Turbina

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MEMORIAS DEL 14 CONGRESO INTERNACIONAL ANUAL DE LA SOMIM

17 al 19 DE SEPTIEMBRE, 2008 PUEBLA, MEXICO

CÁMARA DE COMBUSTIÓN PARA UNA MICROTURBINA

Carlos Rodolfo Díaz Díaz, Dr. Juan Carlos Jauregui Correa

Centro de Tecnología Avanzada, CIATEQ A.C.

Av. Manantiales No. 23-A, Parq. Ind. Bernardo Quintana, C.P. 76245, El Marqués, Qro., México

Teléfono (442) 196 1500 ext. 4227. Fax: (442) 196 1500 ext.: 4105

carlos.diaz@ciateq.mx, jcjaur@ciateq.mx

RESUMEN

El presente trabajo muestra las bases de diseño para una cámara de combustión de una “microturbina” d gas

(con potencia de 100kW), el cual trabaja bajo el concepto de flujo en remolino. Esta cámara tiene la

diferencia con respecto a las cámaras típicas que tiene una forma de construcción más simple, por lo que se

presume ser menos costosa en su fabricación. En este trabajo se muestran análisis de comparación entr una

cámara típica tipo aeroderivada (de flujo axial), y la cámara de remolino, aquí propuesta. El análisis de

comparación consiste en simulaciones numéricas hechas en el programa de ANSYS-FLOTRAN-CFD y

ANSYS-CFX en condiciones de diseño bajo un marco t órico.

ABSTRACT

This work shows the basis for the design of combustion chambers for “micro” gasturbines (up to 100kW),

which its concept is the swirl flow. The feature of thiscombustion chamber is that has a simpler geom try than

the typical combustors(with axial flow), which may be in a lower costs for manufacturing. This work

showsthe comparison analysis betw n the typical concept and the proposed concept.The comparison analysis

consist in numerical simulations with the FEA software(ANSYS-FLOTRAN-CFD) under design conditions

and teorical frame, which isapplied for the design of any Combustion Chamber.

1. INTRODUCCIÓN:

Las turbinas han trabajado con los combustibles tradicionales que generalmente son el diesel, kerosena,

turbosina y gas natural. Sin embargo estos combustibles están en vías de desaparecer y por consiguiente el

uso de estas máquinas para la generación de potencia. El desarrollo de nuevas turbinas que trabajen con otro

tipo de combustibles alternativos, como el alcohol, bio-diesel, Gas LP y que pueda aún seguir usando los

combustibles tradicionales hará a las turbinas más viables para diferentes usuarios.

Con estos combustibles la turbina puede ser viable para varios consumidores: Ingenios de Azúcar,

Plataformas, Refinerías, Industria petroquímica, c ntros comerciales, constructoras, etc.

En México la producción y reparación de cámaras de combustión es casi nula, y solo se limita a la reparación

de algunas cámaras de combustión.

Sin embargo, la construcción de una cámara de combustión debido a los requisitos que más adelante se

detallan hace que sus piezas sean costosas para su fabricación.

Como ejemplo una cámara de combustión de lata típica de una turbina de gas puede alcanzar precios de hasta

$2 millones de pesos, y más aun las que son aeroderivadas.

ISBN 978-968-9773-03-8 Derechos Reservados © 2008, SOMIM

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MEMORIAS DEL 14 CONGRESO INTERNACIONAL ANUAL DE LA SOMIM

17 al 19 DE SEPTIEMBRE, 2008 PUEBLA, MEXICO

Figura 1. Cámara anular aeroderivada de un turborreactor Rolls Royce RB211.

Una de las razones es que para la construcción de una cámara convencional generalmente requiere de una

superficie intermedia de metal, el cual estará expuesta a altas temperaturas que pueden llegar hasta los

2000°C, entonces su material debe ser muy resistente al calor, sin amargo también esta superficie

generalmente es delgada, por lo que su construcción requiere de técnicas como la pulvimetalurgia, soldadura

por difusión, tratamientos térmicos, etc. Que encarecen su construcción.

Como alternativa a esta solución en el presente trabajo se presenta el Diseño Conceptual de una Cámara de

Combustión para una Microturbina de 100 kW como máximo, que podría resultar más barato en su

construcción que una cámara tradicional.

Para este ejercicio el diseño parte de una supuesta microturbina con una eficiencia aerodinámica igual que la

de un turbocargador diesel marca Garret de Honeywell A/R de 0.50.

El turbocargador es usualmente usado para incrementar la potencia del motor de combustión interna

incrementando la masa de aire, logrando una combustión más completa y por consiguiente mayor potencia.

ISBN 978-968-9773-03-8

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