REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA UNEFA - LARA TURBINA DE GAS INTEGRANTES Jorge Oviedo Merlín Álvarez Wilferson Colmenarez

EQUIPO #3 TURBINAS DE GAS

INTRODUCCIÓN Una turbina de gas es una turbómaquina térmica motora accionada por la expansión de los gases calientes. Esta 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. Las primeras turbinas de gas con éxito comercial fueron las que se diseñaron para aplicaciones de aviación 1930 F Whittle, 1936 Hans Von Ohian, aunque fue durante la segunda guerra mundial cuando se desarrollo definitivamente la tecnología.

principales componentes Cámara de Combustión Turbina de Potencia Compresor

COMPRESOR Su función consiste en comprimir el aire de admisión, hasta la presión indicada para la turbina, para introducirla en la cámara de combustión. Su diseño es principalmente axial y necesita un gran número de etapas, alrededor de 20 para una razón de compresión de 1:30, comparada con la turbina de expansión.

Su funcionamiento consiste en empujar el aires a través de cada etapa de alabes por un estrechamiento cada vez mayor, al trabajar en contra presión es un proceso que consume mucha energía. Para disminuir la potencia necesaria para este proceso, puede optarse por un diseño que enfríe el aire en etapas intermedias, favoreciendo su compresión; aunque reduce la eficiencia de la turbina por la entrada más fría del aire en la cámara de combustión.

FILTROS Filtros de superficie: Estos presentan la capacidad de filtrar partículas de menor diámetro (<1μm). A diferencia de los filtros de fibra en los cuales las partículas quedaban atrapadas en su interior, en estos filtros las impurezas quedan depositadas sobre la superficie del mismo, por lo que se requiere velocidades de paso del aire muy bajas. La formación de una capa de polvo en la superficie, afecta positivamente, puesto que reduce el diámetro de las partículas que pueden entrar. Cuando se detecta una caída de presión excesiva en la entrada se puede limpiar y reutilizar.

CÁMARA DE COMBUSTIÓN Es el lugar donde se inyecta combustible, se mezcla con el aire comburente procedente del compresor y se provoca la combustión. Este proceso es continuo y se realiza en condiciones de presión y temperaturas elevadas. Su diseño está enfocado a soportar temperaturas máximas, superiores a los 1000 ºC, mediante recubrimientos cerámicos, pero a su vez evitar que el calor producido dañe otras partes de la turbina que no está diseñadas para soportar tan altas temperaturas, esto se hace mediante el diseño de una doble cámara la cual es:

Cámara interior: Se produce la mezcla del combustible, mediante los inyectores, y el comburente, que lo rodea y accede a ésta mediante distribuidores desde la cámara exterior en 3 fases. En la primera se da la mezcla con el combustible y su combustión mediante una llama piloto, en el paso posterior se introduce una mayor cantidad de aire para asegurar la combustión completa, y por último y antes de la salida de los gases a la turbina de expansión se introduce el resto del aire comprimido para refrigerar los gases de escape y que no dañen las estructuras y equipos posteriores.

Cámara exterior: Se ocupa de recoger el comburente, aire proveniente del compresor, hacerlo circular por el exterior de la cámara interior para refrigerar los paneles cerámicos, y a su vez distribuir la entrada de aire a la cámara interior de forma adecuada. Cámara exterior

Formas de situar la cámaras de combustión Disposición tubular: el aire procedente del compresor se divide en una serie de corrientes separados, cada una de las cuales alimenta a una cámara de combustión. Estas cámaras se encuentran espaciadas alrededor del eje del que une el compresor y la turbina y esta alimentado por su propio chorro de combustible que procede de una línea de alimentación común.

Disposición anular: existe una única cámara que rodea el eje del rotor, de esta manera se aprovecha al máximo el espacio existente entre el compresor y la turbina, teniendo por ello menores pérdidas de carga. Sin embargo la distribución de combustible es menos homogénea y estructuralmente es más débil.

Disposición tubo-anular: es una combinación de las dos anteriores, la cámara misma es anular, mientras que los tubos de llamas son individuales.

TURBINA DE EXPANSIÓN

TURBINA DE EXPANSIÓN Está diseñada para aprovechar la velocidad de salida de los gases de combustión y convertir su energía cinética; en energía mecánica rotacional. Todas sus etapas son por lo tanto de reacción, y deben generar la suficiente energía para alimentar al compresor y la producción de energía eléctrica en el generador.

TURBINA DE EXPANSIÓN Suele estar compuesta por 4 o 5 etapas, cada una de ellas integrada por una corona de alabes con un adecuado diseño aerodinámico, que son los encargados de hacer girar el rotor. Además con un conjunto de alabes fijos sujetos a la carcasa, y cuya misión es redireccionar el aire de salida de la cámara de combustión.

TURBINA DE EXPANSIÓN

TURBINA DE EXPANSIÓN Los alabes deben estar recubiertos por material cerámico para soportar las altas temperaturas, además, un flujo de aire refrigerador proveniente del compresor los atraviesa internamente, saliendo al exterior por pequeños orificios practicados a lo largo de toda su superficie.

Ciclo Simple o abierto: LOS MODOS DE APERACIÓN DE LA TURBINA DE GAS. Ciclo Simple o abierto: En este ciclo los gases son liberados a la atmósfera después del proceso de expansión en la turbina. Con condiciones de temperatura diferentes en la salida con respecto a la entrada.

Ciclo Simple o abierto:

Los modos de operación de la Turbina de gas Ciclo con Regeneración: Es cuando el calor producido por la combustión y que luego pasa por la turbina, no es expulsado directamente a la atmósfera sino; que es utilizado para precalentar el aire a la entrada de cámara de combustión, en este caso se dice que se realiza un intercambio de calor.

Los modos de operación de la Turbina de gas Ciclo Combinado En este se combinan, los ciclo Brayton con el ciclo Rankine mediante recuperación de calor. El cual utiliza el calor producido por la turbina de gas, para hacer mover una segunda turbina, mediante le evaporación de un fluido; en otras palabras, combina las turbinas de vapor con las turbinas de gas, para así alcanzar un mayor rendimiento del combustible utilizado.

CARACTERÍSTICAS: Ciclo Combinado • Estos Ciclos constan de un generador de gas (separado mecánicamente) unido dinámicamente a través del fluido. • Permite que las turbinas operen a distintas velocidades y poder obtener la mejor eficiencia. • Utilizados generalmente para accionar compresores de gas o bombas.

CARACTERÍSTICAS: Ciclo Combinado

El ciclo esta formado por la sucesión de cuatro procesos: Comprensión isentrópica: entre los puntos 1 y2s. este proceso se realiza en un compresor, supuestamente ideal. Aporte de calor: este se produce en la cámara de combustión y se trata, salvo pérdidas, de un proceso a presión constante. En el diagrama queda indicado por la línea de presión constante entre los puntos 2s y el punto 3.

Expansión isotropita: se realiza en una turbina de gas Expansión isotropita: se realiza en una turbina de gas. Esta expansión se produce entre los puntos 3 y 4s del diagrama. Cesión de calor: al ser un ciclo abierto, la cesión de calor se realiza con la expulsión de los gases a la salida de la expansión de la turbina. El punto 4s y el punto 1 se encuentran a presión ambiente si se trata de un ciclo abierto atmosférico ideal.

CARACTERÍSTICAS: Ventajas Desventajas Gran gama de aplicaciones. Alto nivel operativo, de entre 100.000 – 120.000 horas. Pocas intensidades de mantenimiento. Sencilla recuperación de calor. No admite variación de carga. Mantenimiento costoso Alimentación de gas natural a alta presión.

Referencias

Referencias

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