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Facultad de ingeniera elctrica, mecnica y minas Carrera profesional de ingeniera elctrica Curso MAQUINAS TERMICASFUNCIONAMIENTO DE UNA TURBINA A GASNombre:

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Concepto.- Una turbina de gas es una turbo mquina destinada a la generacin de energa elctrica o trabajo en las plantas trmicas o en las de cogeneracin, as como en los campos aeronuticos y martimos Es una maquina donde esta se representa por un compresor, una cmara de combustin y una turbina

TURBINA A GASFundamento teoricoLas turbinas de gas han sufrido un fuerte desarrollo desde que en 1939 se exhibiera en Suiza el primer modelo de turbina industrial para la generacin de energa elctrica. La aparicin de las centrales trmicas de ciclo combinado y la exigencia de mayores potencias, mayores rendimientos, mayor disponibilidad y mayor fiabilidad han hecho de la turbina de gas uno de los equipos en los que se centra una buena parte de la investigacin para generacin de energa a partir de combustibles fsiles. Adems, la posibilidad de hibridacin con energas renovables (solar trmica) y nuevos ciclos basados en el Hidrgeno o el Helio hacen pensar que el desarrollo de las turbinas de gas continuar a un ritmo creciente los prximos aos

Una turbina de gas es un motor trmico rotativo de combustin interna, donde a partir de la energa aportada por un combustible se produce energa mecnica y se genera una importante cantidad de calor en forma de gases calientes y con un alto porcentaje de oxgeno. Las turbinas de gas operan en base en el principio del ciclo Brayton donde el rendimiento aumenta con la relacin de presin FUNCIONAMIENTO DE UNA TURBINA A GAS

Ciclo de braytontambin conocido como ciclo Joule o ciclo Fraude, es un ciclo termodinmico consistente, en su forma ms sencilla, en una etapa de compresin adiabtica, una etapa de calentamiento isobrico y una expansin adiabtica de un fluido termodinmico compresible. Es uno de los ciclos termodinmicos de ms amplia aplicacin, al ser la base del motor de turbina a gas, por lo que el producto del ciclo puede ir desde un trabajo mecnico que se emplee para la produccin de electricidad en los quemadores de gas natural o algn otro aprovechamiento

DIAGRAMAS DE FUNCIONAMIENTO

Componentes de una turbina a gasCompresor La funcin del compresor es elevar la presin del aire de combustin (una vez filtrado) antes que entre en la cmara de combustin, en una relacin que vara segn la turbina pero que normalmente est comprendida entre 10:1 y 40:1. Esta compresin se realiza en varias etapas y consume aproximadamente las 2/3 partes del trabajo producido por la turbina .8Cmara de CombustinEl calor se introduce en las turbinas de gas a travs de la cmara de combustin. Esta cmara recibe el aire comprimido proveniente del compresor y lo enva a una elevada temperatura hacia la turbina expansora, idealmente sin prdida de presin. Tres tipos posibles: ANULAR, TUBO ANULAR, SILO- CAMARA DE COMBUSTION ANULAR es la solucin adoptada principalmente por Alstom y Siemens para sus turbinas industriales, y en general, es la que suelen implementar la prctica total de las turbinas aeroderivadas.Esta disposicin supone que exista una nica cmara en forma de anillo que rodea al eje del compresor-turbina; dicha cmara consta de un solo tubo de llama, y una serie de inyectores o quemadores,

Cmara tipo anular

Cmara tipo tubo-anularCAMARA DE COMBUSTION TUBO ANULAR estn formadas por grupos de cmaras tubulares que se montan en el interior de un cilindro.En este tipo de cmara de combustin se requiere una mayor cantidad de aire de refrigeracin que en las tubulares y las anulares ya que la superficie del quemador es mayor.El flujo de gases en estos equipos es ms estable que en las anulares debido a que cada zona del anillo tiene su propia tobera.CAMARA DE COMBUSTION TIPO SILOtienen la cmara de combustin fuera del eje que une la turbina y el compresor, puesto en la parte superior, los inyectores se instalan atravesando el techo superior de la cmara, y los gases de escape llegan a la turbina de expansin por una abertura inferior conectada a sta, son turbinas que por ahora se utilizan para combustibles experimentales como elhidrgeno.

Turbina En la turbina es donde tiene lugar la conversin de la energa contenida en los gases de combustin, en forma de presin y temperatura elevada (entalpa), a potencia mecnica (en forma de rotacin de un eje). Como se ha indicado antes, una parte importante de esta potencia es absorbida directamente por el compresor. Los gases, que entran a la turbina a una temperatura de 1200-1400C y una presin de 10 a 30 bar., salen a unos 450-600C. Esa alta temperatura hace que la energa que contienen pueda ser aprovechada bien para mejorar el rendimiento de la turbina (con un sistema conocido como REGENERACIN,

Regeneracion que consiste en utilizar estos gases para calentar adicionalmente la mezcla en la cmara de combustin) o bien, como es ms habitual, para generar vapor en una caldera de recuperacin. Ese vapor posteriormente se introduce en una turbina de vapor consiguindose un aumento del rendimiento global igual o incluso superior al 55% (el rendimiento de la turbina de gas es de 30-35%).Ventajas de una turbina a gas

a) Muy buena relacin potencia vs. peso y tamao. b) Bajo costo de instalacin. c) Es una mquina rotante (no tiene movimientos complejos como son los movimientos roto alternativos de los motores de combustin interna). d) Al ser una mquina rotante el equilibrado de la misma es prcticamente perfecto y simple, a diferencia de mquinas con movimiento alternativos. f) Menores prdidas por rozamiento al tener menores piezas en movimiento. g) Sistema de lubricacin ms simple por lo expresado anteriormente. h)Bajas presiones de trabajo (es la mquina trmica que funciona a ms baja presiones). DESVENTAJAS Bajo rendimiento Bajas presiones de trabajo Consumo de carburante elevado Se adapta mal a las potencias bajas Ruidoso por la velocidad de los gases Regmenes a menudo demasiado elevadoAlta prdida de calor al ambiente que se traduce por la alta temperatura de salida de los gases de escape por chimenea, entre 495C a 560 C Gran parte de la potencia generada por la turbina es demandada por el compresor axial, en el orden de las partes, o sea un 75% de la potencia total de la turbina.