Clasificación de las turbinas de acuerdo al fluido de trabajo:

Las turbinas, por ser turbo maquinas, pueden clasificarse de acuerdo a

los criterios. Pero en el lenguaje común de las turbinas suele hablarse

de dos subgrupos principales:

Las turbinas Hidráulicas.

Las turbinas a Vapor.

Las turbinas a Gas.

Las Turbinas Hidráulicas :

son las más antiguas. Usan agua como fluido de trabajo. Sus antepasados directos son los molinos de agua. Hoy existen varios modelos básicos: Pelton, Francis y Kaplan (o hélice de paso variable). A estos modelos básicos se debe agregar la Mitchell-Banki que es muy utilizada en instalaciones de microhidráulica. La típica turbina hidráulica se usa en centrales de generación eléctrica sea centrales de pasada o centrales de embalse.

Dentro de este género suele hablarse de:

Turbinas de acción Turbinas da reacción

Turbinas de acción:Son aquellas en que el fluido no sufre ningún cambio de presión a

través de su paso por el rodete. La presión que el fluido tiene a la entrada en la turbina se reduce hasta la presión atmosférica en la corona directriz, manteniéndose constante en todo el rodete. Su principal característica es que carecen de tubería de aspiración. La principal turbina de acción es la Turbina Pelton, cuyo flujo es tangencial. Se caracterizan por tener un número específico de revoluciones bajo (ns<=30). El distribuidor en estas turbinas se denomina inyector.

Turbinas de reacción: Son aquellas en que el fluido sí sufre un cambio de presión

considerable a través de su paso por el rodete. El fluido entra en el rodete con una presión superior a la atmosférica y a la salida de éste presenta una depresión. Se caracterizan por presentar una tubería de aspiración, la cual une la salida del rodete con la zona de descarga de fluido. Estas turbinas se pueden dividir atendiendo a la configuración de los álabes. Así, exiten las turbinas de álabes fijos (Francis->Flujo diagonal; Hélice->Flujo radial) y turbinas con álabes orientables (Deriaz->Flujo diagonal; Kaplan->Flujo radial). El empleo de álabes orientables permite obtener rendimientos hidráulicos mayores.

Las turbinas a vapor :

Las turbinas a vapor:en este caso el fluido de trabajo es vapor de agua (típicamente).

Aunque también hay instancias en que se han fabricado usando otro vapor de trabajo (Mercurio, Propano u otro). Las típicas turbinas de vapor se dividen en de acción y de reacción. La turbina a vapor típicamente se usan en centrales térmicas de generación eléctrica. Estos son sistemas de combustión externa (el calor se usa para calentar el fluido de trabajo en forma indirecta en caldera).

Las turbinas a gas: Son las más recientes. Si bien hay intentos de fabricarlas a inicios

de este siglo, el primer ensayo exitoso es solo de 1937. Difieren de las anteriores en el sentido de que se realiza combustión dentro de la máquina. Por lo tanto el fluido de trabajo son gases de combustión (de allí su nombre). Si bien la turbina a gas es un motor de combustión interna y su ciclo tiene puntos en común con los ciclos Otto o Diesel, tiene una diferencia fundamental. Se trata (igual que todas las turbinas) de máquina de funcionamiento continuo. Es decir, en régimen permanente cada elemento de ella está en condición estable.

También al hablar de turbinas, suele hablarse de los siguientes

subgrupos:

Turbinas a acción: en este tipo de turbinas el salto entalpico ocurre sólo en el

estator, dándose la transferencia de energía sólo por acción del cambio de

velocidad del fluido.

Turbinas a reacción: el salto entálpico se realiza tanto en el rodete como en

el estator, o posiblemente, sólo en rotor.

Clasificar las turbinas por la presión existente en ellas en relación a

otras turbinas dispuestas en el mismo grupo:

Turbinas de alta presión: son las más pequeñas de entre todas las etapas y

son las primeras por donde entra el fluido de trabajo a la turbina.

Turbinas de media presión.

Turbinas de baja presión: Son las últimas de entre todas las etapas, son las

más largas y ya no pueden ser más modeladas por la descripción euleriana de las

turbo máquinas.

Instalaciones deInstalaciones deMaq. y Equi.Maq. y Equi.

Coro, 28/04/2011

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

INSTITUTO UNIVERSITARIO

“ALONSO GAMERO”

DEPARTAMENTO DE MECÁNICA

CORO EDO FALCÓN

Turbinas a GasTurbinas a Gas

Realizado por:

David VargasJuan Colina

Greivin AriasJose Jimenez

Joan

Definición una turbina de gas es un motor térmico rotativo de flujo continuo con una baja relación peso-potencia y velocidad de giro muy elevada. La turbina está formada por un compresor (C), una cámara de combustión (B) y la turbina propiamente dicha (T)

Principio de funcionamiento:

• El aire atmosférico aspirado se comprime en el compresor y se introduce en la cámara de combustión ,donde se mezcla con el combustible ,previamente comprimido tambien,produciendose la combustion.Los gases calientes resultantes de la combustión se hacen circular a través de una o varias etapas de turbinas ,expandiéndose y produciéndose un movimiento rotativo en un eje de donde se extrae la potencia necesaria para mover el compresor de aire y el alternador.

Aplicaciones de las turbinas a gas • generación de electricidad en centrales termoeléctricas• generación de electricidad en centrales nucleares• sistemas de propulsión para barcos y trenes• sistemas de propulsión en aviones comerciales• (propulsión a chorro y ventichorro)• algunas ventajas:• - relativo bajo costo• - buena relación potencia/tamaño• - respuesta rápida (arranca en minutos)• algunas desventajas:• - mas caro de operar que el diesel• - una parte importante del trabajo generado se pierde• para operar el compresor...

•Según la aplicación:Propulsión aerea,maritima, y ferroviaria,

generación electrica,cogeneracion,bombeo en gaseoductos.

• Según numero de ejes :Monoejes o multiejes.Turbinas de un solo eje: En estas turbinas el

generador de gas y la sección de potencia son accionados por el mismo eje solidario. Este tipo de tecnología permiten que presenten:

Un funcionamiento mecánico bastante sencillo y construcción robusta.

Clasificación de las turbinas a gas

• Según el ciclo termodinámico de funcionamiento:

• Ciclo abierto: El fluido que se comprime es aire tomado del ambiente. Los gases de escape son vestidos a la atmosfera.

• Ciclo cerrado: El fluido de trabajo opera en un ciclo cerrado, existiendo dos circuitos secundarios, uno que hará de foco caliente y otro de foco frio.

• Ciclo regenerativo: Se aprovechan los gases turbinados para precalentar el aire antes de ponerlos en contacto con el foco caliente.

ciclo abierto: combustible + aire → productos al ambiente

Turbina de gas con regeneraciónen un ciclo Brayton la temperatura a la salida supera a ladel aire comprimido (T4 > T2)Regeneración:aprovechar calor de los gases de escape para precalentarel aire que entra a la cámara de combustión, usando unintercambiador cerrado a contraflujo (regenerador)

Turbinas de dos ejes: De esta forma se obtiene mayor comodidad de regulación ,por ejemplo puede utilizarse una turbina de velocidad constante para accionar a el generador y otra de velocidad variable para accionar a el compresor

Tipos de turbinas de gas:• Turbinas axiales: Cuando los gases fluyen coaxialmente al ejes de las

maquina. Son las de construcción mas complicadas , destacándose sobre todo su elevado rendimiento.

• Turbinas radiales: Los gases fluyen radialmente en relacion con el eje de la maquina. Son las mas utilizadas para pequeñas potencias, ya que conjugan una notable sencilles constructiva con un diseño robusto ,fácil mantenimiento y coste menor que las axiales.

Turbinas industriales:

Presentan una elevada relación peso/potencia ,así como un diseño conservador que permite un mantenimiento relativamente barato y una vida larga de sus componentes ,lo que encarece su precio.

Turbinas autoderivadas:Este tipo de turbina deriva de la aviacion,destacan por su ligereza y por las elevadas prestaciones a las que son sometidas lo que obliga a un mantenimiento mucho mas especializado y constante.

Componentes principales de las turbinas de gas :

• Conducto de admisión de aire: Este conducto toma el aire atmosférico y lo conduce hasta la etapa de compresion.En este conducto el aire es tratado, pues de lo contrario las impurezas que transporta el aire pueden atacar a la turbina,produciendole erosion,ensuciamientoy corrosión.

Existen varias formas de tratamientos del aire entre las cuales destacan: Separadores inerciales, filtros de fibras, filtros de superficies.

Enfriador evaporativo.

Para poder aumentar la densidad del aire y que de esta forma pueda introducirse un mayor caudal másico del mismo, y por tanto una mayor cantidad de oxigeno por metro cubico aspirado, se reduce su temperatura haciendo pasar la corriente de aire a través de una cortina de agua. con este sistema se obliga a tener un control de humedad del aire a la salida del intercambiador.

compresorLos compresores empleados en las turbinas de gas son todos de

tipos dinámicos y no volumétricos .Esta formado por:

• Un rotor o impulsor(alabes móviles)en el que se comunica movimiento la masa de aire aspirada.

• Un estator o difusor(alabes fijos)en que la velocidad se transforma en presión.

Se caracteriza principalmente por:

Relación de compresión (presión salida /presión entrada).

Caudal de aire que circula a través de el.

Potencia absorbida.

Pueden clasificarse como:

Centrifugas o radiales

axiales

Compresores centrífugos• Este tipo de compresor es empleado para pequeños

caudales con grandes necesidades de compresion.Consiste básicamente de en un impulsor (rotor) que esta contenido en una carcasa en la que se ubica el otro componente fundamental que es el difusor (estator).El aire es centrifugado en el impulsor ,cogiendo velocidad, durante el transito del aire por el impulsor parte de la velocidad adquirida es convertida en energía de presion.A la salida del impulsor el aire pasa a la etapa de difusor donde prácticamente toda la energía cinética es convertida en energía de presión.

Compresores axiales En este tipo de compresores el flujo de

aire corre paralelo al eje del compresor.

Cada etapa del compresor esta formada por una rueda de alabes móviles (rotor) y a continuación otra de alabes estacionarios (estator),en la primera rueda se le comunica a la corriente de aire energía cinética que posteriormente es convertida en energía de presión en el estator,

El rendimiento de este tipo de compresor es mayor que en los centrífugos y en general para idéntico caudal másico tratado y relación de compresión ,presenta menor volumen y menor peso que el centrifugo.

Cámara de combustión

Es el lugar donde se inyecta el combustible se mezcla con el aire comburente procedente del compresor y se provoca la combustion.Este proceso es continuo y se realiza en condiciones de presión y temperaturas elevadas. El diseño de la cámara de combustión debe garantizar la estabilidad de la llama, un encendido eficaz y una operación segura a diferentes regímenes de funcionamiento. La cámara dispone de dos zonas :

• La zona primaria: En la que se permite la entrada de aire (aire primario)en una cantidad suficiente para producir una combustión completa.

• La zona secundaria: Los gases resultantes de la combustión se diluyen con mas aire con lo que la temperatura disminuye ante de la admisión en la turbina .

Este caudal de aire secundario es del orden de 3 o 4 veces mayor que del aire primario.