Turbina de Gas Jorge Alejandro Lozano Pérez Citlalli Guadalupe Escoto Ponce Raúl Salvador Jiménez Hurtado 4D2 Turno Matutino 16 de Mayo de 2013

“Introducción” Una turbina de gas, es una turbo máquina motora, cuyo fluido de trabajo es un gas. Como la compresibilidad de los gases no puede ser despreciada, las turbinas a gas son turbo máquinas térmicas. Comúnmente se habla de las turbinas a gas por separado de las turbinas ya que, aunque funcionan con sustancias en estado gaseoso, sus características de diseño son diferentes, y, cuando en estos términos se habla de gases, no se espera un posible cambio de fase, en cambio cuando se habla de vapores sí. Las turbinas de gas son usadas en los ciclos de potencia como el ciclo Brayton y en algunos ciclos de refrigeración.

“Antecedentes” El ejemplo más antiguo de la propulsión por gas puede ser encontrado en un egipcio llamado Hero en 150 A.C. Hero inventó un juguete que rotaba en la parte superior de una olla hirviendo debido al efecto del aire o vapor caliente saliendo de un recipiente con salidas organizadas de manera radial en un sólo sentido.

La primera patente de una turbina fue otorgada en 1791 a un inglés llamado John Barber. Incorporaba mucho de los elementos de una turbina de gas moderna, pero usaban un compresor alternativo. En 1872, un hombre llamado Stolze diseñó la primera turbina de gas. Incorporaba una turbina de varias etapas y compresión en varias etapas con flujo axial probó sus modelos funcionales en los años 1900. En 1914 Charles Curtis aplicó para la primera patente en los Estados Unidos para una turbina de gas.

“Desarrollo del tema” Una turbina de gas simple está compuesta de tres secciones principales: un compresor, un quemador y una turbina de potencia. Las turbinas de gas operan en base en el principio del ciclo Brayton, en donde aire comprimido es mezclado con combustible y quemado bajo condiciones de presión constante. El gas caliente producido por la combustión se le permite expanderse a través de la turbina y hacerla girar para llevar a cabo trabajo. En una turbina de gas con una eficiencia del 33%, aproximadamente 2/3 del trabajo producido se usa comprimiendo el aire. El otro 1/3 está disponible para generar electricidad, impulsar un dispositivo mecánico, etc.

Una variación del sistema de turbina simple (Brayton) es el de añadir un regenerador. El regenerador es un intercambiador de calor que aprovecha la energía de los gases calientes de escape al precalentar el aire que entra a la cámara de combustión.

Las turbinas de gas con altas presiones de trabajo pueden utilizar un interenfriador para enfriar el aire ente las etapas de compresión, permitiendo quemar más combustible y generar más potencia. El factor limitante para la cantidad de combustible utilizado es la temperatura de los gases calientes creados por la combustión, debido a que existen restricciones a las temperaturas que pueden soportar los alabes de la turbina y otras partes de la misma. Con los avances en la Ingeniería de los materiales, estos límites siempre van aumentando.

El ciclo de Brayton de aire normal, es el ciclo ideal de una turbina de gas simple. El ciclo abierto de una turbina de gas simple, que utiliza un proceso de combustión interna. Cabe anotar que también existe un ciclo cerrado teórico de una turbina de gas simple. El rendimiento del ciclo de Brayton de aire normal se encuentra como sigue.

“Ciclo Abierto” Las turbinas de gas usualmente operan en un ciclo abierto; aire fresco en condiciones ambiente se introduce dentro del compresor donde su temperatura y presión se eleva. El aire de alta presión sigue hacia la cámara de combustión donde el combustible se quema a presión constante. Luego los gases de alta temperatura que resultan entran a la turbina, donde se expanden hasta la presión atmosférica, de tal forma que producen potencia. Los gases de escape que salen de la turbina se expulsan hacia fuera (no se recirculan), lo que provoca que el ciclo se clasifique como un ciclo abierto. El ciclo de turbina de gas abierto recién escrito para modelarse como un ciclo cerrado, se hace mediante las suposiciones de aire estándar.

“Ciclo de una turbina de gas Abierto”

“Ciclo Cerrado” El ciclo de turbina de gas abierto recién escrito para modelarse como un ciclo cerrado, se hace mediante las suposiciones de aire estándar. En este caso los procesos de compresión y expansión permanecen iguales, pero el proceso de combustión se sustituye por un proceso de adición de calor a presión constante de una fuente externa, y el proceso de escape se reemplaza pro uno de rechazo de calor a presión constante hacia el aire ambiente. El ciclo ideal que el fluido de trabajo experimenta en este ciclo cerrado es el ciclo Brayton, que esta integrado por cuatro proceso internamente reversibles: 1-2 compresión isentrópica (en un compresor) 2-3 Adición de calor a P=constante 3-4 Expansión isentrópica (en una turbina) 4-1 Rechazo de calor a P=constante

“Ciclo de una Turbina de Gas Cerrado”

Comportamiento del motor

Comportamiento del motor

Comportamiento del motor

“Ciclo ideal de una Turbina de Gas” Permite saber mediante un proceso de calculo el rendimiento de una turbina como maquina ideal…

Condiciones y factores críticos que alteren el funcionamiento de una turbina de Gas.

“Consumo en una Turbina” Factores determinantes en la generación y obtención de potencia.

“Funcionamiento Básico de una Turbina de Gas”

“Referencias Bibliográficas” Bibliografía W Merck J. (2000). Métodos de la Física aplicada. En W M J, Formalismos y Aplicación. Turbinas de Gas Vol. 1 (pág. 760). Ciudad de México: Reverte.