Ingenieria

TURBINAS DE GAS

Una turbina de gas es una turbo máquina 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

TIPOS DE TURBINAS DE GAS

Las instalaciones de turbinas de gas peden ser abiertas o cerradas. En las de tipo abierto, los productos de la combustión fluyen a través de la turbina junto con la corriente de aire. Para diluir los productos de la combustión hasta una temperatura que pueda resistir el rodete de la turbina (649 - 982)ºC, es necesario un elevado porcentaje de aire. Este diseño ofrece las ventajas de requerir un control simple y poseer un sistema hermético. Puede diseñarse par. En las instalaciones de tipo cerrado, los productos de la combustión no pasan a través de las turbinas, sino por un intercambiador de calor. Los gases que atraviesan la turbina trabajan en circuito cerrado y sucesivamente se comprimen, calientan, expansionan, y enfrían. Las instalaciones cerradas permiten quemar cualquier tipo de combustible en el combustor. Sin embargo, se necesita un intercambiador de calor. Este tipo de instalaciones esta limitado a las turbinas estacionarias.

PARTES

Una turbina de gas consta básicamente de un compresor de aire, una cámara de combustión o combustor, la turbina y, para mejorar el rendimiento, un regenerador.

 El compresor: Esta ubicado en la sección frontal de la turbina y es el elemento por el cual se introduce en forma forzada el aire desde el exterior. Esta pieza, por la disposición de sus aletas, permite que el flujo sea "aspirado" hacia el interior de la turbina. Es de flujo axial para grandes turbinas por su elevado rendimiento y capacidad. Para pequeñas turbinas se han usado con éxito compresores centrífugos.

 La cámara de combustión o combustor: Se fabrican de tipo cilíndrico (can type) o en forma de anillo (annular type). Debe llevar el gas a temperatura uniforme con mínimas diferencias de presión. Generalmente se fabrican metálicos y se enfrían con el aire entrante, pero también se están construyendo de cerámica, para lograr una mayor eficiencia térmica.

 Los regeneradores: Transmiten el calor de los gases de escape del aire de los compresores. Aumentan rendimiento pero también volumen, peso y costo. Debido a su gran tamaño, no son aconsejables para la industria aeronáutica

 Las turbinas: Son casi siempre de flujo axial (axial flow), excepto algunas de pequeñas dimensiones que son de flujo radial (radial flow) dirigido hacia el centro.

 La tobera del escape: Para favorecer el constante flujo del aire en el interior de la turbina y poder dirigir efectivamente el aire proveniente de su rueda, se utiliza un aditamento cónico. Esta tobera de escape aumenta considerablemente el empuje del motor.

 Accesorios: También posee varios dispositivos auxiliares tales como filtros, dispositivos de regulación de velocidad, de lubricación, de alimentación, del combustor y de puesta en marcha. Estos dispositivos dependen de las características de velocidad y de la relación peso / potencia.

FUNCIONAMIENTO

Corte de una turbina de gas pequeña.

Ignitor plug: Bujía de encendido.

Burner: Quemador

Exhaust: Exhosto

Turbine wheels: Ruedas de la turbina

Turbine nozzles: Toberas

Bearings: Cojinetes

Oil feed: Alimentación de combustible

Combustion chamber liner: Cámara de combustión (recubrimiento)

Oil return: Retorno.

Air scroll: Cámara de circulacián de aire

Starter motor: Iniciador

Fuel control: Control de combustible

Gearbox: Caja de velocidades

Air intake: Toma de aire

Compressor wheel: Rueda del compresor

Diffuser: Difusor

Se toma aire atmosférico a través de la admisión del compresor desde donde se envía aire comprimido a la cámara de combustión (en rojo en la figura) en la cual el combustible entra con un caudal constante y se mantiene en llama continua (Las flechas en el dibujo indican la dirección del flujo). La ignición inicial se obtiene generalmente por medio de una chispa (Dispositivo de puesta en marcha). El aire, calentado en la cámara de combustión o combustor, se expande a través de toberas o paletas fijas y adquiere una elevada velocidad. Parte de la energía cinética de la corriente de aire es cedida a los álabes o cangilones de la turbina. Una fracción de esta energía se emplea para accionar el compresor y el resto para producir trabajo.

En la operación de las turbinas de gas se presentan varias limitaciones de índole práctica, las cuales determinan gran parte de la actuación de esta clase de máquinas. Entre estas limitaciones merecen citarse la temperatura y velocidad de los álabes, el rendimiento del compresor, el rendimiento de la turbina y la transferencia de calor (en ciclos con regeneración.

COMBUSTIBLES:

El GAS NATURAL (una forma primordial del metano) es el combustible ideal para las turbinas de gas. Los aceites ligeros destilados forman un combustible apropiado. Los combustibles con azufre, sal o vanadio pueden provocar corrosión a menos que sean lavados con agua y se traten las superficies con aditivos anti-corrosivos. También se ha utilizado carbón pulverizado pero no se han obtenido resultados satisfactorios.

CICLOS

1-2 Compresión Isentrópica

2-3 Adición de energía a P constante

3-4 Expansión isentrópica

4-1 Cese de energía a P constante

Para este ciclo:

h = 1 - T2 / T1

= 1 - (V2 / V1) k-1

= 1 - 1 / ( p2 / P1 )1-1/h

P = Presión absoluta

T : Temperatura

V : Volúmenes

K : Cq, Cv. En este caso (aire) = 1.4

Planta Centro

CADAFE cuenta con una planta termoeléctrica ubicada en Morón, estado Carabobo, denominada Planta Centro, la cual está en operación desde 1978. Es el complejo termoeléctrico más grande de América Latina. Tiene una capacidad instalada de generación de 2.000 MW, a través de cinco unidades de 400 MW cada una. Es una estación térmica que utiliza agua, aire y combustible (fuel-oil) como materia prima.

Las cinco unidades fueron construidas originalmente para funcionar con fuel-oil, con el objeto de aprovechar la cercanía de la refinería El Palito. Su diseño y construcción estuvieron determinados por las necesidades de uso de combustible residual de la Refinería El Palito,

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