores, y el comburente,
que lo rodea y accede a ésta
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 último 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.
Cámara
exterior
Formas de situar la cámaras de combustión
Disposición tubular: el aire procedente del compresor se divide en
una serie de corrientes separados, cada una de las cuales alimenta a
una cámara de combustión. Estas cámaras se encuentran espaciadas
alrededor del eje del que une el compresor y la turbina y esta
alimentado por su propio chorro de combustible que procede de una
línea de alimentación común.
Disposición anular: existe una única
cámara que rodea el eje del rotor, de esta
manera se aprovecha al máximo el
espacio existente entre el compresor y la
turbina, teniendo por ello menores
pérdidas de carga. Sin embargo la
distribución de combustible es menos
homogénea y estructuralmente es más
débil.
Disposición tubo-anular: es una
combinación de las dos anteriores, la
cámara misma es anular, mientras que
los tubos de llamas son individuales.
TURBINA DE EXPANSIÓN
TURBINA DE EXPANSIÓN
Está 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.
TURBINA DE EXPANSIÓN
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. Además con un conjunto
de alabes fijos sujetos a la
carcasa, y cuya misión es
redireccionar el aire de salida de
la cámara de combustión.
TURBINA DE EXPANSIÓN
TURBINA DE EXPANSIÓN
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.
LOS MODOS DE APERACIÓN DE
LA TURBINA DE GAS.
Ciclo Simple o abierto:
En este ciclo los
gases son liberados a
la atmósfera después
del proceso de
expansión en la
turbina. Con
condiciones de
temperatura diferentes
en la salida con
respecto a la entrada.
Ciclo Simple o abierto:
Los modos de operación de la
Turbina de gas
Ciclo con Regeneración:
Es cuando el calor producido por la combustión y que luego
pasa por la turbina, no es expulsado directamente a la
atmósfera sino; que es utilizado para precalentar el aire a la
entrada de cámara de combustión, en este caso se dice que
se realiza un intercambio de calor.
Los modos de operación de la
Turbina de gas
Ciclo Combinado
En este se combinan, los
ciclo Brayton con el ciclo
Rankine mediante recuperación
de calor. El cual utiliza el calor
producido por la turbina de gas,
para hacer mover una segunda
turbina, mediante le
evaporación de un fluido; en
otras palabras, combina las
turbinas de vapor con las
turbinas de gas, para así
alcanzar un mayor rendimiento
del combustible utilizado.
CARACTERÍSTICAS:
Ciclo Combinado
• Estos Ciclos constan de un generador de gas
(separado mecánicamente) unido dinámicamente a
través del fluido.
• Permite que las turbinas operen a distintas
velocidades y poder obtener la mejor eficiencia.
• Utilizados generalmente para accionar compresores
de gas o bombas.
CARACTERÍSTICAS:
Ciclo Combinado
El ciclo esta formado por la
sucesión de cuatro procesos:
Comprensión isentrópica: entre los puntos 1 y2s.
este proceso se realiza en un compresor, supuestamente
ideal.
Aporte de calor: este
se produce en la cámara
de combustión y se trata,
salvo pérdidas, de un
proceso a presión
constante. En el diagrama
queda indicado por la
línea de presión
constante entre los
puntos 2s y el punto 3.
Expansión isotropita: se realiza en una turbina
de gas. Esta expansión se produce entre los
puntos 3 y 4s del diagrama.
Cesión de calor: al
ser un ciclo abierto, la
cesión de calor se realiza
con la expulsión de los
gases a la salida de la
expansión de la turbina. El
punto 4s y el punto 1 se
encuentran a presión
ambiente si se trata de un
ciclo abierto atmosférico
ideal.
CARACTERÍSTICAS:
Ventajas
• Gran gama de
aplicaciones.
• Alto nivel operativo, de
entre 100.000 – 120.000
horas.
• Pocas intensidades de
mantenimiento.
• Sencilla recuperación
de calor.
Desventajas
•No admite variación de
carga.
•Mantenimiento costoso
•Alimentación de gas
natural a alta presión.
Referencias
Referencias
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