ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIERIA DE BILBAO EHU / UPV

Presentación del tema: "ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIERIA DE BILBAO EHU / UPV"— Transcripción de la presentación:

1 ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIERIA DE BILBAO EHU / UPV
Estudio y diseño de turbinas de gas Luis Del Portillo Valdés Profesor del Departamento de Máquinas y Motores Térmicos de la Euskal Herriko Unibertsitatea Escuela de Ingenieros Técnicos de Minas y Obras Públicas de Barakaldo (Bizkaia) Agradecimiento a la Escola Superior de Tecnología e Gestao del Instituto Politécnico de Portalegre. Dificultades idiómaticas intentaré hablar despacio Al final de cada sesión me gustaría abrir un pequeño debate sobre el tema Pido, por favor, hablar despacio para que pueda entender Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

2 Instalaciones de turbina de gas.
Contenido Instalaciones de turbina de gas. Análisis de los procesos termodinámicos. Conceptos básicos para el análisis de turbinas de gas. Instalación de turbina de gas. Turbina como máquina térmica. Análisis mediante el software Turgas Instalaciones de turbina de gas. (Martes a la mañana). Diapositivas 3-4 Análisis de los procesos termodinámicos.(Martes a la mañana). Diapositivas 5-11 Conceptos básicos para el análisis de turbinas de gas. Diapositivas 11-29 Instalación de turbina de gas.(Martes a la tarde y miércoles a la mañana). Diapositivas ejemplo Excel. Turbina como máquina térmica.(Miércoles a la tarde). Diapositivas 22-29 Análisis mediante el software Turgas (Jueves a la mañana). Diapositivas ejemplos Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

3 Instalaciones de turbina de gas Introducción
La turbina de gas es: Motor Térmico. Combustión interna. Con turbomáquina. Multielemento. La turbina de gas es: Motor Térmico. Definición y tipos de motores térmicos Combustión interna. Diferencia entre los motores de combustión interna y externa, ejemplos Con turbomáquina. Diferentes formas de materializar el trabajo mecánico, alternativo, rotativo de flujo discontinuo y rotativo de flujo continuo o turbomáquina Multielemento. Con este termino pretendemos diferenciar entre los motores que necesitan un único elmento o dispositivo par realizar todos los procesos termodinámicos (Motores Otto y Diesel) y los que tienen un elemento para cada proceso (Turbina de vapor) Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

4 Instalaciones de turbina de gas Introducción
La turbina de gas se utiliza en: Aplicaciones industriales. Producción de energía eléctrica. Cogeneración. Transporte. Aéreo. Terrestre y Marítimo. Breve reseña histórica: Ciclo termodinámico (Brayton) a fianles del siglo IXX. Después II guerra mundial empezó a tener éxito (aviaciónç9. Desarrollo más lento que MCIA y TV. Debido al diseño del compresor. Campo industrial aparecen años 50 (apoyo otras CCEE hora punta, accionar compresores oleoductos. Años 70 sin cambios debido a: rendimientos bajos (19%-23%) frente (30%) otros. Pot. máx. 100 MW. Espectacular crecimiento últimos 20 años: Aumen. pot. máx. (300 MW) Aumen rend (40%) La turbina de gas se utiliza en: Aplicaciones industriales. Energía eléctrica. Más 300 MW turbina rend 40% Cogeneración. Mejor opción empresas med. y gran: desarrollo tecnológico y primas. Transporte. Aéreo: cuna y centro de investigación de la TG. Las TG aeroderivadas aplicación directa avances aeronútica doble de eje. (60 MW y 43%) Turborreactor Con compresor Aerorreactor Turbo hélice Turbo Fan. Terrestre y Marítimo. Variabilidad de la carga dismin. rend. TG. Ferrocarriles y Barcos. Presencia Testimonial. Transporte por carretera. Grandes camiones y autobuses. Ventajas:Menos contaminación. Menor ruido. Menor mantenimiento. Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

5 Análisis de los procesos termodinámicos Ciclo Termodinámico básico
h s 20s p20 p40 30 40s Compresión isentrópica. Combustión isóbara. Expansión isentrópica. 10 p10 Compresión isentrópica. Combustión isóbara. Expansión isentrópica. Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

6 Análisis de los procesos termodinámicos Elementos mecánicos
Compresor. Turbina. Cámara de combustión. Compresor. Turbina. Cámara de combustión Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

7 Análisis de los procesos termodinámicos Proceso de Compresión
Proceso isentrópico 10-20s P20·(T10)/(-1) = P10 · (T20s)/(-1)  T20s=T10·(P20/P10)(-1)/=T10·rc (-1)/ h s p20 20s 20 Proceso real  c=(h20s–h10)/(h20–h10) c=(T20s–T10)/(T20–T10) T20 = T10 + (T20s – T10) / c 10 p10 Proceso isentrópico 10-20s P20·(T10)/(-1) = P10 · (T20s)/(-1)  T20s=T10·(P20/P10)(-1)/=T10·rc (-1)/ Proceso real  c=(h20s–h10)/(h20–h10) c=(T20s–T10)/(T20–T10) T20 = T10 + (T20s – T10) / c Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

8 Análisis de los procesos termodinámicos Proceso de combustión
Pérdida de carga. p30 = p20(1-) Rendimiento. h s p30 30 20s p20 Pérdida de carga. p30 = p20(1-) Rendimiento Ver fórmula en pantalla Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

9 Análisis de los procesos termodinámicos Proceso de Combustión
Establece la energía aportada al ciclo. Determina la composición del fluido que evoluciona por la turbina. Básicamente depende de dos factores. Tipo de combustible. Dosado o relación combustible – aire. Mezclas pobres (FR<1). Mezclas estequiométricas (FR=1). Mezclas ricas (FR> 1). Establece la energía aportada al ciclo. (Energía química del combustible) Determina la composición del fluido que evoluciona por la turbina. (No aire sino residuos de la combustión) Básicamente depende de dos factores. Tipo de combustible. Dosado o relación combustible – aire. Mezclas pobres (FR<1). (Regulación de la temperatura de salida, inyecciones de agua) Mezclas estequiométricas (FR=1). Mezclas ricas (FR> 1). (No se usan en este tipo de motores) Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

10 Análisis de los procesos termodinámicos Proceso de expansión
Turbinas de contrapresión. ps = p4 h s 20 10 p10 p20 30 Turbinas atmosféricas. ps = p10 p4 4 4s Proceso isentrópico 30-4s. T4s=T30·(P4s/P30)(-1)/ Proceso real. T=(h30–h4)/(h30–h4s) Turbinas de contrapresión. ps = p4 Turbinas atmosféricas. ps = p10 Proceso isentrópico 30-4s. T4s=T30·(P4s/P30)(-1)/ Proceso real. T=(h30–h4)/(h30–h4s) Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

11 Ciclos regenerativos. Ciclos compuestos.
Conceptos Básicos para el análisis de turbinas de gas Mejoras sobre el ciclo básico Ciclos regenerativos. Ciclos compuestos. Compresión escalonada con refrigeración intermedia. Expansión escalonada con calentamiento intermedio. Ciclos regenerativos. Ciclos compuestos. Compresión escalonada con refrigeración intermedia. Expansión escalonada con calentamiento intermedio. Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

12 Aprovecha la energía de los gases de escape.
Conceptos Básicos para el análisis de turbinas de gas Mejoras del ciclo básico Ciclo regenerativo Aprovecha la energía de los gases de escape. Incorpora un precalentador del aire. Ciclo regenerativo Aprovecha la energía de los gases de escape. Incorpora un precalentador del aire. Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

13 Mejora el rendimineto (20-24)%  (0,25-0,30)%.
Conceptos Básicos para el análisis de turbinas de gas Mejoras del ciclo básico Ciclo regenerativo Mejora el rendimineto (20-24)%  (0,25-0,30)%. Compresor más económico por ser menor (máx.). Igual potencia que el ciclo básico correspondiente*. Mayor peso específico de la instalación. Mayor costo específico de la instalación. Riesgo de incendio en el regenerador. Ciclo regenerativo Mejora el rendimineto (20-24)%  (0,25-0,30)%. Compresor más económico por ser menor (máx.). Igual potencia que el ciclo básico correspondiente*. Mayor peso específico de la instalación. DEFINIRLO Mayor costo específico de la instalación. DEFINIRLO Riesgo de incendio en el regenerador. CARBONILLA Y ALTAS TEMPERATURAS Sin tener en cuenta la tendencia en estos ciclos a operar en en máximo rendimiento. * Sin tener en cuenta la tendencia en estos ciclos a operar en en máximo rendimiento. Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

14 La compresión isoterma requiere menos trabajo que la isoentrópica.
Conceptos Básicos para el análisis de turbinas de gas Mejoras del ciclo básico Ciclo compuesto La compresión isoterma requiere menos trabajo que la isoentrópica. La expansión isoterma obtiene más trabajo que la isoentrópica. p v 20s 10 20T 30 40T 40s OJO DIAGRAMA P-V TRABAJO DE FLUJO Ciclo compuesto La compresión isoterma requiere menos trabajo que la isoentrópica. La expansión isoterma obtiene más trabajo que la isoentrópica. Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

15 Este ciclo presenta peor rendimiento que el básico.
Conceptos Básicos para el análisis de turbinas de gas Mejoras del ciclo básico Ciclo compuesto Este ciclo presenta peor rendimiento que el básico. T< s h s 20s 10 30 40T 40s 20T s Ciclo compuesto Este ciclo presenta peor rendimiento que el básico. EXPLICAR CUAL ES EL BÁSICO 10-20S-30-40S Y SU RENDIMIENTO ELEMENTAL (TODOS IGUALES) CAMBIAR POR COMPRESIÓN ISOTERMA CON RENDIMIENTOS DESCENDENTES. CAMBIAR POR EXPANSIÓN ISOTERMA CON RENDIMIENTOS DESCENDENTES. C< s Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

16 Conceptos Básicos para el análisis de turbinas de gas Mejoras del ciclo básico
Ciclo compuesto Es técnicamente imposible realizar compresiones o expansiones isotermas. Se recurre a: Compresion escalonada con refrigeración intermedia. Expansión escalonada con calentamiento intermedio. 30 40’s 40’ 40s 40 30’ h s 10’ 20s 20 Ciclo compuesto Es técnicamente imposible realizar compresiones o expansiones isotermas. Se recurre a: Compresion escalonada con refrigeración intermedia. Expansión escalonada con calentamiento intermedio. 20’ 20’s 10 Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

17 Se obtiene mayor potencia que en ciclo básico.
Conceptos Básicos para el análisis de turbinas de gas Mejoras del ciclo básico Ciclo compuesto Se obtiene mayor potencia que en ciclo básico. Favorece la regeneración. Permite el diseño en uno o en dos ejes. Mayor peso específico de la instalación. Mayor costo específico de la instalación. VENTAJAS E INCONVENIENTES Ciclo compuesto Se obtiene mayor potencia que en ciclo básico. Favorece la regeneración. Permite el diseño en uno o en dos ejes. Mayor peso específico de la instalación. Mayor costo específico de la instalación Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

18 Conceptos Básicos para el análisis de turbinas de gas Mejoras del ciclo básico
Montaje en un eje Montaje en un eje Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

19 Conceptos Básicos para el análisis de turbinas de gas Mejoras del ciclo básico
Montaje en dos ejes Montaje en dos ejes AERODERIVAS EJE DE POTENCIA Y EJE DEL COMPRESOR Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

20 Conceptos Básicos para el análisis de turbinas de gas
Montaje en dos ejes AERODERIVAS EJE DE POTENCIA Y EJE DEL COMPRESOR Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

21 Parámetros de operación.
Conceptos Básicos para el análisis de turbinas de gas Parámetros de diseño Parámetros básicos. Potencia de la instalación. (Wu) Rendimiento de la instalación.(TG) Relación de compresión.() Parámetros de operación. Condiciones ambientales.(T10) Temperatura de entrada a la turbina.(T30) Rendimiento de las máquinas.(T, C) Calidad de los gases de combustión.(cp, ) Parámetros básicos. Potencia de la instalación. (Wu) Rendimiento de la instalación.(TG) Relación de compresión.() Parámetros de operación. Condiciones ambientales.(T10) Temperatura de entrada a la turbina.(T30) Rendimiento de las máquinas.(T, C) Calidad de los gases de combustión.(cp, ) Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

22 Conceptos Básicos para el análisis de turbinas de gas Parámetros de diseño
OJO VER FÓRMULAS EN PANTALLA COMENTAE LAS FUNCIONES DERIVABLES PARA OBTENER MÁXIMOS VAMOS A LA HOJA DE CÁLCULO EXCEL PARA REALIZAR ALGUNOS EJEMPLOS CILCO SIMPLE VARIACIÓN DE LA RELACIÓN DE COMPRESIÓN CON LA T30 VARIACIÓN DE LA RELACIÓN DE COMPRESIÓN CON LA T10 VARIACIÓN DE LA RELACIÓN DE COMPRESIÓN CON EL RENDIMIENTO DE LAS MÁQUINAS CICLO REGENERATIVO PARA UN VALOR DEL RENDIMIENTO DEL REGENERADOR CICLO REGENERATIVO PARA VARIOS VALORES DEL RENDIMIENTO DEL REGENERADOR VARIACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE LA INSTALACIÓN CON EL RENDIMIENTO DEL REGENERADOR Ejemplo Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

23 Convierte la energía del fluido en energía mecánica en el eje.
Conceptos básicos. Turbina como máquina térmica La expansión en la turbina Convierte la energía del fluido en energía mecánica en el eje. Se fundamenta en la ecuación de Euler para las turbomáquinas. Se fracciona en escalonamientos o etapas. Cada escalonamiento está formado por: Rotor. Estátor. Convierte la energía del fluido en energía mecánica en el eje. Se fundamenta en la ecuación de Euler para las turbomáquinas. Se fracciona en escalonamientos o etapas. Cada escalonamiento está formado por: Rotor. Estátor. Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

24 Conceptos básicos. Turbina como máquina térmica La ecuación de Euler
La forma de los álabes obliga al fluido a cambiar su velocidad. Módulo. Dirección. El fluido realiza contra los álabes la misma fuerza pero de sentido contrario (reacción). Como los alábes no son fijos se produce la rotación. La forma de los álabes obliga al fluido a cambiar su velocidad. Módulo. Dirección. El fluido realiza contra los álabes la misma fuerza pero de sentido contrario (reacción). Como los alábes no son fijos se produce la rotación. Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

25 Conceptos básicos. Turbina como máquina térmica La ecuación de Euler
Y Z X Las velocidades son: Periféricas del álabe U1 y U2 C1U C1r C1a Absolutas del fluido C1 y C2 U1 Axial C1a Radial C1r Tangencial C1U W1a W1r W1U C1 W1 Relativas W1 y W2 relacionadas por: AL FINAL HACER MENCIÓN A LOS TRIÁNGULOS DE VELOCIDADES Y SU IMPORTANCIA EN EL ESTUDIO DE LAS TURBOMÁQUINAS Las velocidades son: Periféricas del álabe U1 y U2 Absolutas del fluido C1 y C2 Axial C1a Radial C1r Tangencial C1U Relativas W1 y W2 relacionadas por: C1 = U1 + W1 C2 = U2 + W2 C1 = U1 + W1 C2 = U2 + W2 X’ Y’  Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

26 Conceptos básicos. Turbina como máquina térmica La ecuación de Euler
Triángulo de velocidades: C1 U1 W1 C1U C1r C1a W1a W1r W1U Primer principio Carga estática: Ecuación de Euler: Triángulo de velocidades: Primer principio Carga estática Carga dinámica Grado de reacción: Carga dinámica: Grado de reacción: Volver Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

27 Conceptos básicos. Turbina como máquina térmica El escalonamiento básico
Estátor. Conjunto de álabes fijos que forman toberas para acelerar el gas. Rotor. Conjunto de álabes móviles donde se obtiene la energía mecánica. Estátor Rótor EXPLICAR EL FUNCIONAMIENTO DE ESTOS DOS ELEMENTOS POR SEPARDO Y EN CONJUNTO Estátor. Conjunto de álabes fijos que forman toberas para acelerar el gas. Rotor. Conjunto de álabes móviles donde se obtiene la energía mecánica. Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

28 Si la velocidad de salida se recupera: TT=(hio-hjo)/(hio-hjos)
Conceptos básicos. Turbina como máquina térmica El escalonamiento básico Si la velocidad de salida se recupera: TT=(hio-hjo)/(hio-hjos) Si la velocidad de salida no se recupera: TE=(hio-hjo)/(hio-hjs) h s 30 p30 hsTE hsTT p4 4s 4 i0 pi0 hsTE j js pj hsTT j0 pj0 j0s EXPLICAR LOS CONCEPTOS DE TOTAL A TOTAL Y TOTAL A ESTÁTICA PARA LA TURBINA EN GENERAL Y PARA LOS ESCALONAMIENTOS. Si la velocidad de salida se recupera: TT=(hio-hjo)/(hio-hjos) Si la velocidad de salida no se recupera: TE=(hio-hjo)/(hio-hjs) p40 40s 40 Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

29 Las presiones intermedias delimitan los escalones
Conceptos básicos. Turbina como máquina térmica El escalonamiento básico Las presiones intermedias delimitan los escalones 3o p30 h s p40 4os 4o pj0 io pi0 jo jos hSE EXPLICACIÓN DE POR QUE EL RENDIMIENTO DE LA TURBINA ES MAYOR QUE EL DE LOS ESCALONAMIENTOS, BASÁNDONOS EN LA DIVERGENCIA DE LAS LÍNEAS DE PRESIÓN CONSTANTE . DEFINIR EL ESCALONAMIENTO PLANTEAR EL RENDIMIENTO UNITARIO DEL ESCALONAMIENTO COMPROBAR CON LAS ISÓBARAS QUE EL SALTO TOTAL A TOTAL ES MAYOR QUE EL CORRESPONDIENTE DE LA TURBINA SI TODOS LOS ANTERIORES HUBIERAN SIDO REVERSIBLES. FIJAR LA DIFERENCIA ENTRE AMBOS POR qe SUMAR LOS Z ESCALONAMIENTOS DE LA TURBINA LA SUMA DE LOS Z DELTA DE (ANTERIORES REVERSIBLES) SON EL SALTO TOTAL DE LA TURBINA DIVIDIR TODO POR EL SALTO ISENTRÓPICO Y COMPROBAR QUE EL RESULTADO ES EL RENDIMIENTO TOTAL DE LA TURBINA Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

30 Factor de recuperación
Conceptos básicos. Turbina como máquina térmica El escalonamiento básico Factor de recuperación h s io pi0 3o p30 p40 4os 4o jo pj0 jos hSE El rendimiento de la turbina es mayor que el del escalonamiento. Las suma de las pérdidas en los escalonamientos son mayores que las pérdidas totales. Factor de recuperación COMPROBAR QUE Z EFECTIVAMENTE ES MAYOR QUE LA UNIDAD (POSITIVOS Y VALORES RELATIVOS) COMENTAR LA TENDENCIA DE Z HACIA HACIA UNO E INFINITO Y LOS LÍMITES PRÁCTICOS Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

31 Análisis mediante el software Turgas Planteamiento del Problema
Problema teórico. Salto entálpico iséntrópico. Fluido termodinámico. Criterios de diseño. Régimen de giro. Relación s/H. Número escalonamientos. Geometría triángulo de velo. Grado de reacción R. Coeficiente de carga . Coeficiente de flujo . Problema informático. Módulo turbina de gas. Módulo de combustión. Facilidad de uso. Abierto a nuevos módulos. Fiabilidad de resultados. Problema teórico. Salto entálpico iséntrópico. Fluido termodinámico. Criterios de diseño. Régimen de giro. Relación s/H. Número escalonamientos. Geometría triángulo de velo. Grado de reacción R. Coeficiente de carga . Coeficiente de flujo . Problema informático. Módulo turbina de gas. Módulo de combustión. Facilidad de uso. Abierto a nuevos módulos. Fiabilidad de resultados Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

32 Por rendimiento de la cc
Análisis mediante el software Turgas Ajuste y Cálculo del Proceso de Combustión Por gases de la combustión Moles de cada especie (T). cp de cada especie (T). cp de la mezcla (T). Entalpía de la mezcla (T). Por rendimiento de la cc Entalpia entrada hecc. Balance energético cc. Entalpía de salida hscc. Por gases de la combustión Moles de cada especie (T). cp de cada especie (T). cp de la mezcla (T). Entalpía de la mezcla (T). Por rendimiento de la cc Entalpia entrada hecc. Balance energético cc. Entalpía de salida hscc. Comparación de entalpías  Temperatura de salida Comparación de entalpías  Temperatura de salida Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

33 Análisis mediante el software Turgas Proceso de Expansión
Datos externos. Salto entálpico isentrópico. P y T a la entrada de la turbina. Contrapresión. Fluido circulante. Composición. Variación de cp con T. Parámetros de diseño. Núm. Escalonamientos. Régimen de giro. Geometría de los álabes. Grado de reacción R. Coeficiente de carga . Coeficiente de flujo . Relación s/H. Datos externos. Salto entálpico isentrópico. P y T a la entrada de la turbina. Contrapresión. Fluido circulante. Composición. Variación de cp con T. Parámetros de diseño. Núm. Escalonamientos. Régimen de giro. Geometría de los álabes. Grado de reacción R. Coeficiente de carga . Coeficiente de flujo . Relación s/H. Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

34 Cálculo de hsTE y de la presión de salida psT.
Análisis mediante el software Turgas Cálculo y ajuste del proceso de expansión Cálculo de hsTE y de la presión de salida psT. Triángulos de velocidades y coef. pérdidas. Se supone TE=0.3 para la turbina. Tamaño triángulos de velocidades (u). Cálculo de pérdidas en escalonamiento tipo. Cálculo valores salida por escalonamiento. Comparación de psUE con psT. Se incrementa TE y se repite el proceso. Cuando psUE y psT coinciden termina el ajuste. Cálculo de hsTE y de la presión de salida psT. Triángulos de velocidades y coef. pérdidas. Se supone TE=0.3 para la turbina. Tamaño triángulos de velocidades (u). Cálculo de pérdidas en escalonamiento tipo. Cálculo valores salida por escalonamiento. Comparación de psalidaUltimoEscalonamiento con psTotal.(calculada por criterios de inastalación de TG junto al salto total a estática isentrópico) Se incrementa TE y se repite el proceso. Cuando psUE y psT coinciden termina el ajuste. Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

35 Cálculo de hsTE y de la presión de salida psT.
Análisis mediante el software Turgas Cálculo y ajuste del proceso de expansión Cálculo de hsTE y de la presión de salida psT. Triángulos de velocidades y coef. pérdidas. Se supone TE=0.3 para la turbina. Tamaño triángulos de velocidades (u). Cálculo de pérdidas en escalonamiento tipo. Cálculo valores salida por escalonamiento. Comparación de psUE con psT. Se incrementa TE y se repite el proceso. Cuando psUE y psT coinciden termina el ajuste. Cálculo de hsTE y de la presión de salida psT. Triángulos de velocidades y coef. pérdidas. Se supone TE=0.3 para la turbina. Tamaño triángulos de velocidades (u). Cálculo de pérdidas en escalonamiento tipo. Cálculo valores salida por escalonamiento. Comparación de psalidaUltimoEscalonamiento con psTotal.(calculada por criterios de inastalación de TG junto al salto total a estática isentrópico) Se incrementa TE y se repite el proceso. Cuando psUE y psT coinciden termina el ajuste. Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

36 Cálculo del salto hsTE y de la presión de salida psT
Análisis mediante el software Turgas Cálculo y ajuste del proceso de expansión Cálculo del salto hsTE y de la presión de salida psT h s p20 20 20s p4s= p1+ cp cp = Contrapresión T4s = T3 · (p4s/p3)(r-1)/r hsTE = cpr · (T3 – T4s) 40s 40 p40 30 10 p10 Cálculo del salto hsTE y de la presión de salida psT p4s= p1+ cp cp = Contrapresión T4s = T3 · (p4s/p3)(r-1)/r hsTE = cpr · (T3 – T4s) Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos Volver

37 Triángulos de velocidades y coeficientes de pérdidas
Análisis mediante el software Turgas Cálculo y ajuste del proceso de expansión Triángulos de velocidades y coeficientes de pérdidas Cu= wu W1 C1 W2 C2 Ca tg1 = (1-R)/ + /(2) tg2 = (1-R)/ - /(2) tg1 = R/ - /(2) tg2 = R/ + /(2) 1 1 TRIÁNGULOS DE VELOCIDADES EN CONJUNTO DEFINICIÓN DE ÁNGULOS COMENTARIOS SOBRE LOS COEFICIENTES 2 2 U Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos Volver

38 TE = N · Wi / hsTE ; Wi =  · u2
Análisis mediante el software Turgas Cálculo y ajuste del proceso de expansión Con la hipótesis del valor de TE obtenemos el valor de la velocidad periférica u TE = N · Wi / hsTE ; Wi =  · u2 Las velocidades de los triángulos serán: Ca = u ·  C1 = Ca / cos1 W1 = Ca / cos1 C2 = Ca / cos2 W2 = Ca / cos2 Con la hipótesis del valor de TE obtenemos el valor de la velocidad periférica u TE = N · Wi / hsTE ; Wi =  · u2 Las velocidades de los triángulos serán: Ca = u ·  C1 = Ca / cos1 W1 = Ca / cos1 C2 = Ca / cos2 W2 = Ca / cos2 Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos Volver

39 Análisis mediante el software Turgas Cálculo y ajuste del proceso de expansión
Conocidos los triángulos de velocidades se pueden calcular las pérdidas en el escalonamiento tipo. YE = E · C12/2 YR = R · W22/2 Y1 = YR + YE TT = Wi / (Wi + Y) Conocidos los triángulos de velocidades se pueden calcular las pérdidas en el escalonamiento tipo. YE = E · C12/2 YR = R · W22/2 Y1 = YR + YE TT = Wi / (Wi + Y) Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

40 Mediante el criterio de Zweifel calculamos la solidez óptima.
Análisis mediante el software Turgas Cálculo y ajuste del proceso de expansión Mediante el criterio de Zweifel calculamos la solidez óptima. z = 2 · (1/) · cos22 · (tg1 + tg2) = 0,8 Las deflexiones en el estator y en el rotor son E = 1 - 2 ; R = 1 - 2 Mediante la correlación de Soderberg se calculan los coeficientes de pérdidas en el perfil y secundarias p = 0.025[1 + (/90)2] ; s = 3.2 · p ·  · s/H Mediante el criterio de Zweifel (LA SOLIDED (RELACIÓN ENTRE LA CARGA O FUERZA TANGENCIAL Y LA IDEAL EN UN ÁLABE) TIENE UN VALOR CONSTANTE DE 0,8) calculamos la solidez óptima. z = 2 · (1/) · cos22 · (tg1 + tg2) = 0,8 Las deflexiones en el estator y en el rotor son E = 1 - 2 ; R = 1 - 2 Mediante la correlación de Soderberg (SE TRATA DE UNAS FÓRMULAS EMPÍRICAS BASADAS EN ÁLABES QUE CUMPLEN EL CRITERI DE ZWEIFEL QUE EXPERIMENTALMENTE DAN UN ERROR DE CÁLCULO MENOR DEL +- 3%) se calculan los coeficientes de pérdidas en el perfil y secundarias p = 0.025[1 + (/90)2] ; s = 3.2 · p ·  · s/H Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos Volver

41 Para un escalón ij cualquiera:
Análisis mediante el software Turgas Cálculo y ajuste del proceso de expansión Para un escalón ij cualquiera: h s i0 pi0 j js pj j0 pj0 j0s Para el salto isentrópico: CÁLCULO DE LA PRESIÓN DE SALIDA DE UN ESCALONAMIENTO TIPO. CÁLCULO DEL TRABAJO (1ER PRINCIPIO) DESPEJAR LA TEMPERATURA DE SALIDA PROCESO ISENTRÓPICO SE DESPEJA LA PRESIÓN QUE QUEREMOS CALCULAR SE PLANTEA EL RENDIMIENTO DEL ESCALONAMIENTO Y SE DESPEJA LA TEMPERATURA ISENTRÓPICA SE SUSTITUYEN LOS VALORES CALCULADOS EN LA FÓRMULA DE LA PRESIÓN DE SALIDA Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos

42 Análisis mediante el software Turgas Cálculo y ajuste del proceso de expansión
h s (n-1)o p(n-1)0 4 4s p4 4o p40 4so En el último escalón: IDEM PARA EL ÚLTIMO ESCALÓN OJO VALORES ESTÁTICOS SE PIERDE LA ENERGÍA CINÉTICA A LA SALIDA Makina eta Motor Termikoen Saila Departamento de Máquinas y Motores Térmicos Volver