Universidad Nacional Experimental
Francisco de Miranda
Complejo Académico El Sabino
Programa de Ingeniería Industrial
Unidad curricular: Equipos máquinas e instalaciones industriales
Prof. Ing. Caracciolo Gómez. MSc.
TEMA III. Introducción a las Turbomaquinas.
Turbinas Térmicas
1. Introducción.
Las turbomaquinas son motores rotativos que convierten en energía mecánica
la energía contenida de una corriente de agua, vapor o gas. El elemento básico
de la turbina es la rueda o rotor, que cuenta con palas, hélices cuchillas
colocados alrededor de su circunferencia, de tal forma que el fluido en
movimiento produce una fuerza tangencial que impulsa la rueda y la hace girar,
esta energía mecánica se transfiere a través de un eje para proporcionar el
movimiento de una máquina, un compresor, un generador eléctrico o una
hélice. Hasta el momento las turbinas son uno de los motores más eficientes
(alrededor de 50%) con respecto a los motores de combustión interna y
algunos eléctricos. El término turbomaquina suele aplicarse también, por ser el
componente principal, al conjunto de varias turbinas conectadas a un
generador para la obtención de energía eléctrica. Las turbomaquinas se llaman
también máquinas de corriente o máquinas dinámicas y en ellas el intercambio
de energía es debido a la variación del momento cinético del fluido en su paso
por el órgano intercambiador de energía dotado de movimiento rotativo, que se
llama rodete.
Vista interior de una turbina
2. Clasificación de las Turbomaquinas.
Las turbomaquinas se clasifican según tres criterios:
a) Según la compresibilidad del fluido
Térmicas: Cuando el fluido experimenta una variación de la densidad en su
paso a través de la máquina, es decir el flujo se considera compresible.
Ejemplo. Turbinas de vapor, gas y compresores.
Turbina de vapor de flujo axial
Hidráulicas: Su diseño se hace sin tener en cuenta la variación de la
densidad o del volumen específico a través de la máquina. En estas
turbomaquinas el flujo de trabajo no necesariamente es agua aunque
etimológicamente esto es lo que signifique, ni siquiera tiene que ser líquido, el
fluido tiene que ser incompresible. Ejemplo: bombas, turbinas hidráulicas,
ventiladores.
Bomba
Turbina Francis
b) Según el intercambio de energía.
Motoras: Producen potencia expandiendo el fluido hasta una presión más
baja. Ejemplo: Turbinas de vapor, gas, hidráulicas.
Generadoras: La energía aumenta a su paso por la máquina. Absorben
potencia para incrementar la presión del fluido. Ejemplo: Bombas, compresores
y ventiladores.
c) Dirección del flujo.
Axial: Cuando la trayectoria del flujo que atraviesa la máquina es paralela al
eje de rotación.
Radial: La trayectoria del flujo está en un plano perpendicular al eje de
rotación. Ejemplo: bombas centrífugas, ventilador centrífugo, compresor
centrífugo.
Mixta: Cuando en la dirección del flujo de salida del rotor intervienen
componentes axiales y radiales de velocidad.
Cuadro comparativo de Turbomaquinas
2.1 Turbinas de Vapor.
Es una máquina de fluido en la que la energía de éste pasa al eje de la
máquina saliendo el fluido de ésta con menor cantidad de energía. La energía
mecánica del eje procede en parte de la energía que tenía la corriente y por
otra de la energía térmica disponible transformada en parte en mecánica por
expansión. Esta expansión es posible por la variación del volumen específico
del fluido que evoluciona en la máquina. Son turbomaquinas en las que sólo se
efectúa el proceso de expansión. Si bien existen turbinas a vapor del tipo radial,
la inmensa mayoría son del tipo axial. El fluido de trabajo es comúnmente el
vapor de agua, por obvias razones económicas y técnicas. En comparación con
otras máquinas (alternativas a vapor, de combustión interna) ofrecen una
mayor relación potencia/tamaño.
El trabajo disponible en la turbina es igual a la diferencia de entalpia entre el
vapor de entrada a la turbina y el de salida. El hecho de la utilización del vapor
como fluido de trabajo se debe a la elevada energía disponible por unidad de
kg de fluido de trabajo. Este ratio en el caso del agua es tres veces mayor que
en el caso del aire de forma para dos turbinas, una de vapor y otra de gas con
la misma potencia de salida se tiene que el gasto másico de la turbina de vapor
es tres veces menor que el de la turbina de gas.
Dada la gran diferencia que se debe obtener entre la presión de entrada y de
salida de la turbina es necesario producir esta expansión en distintas etapas,
escalonamientos, con el fin de obtener un mejor rendimiento de la operación. Si
sólo se realizase la expansión en una etapa las grandes deflexiones a que
tendría que estar sometido el fluido provocarían pérdidas inaceptables. Las
pérdidas en una turbina de n escalones no son iguales a la suma de las
pérdidas de n turbinas sino que son menores, ya que los escalones de la
turbina son capaces de recuperar parte de la energía degradada en el anterior
escalón para generar energía mecánica. Sin embargo a medida que aumenta
el número de escalonamientos la máquina se encarece, por lo que hay que
buscar un buen compromiso entre rendimiento y costes.
En las turbinas de vapor existen unos elementos fijos que son las toberas y los
distribuidores de álabes; si el salto entálpico se transforma totalmente en
energía cinética, la turbina es de acción y la entalpía a la salida de la tobera
para un proceso isentrópico será igual a la entalpía final del vapor; en estas
circunstancias, en los álabes dispuestos sobre el rotor o corona móvil, habrá
únicamente una transformación de energía cinética en mecánica.
Si la conversión de entalpía en energía cinética no es total, se utilizan
distribuidores de álabes, en los que tienen lugar dos tipos de transformaciones
simultáneas, por cuanto una fracción de la energía cinética adquirida en la
tobera se transforma en energía mecánica, y el resto en energía cinética y
posteriormente en mecánica. La transformación de energía cinética en energía
mecánica se produce haciendo seguir al fluido una determinada trayectoria,
(entre álabes), de forma que su velocidad absoluta disminuya; cualquier cambio
de magnitud o de dirección en dicha velocidad, tiene que ser debido al efecto
de una fuerza, que es la acción de los álabes de la corona sobre el fluido.
A su vez, se puede decir también que todo cambio en la dirección o en la
magnitud de la velocidad del fluido, originará un empuje sobre los álabes, de
forma que, para cuando éstos vayan montados sobre una corona móvil, la
potencia producida será igual al producto de la velocidad tangencial de los
álabes por la componente periférica de la fuerza.
2.1.1. Elementos de una Turbina de vapor.
Los elementos principales de una turbina de vapor son:
Rotor: Es el elemento móvil del sistema. La energía desprendida por el vapor
en la turbina se convierte en energía mecánica en este elemento. Dado que la
turbina está dividida en un cierto número de escalonamientos, el rotor está
compuesto por una serie de coronas de alabes, uno por cada escalonamiento
de la turbina. Los alabes se encuentran unidos solidariamente al eje de la
turbina moviéndose con él mecanismo de unión de los alabes del rotor al eje
del mismo.
Rodete
Estator: está constituido por la propia carcasa de la turbina. Al igual que el
rotor, el estator está formado por una serie de coronas de alabes,
correspondiendo cada una a una etapa o escalonamiento de la turbina.
Toberas: El vapor es alimentado a la turbina a través de estos elementos.
Su labor es conseguir una correcta distribución del vapor entrante/saliente
al/desde el interior de la turbina.
Regulador de velocidad: es un dispositivo para mantener una velocidad
constante en el rotor, actúa controlando o regulando el flujo de fluido en la
entrada de la turbina.
Válvula de cierre rápido: es un dispositivo que actúa en caso de
emergencia cuando el rotor alcanza velocidades por encima de la máxima
permitida o de diseño. Actúa cortando el flujo de fluido en la entrada de la
tubería.
Sistema de rotación lenta: se utiliza en turbinas de varias etapas y con ejes
largos, su función es mantener la rotación del eje hasta que éste se enfríe
luego que la turbina está fuera de servicio. Se hace con el fin de que el eje no
se doble o flexione, ya que si esto ocurre la turbina no puede ser arrancada de
nuevo. Porque si el eje se dobla los álabes móviles se encontrarían
incrustados en la carcasa y los fijos en el eje.
Sistema de lubricación: se utiliza para levantar el eje en el arranque de la
turbina y para proporcionar una película de aceite en el cojinete y el eje.
Válvula de drenaje: se utilizan para drenar las turbinas antes del arranque
ya que si existe agua, durante el arranque de la turbina se producen
deformaciones en los álabes.
2.1.2. Clasificación de las turbinas de vapor:
Se las puede clasificar según el salto térmico y según el principio operativo.
Según el salto térmico se las separa en:
Turbinas de condensación: Son las de mayor tamaño, utilizadas en
centrales térmicas. La presión de descarga puede ser inferior a la atmosférica
debido a la condensación del vapor de salida.
Turbinas de descarga atmosférica: son generalmente de baja potencia,
antieconómicas si utilizan agua tratada. No utilizan condensador de salida.
Turbinas de contrapresión: se utilizan como expansoras para reducir la
presión del vapor generando al mismo tiempo energía. Descargan el vapor a
una presión aún elevada, para ser utilizado en procesos industriales.
Según el principio operativo se distinguen las turbinas de Acción y de
Reacción, tanto de una como de varias etapas. La diferencia fundamental es
que en las turbinas de acción no hay cambio de presión en la rueda móvil,
obteniéndose el intercambio de energía por el cambio de velocidad
absoluta del fluido.
Desde el punto de vista de su funcionamiento las turbinas axiales se pueden
dividir en tres clases según el grado de reacción que presentan.
Se define grado de reacción de una turbomáquina a la relación es decir a la
disminución de entalpía en el rotor dividida por la disminución de entalpía total
(entalpía más energía cinética específica) en el escalonamiento.
Atendiendo a esto se tienen los tres casos característicos siguientes:
Turbina axial de acción con presión constante en el rotor: La presión
disminuye completamente en el estator mientras que se mantiene constante en
el rotor donde la velocidad del fluido no varía apenas salvo una leva
disminución por la fricción. R≤ 0 (Negativo ligeramente debido a la disminución
de entalpía en el rotor por la fricción).
Turbina axial de acción con entalpía constante en rotor: La entalpía es
constante en el rotor y se produce una expansión en el estator con aumento de
la velocidad del gas. En el rotor, sin embargo, la velocidad relativa es
constante. Se produce una pequeña caída de presión que no provoca un
aumento de la velocidad debido a que es debida a la fricción. R=0
Turbina axial de reacción: La expansión se produce en el estator y en el
rotor con una disminución de entalpía en el estator debido a la expansión y un
aumento de la velocidad. En el rotor también se produce expansión
aumentando la velocidad relativa del fluido. R>0 (frecuentemente en torno a
0,5).
La figura anterior muestra el esquema de una turbina de reacción axial:
1. Válvula de admisión
2. Rodete de acción en el empuje axial es nulo
3. Tambor de reacción
4. Conducto de interconexión con la presión del condensador
5. Embolo compensador
6. Laberintos del embolo compensador Ae, A1, Atk
Turbina Centrípetas:
Las turbinas radiales o mixtas presentan la siguiente evolución:
En el estator se produce una expansión aumentando la velocidad,
disminuyendo la entalpía.
En el rotor se produce un aumento de la velocidad relativa debida a la
expansión donde además se produce una caída de presión.
R>0 (frecuentemente próximo a 0,5)
2.1.3. Pérdidas en turbinas de vapor:
Las pérdidas por fricción en los conductos formados por los álabes, el disco y la
carcasa se cuantifican afectando a las velocidades de salida isentrópicas de las
ruedas fijas y móviles.
Las pérdidas que sufre la energía del vapor en las turbinas son principalmente:
La energía cinética de salida, ya que el vapor inevitablemente debe tener
cierta velocidad para salir de la turbina.
El rozamiento sobre los discos móviles.
Si la turbina trabaja con admisión parcial, el movimiento de las paletas
inactivas que giran en el vapor sin producir trabajo (pérdidas por ventilación,
“windage”)
Fugas por los espacios entre los extremos de las paletas y la carcasa
(móviles) o el disco (fijas)
Fugas por los ejes, en los laberintos
Punto de operación económica:
Las pérdidas se pueden clasificar según su variación con la potencia
desarrollada como:
Pérdidas que decrecen con el aumento de la potencia, como ser, las
pérdidas por ventilación de paletas inactivas.
Pérdidas constantes, tales como pérdidas mecánicas en cojinetes,
accionamiento de accesorios, pérdidas de calor al exterior.
Pérdidas proporcionales a la carga, tales como las fugas en los laberintos y
por los extremos de paletas.
Pérdidas que crecen con el cuadrado de la carga, como la energía cinética
de salida.
2.2. Turbinas de Gas.
Las turbinas de gas son equipos capaces de transformar la energía química
contenida en un combustible en energía mecánica, ya sea para su
aprovechamiento energético o como fuerza de impulso de aviones, automóviles
o barcos.
2.2.1. Principio de funcionamiento de una turbina a gas
Una turbina de gas es un motor térmico rotativo de combustión interna, donde a
partir de la energía aportada por un combustible se produce energía mecánica
y se genera una importante cantidad de calor en forma de gases calientes y
con un alto porcentaje de oxígeno.
La máquina sigue un ciclo abierto, puesto que se renueva continuamente el
fluido que pasa a través de ella.
El aire es aspirado de la atmósfera y comprimido para después pasar a la
cámara de combustión, donde se mezcla con el combustible y se produce la
ignición. Los gases calientes, producto de la combustión, fluyen a través de la
turbina. Allí se expansionan y mueven el eje, que acciona el compresor de la
turbina y el alternador.
Las pérdidas de energía se desprenden en forma de calor que hay que evacuar
del sistema. Normalmente no son superiores al 3% de la energía aportada.
2.2.2. Partes principales de una turbina de gas:
Las turbinas de gas pueden dividirse en:
Compresor
Cámara de combustión
Turbina de expansión
Carcasa
Además cuenta con una seria de sistemas auxiliares necesarios para su
funcionamiento, como son la casa de filtros, cojinetes, sistema de lubricación,
recinto acústico, bancada, virador, etc.
Compresor:
Su función consiste en comprimir el aire de admisión, hasta la presión indicada
para cada 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, llegando a significar hasta el 60% de
la energía producida por la turbina. 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.
El control de la admisión de aire en el compresor puede realizarse según dos
posibilidades.
Turbinas monoeje: El compresor siempre gira a la misma velocidad, que
viene dada por el generador, y por lo tanto absorbe la misma cantidad de aire.
El trabajo para comprimir ese aire es el mismo, tanto si trabajamos a carga
máxima como si trabajamos a cargas más bajas, y por lo tanto producimos
menos potencia. En este caso las primeras etapas diseñan con geometría
variable, dejando pasar más o menos aire según su posición relativa, y por lo
tanto consumiendo menos potencia.
Turbinas multieje: En este caso como la velocidad de giro del compresor es
independiente del generador, la velocidad de rotación del compresor puede
regularse para una admisión adecuada de aire para cada momento.
Cámara de combustión:
A pesar de los distintos tipos de cámaras de combustión todas ellas siguen un
diseño general similar.
Cuanto mayor sea la temperatura de la combustión tanto mayor será la
potencia que podamos desarrollar en nuestra turbina, es por ello que el diseño
de las cámaras de combustión 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.
Están diseñadas mediante una doble cámara:
Cámara interior: Se produce la mezcla del combustible, mediante los
inyectores, y el comburente, que 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.
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. 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 al que están unidos
solidariamente. Además de estos, hay antes de cada etapa un conjunto de
alabes fijos sujetos a la carcasa, y cuya misión es redireccionar el aire de salida
de la cámara de combustión y de cada etapa en la dirección adecuada hasta la
siguiente.
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.
Carcasa:
La carcasa protege y aisla el interior de la turbina pudiéndose dividir en 3
secciones longitudinales:
Carcasa del compresor: Está compuesta por una única capa para soporte
de los alabes fijos y para conducción del aire de refrigeración a etapas
posteriores de la turbina de gas.
Carcasa de la cámara de combustión: Tiene múltiples capas, para
protección térmica, mecánica y distribución de aire para las 3 fases en que se
introduce el aire en la combustión.
Carcasa de la turbina de expansión: Cuenta al menos con 2 capas, una
interna de sujeción de los alabes fijos y otra externa para la distribución del aire
de refrigeración por el interior de los alabes. Debe también de proveer
protección térmica frente al exterior.
Otros componentes de la turbina de gas:
Casa de filtros: Se encarga del filtrado del aire de admisión que se
introduce al compresor, se componen de 2 primeras fases de filtrado grosero, y
una última con filtro de luz del orden de las 5 micras. En este proceso se puede
aplicar diferentes tecnologías para aumentar la humedad y disminuir la
temperatura del aire.
Cojinetes: Pueden ser radiales o axiales, según sujeten el desplazamiento
axial o el provocado por el giro del eje. En ambos casos la zona de contacto
esta revestida por un material especial antifricción llamado material Babbit, el
cual se encuentra su vez lubricado. En los cojinetes axiales el contacto se
realiza en un disco anillado al eje y se montan con un sensor de
desplazamiento longitudinal, y en los radiales el contacto es directamente sobre
el eje y se utilizan 2 sensores de desplazamiento montados en ángulo para
detectar vibraciones.
Sistema de lubricación: Puede contener hasta 10.000 litros de aceite en
grandes turbinas de generación eléctrica, su misión es tanto el refrigerar como
mantener una película de aceite entre los mecanismos en contacto. El sistema
de lubricación suele contar con una bomba mecánica unida al eje de rotación,
otra eléctrica y otra de emergencia, aunque en grandes turbinas desaparece la
turbina mecánica por una turbina eléctrica extra. Entre sus componentes
principales están el sistema de filtros, el extractor de vahos inflamables,
refrigerador, termostato, sensor de nivel, presostato, etc.
Recinto acústico: Recubre todos los sistemas principales de la turbina, y su
función es aislarla de las inclemencias del tiempo y a su vez aislar al exterior
del ruido. Debe contar con un sistema contra incendios y de ventilación.
Bancada: Se construye en cemento para soportar la estructura de la turbina,
con una cimentación propia para que no se transmitan las vibraciones propias
del funcionamiento de la turbina al resto de los equipos de la planta.
Virador: El sistema virador consiste en un motor eléctrico o hidráulico
(normalmente el segundo) que hace girar lentamente la turbina cuando no esta
en funcionamiento. Esto evita que el rotor se curve, debido a su propio peso o
por expansión térmica, en parada. La velocidad de este sistema es muy baja
(varios minutos para completar un giro completo de turbina), pero se vuelve
esencial para asegurar la correcta rectitud del rotor. Si por alguna razón la
turbina se detiene (avería del rotor, avería de la turbina, inspección interna con
desmontaje) es necesario asegurar que, antes de arrancar, estará girando
varias horas con el sistema virador.
2.2.3 Clasificación de las turbinas de gas:
Turbina de gas Aero derivadas: Provienen del diseño de turbinas de para
fines aeronáuticos, pero adaptadas a la producción de energía eléctrica en
plantas industriales o como micro turbinas. Sus principales características son
su gran fiabilidad y su alta relación potencia/peso, además cuentan con una
gran versatilidad de operación y su arranque no es una operación tan crítica
como en otros tipos de turbinas de gas. Pueden alcanzar potencias de hasta 50
MW, moviendo los gases a una gran velocidad, pero bajo caudal. Su compacto
diseño facilita las operaciones de sustitución y mantenimiento, lo que hace
viable que se lleven a cabo revisiones completas en menores intervalos de
tiempo.
Turbina de gas industrial: La evolución de su diseño se ha orientado
siempre a la producción de electricidad, buscándose grandes potencias y
largos periodos de operación a máxima carga sin paradas ni arranques
continuos.
Su potencia de diseño puede llegar a los 500 MW, moviendo grandes
cantidades de aire a bajas velocidades, que pueden aprovecharse en
posteriores aplicaciones de cogeneración. Su mantenimiento debe realizarse in
si-tu debido a su gran tamaño y peso, buscándose alargar lo más posible en el
tiempo las revisiones completas del equipo.
Turbina de cámara de combustión tipo silo: En estos diseños la cámara
aparece dispuesta sobre la parte superior de la turbina. Los inyectores se
instalan atravesando el techo superior de la cámara, y los gases de escape
llegan a la turbina de expansión por una abertura inferior conectada a ésta. Su
diseño no está muy expandido, y se restringe a turbinas de H2 y otros
combustibles experimentales.
Turbina de cámara de combustión anular: En este caso la cámara
consiste en un cilindro orientado axialmente instalado alrededor del eje. Tiene
un único tubo de llama y entre 15 y 20 inyectores. Consiguen una buena
refrigeración de los gases de combustión y bajas perdidas de carga, aunque su
distribución de temperaturas y mezcla combustible/comburente es menos
uniforme que en cámaras tuboanulares. Este diseño se utiliza por los
fabricantes Alstom y Siemens, y en general en turbinas aeroderivadas.
Turbina de cámara de combustión tubo anular: Una serie de tubos
distribuidos alrededor del eje de forma uniforme conforman este diseño de
cámara de combustión. Cada una posee un único inyector y bujía. Tienen
mejor resistencia estructural que las anulares, pero menor rendimiento y mayor
peso. Además si una de ellas deja de funcionar y no es detectado, pueden
producirse grandes diferencias de temperaturas en la estructura. La pieza de
transición, que es la que recoge todos los gases de combustión para dirigirlos a
la turbina de expansión, es una parte delicada de la instalación. Esta tecnología
es utilizada en sus diseños por Mitshubishi y General Electric.
Turbina monoeje: El compresor, turbina de expansión y generador giran de
forma solidaria con un único eje de rotación. La velocidad de giro es en la
inmensa mayoría de los casos de 3000 rpm, forzado por la frecuencia que debe
tener el rotor del generador eléctrico al verter a la red general (50 Hz). Es el
diseño usual en las grandes turbinas comerciales de generación eléctrica.
Turbina multieje: La turbina de expansión se encuentra dividida en 2
secciones, la primera o turbina de alta presión, se encuentra unida al
compresor axial al que proporciona la potencia necesaria para su
funcionamiento. La segunda sección comparte eje con el generador,
aprovechándose la energía transmitida en la generación de electricidad. Esta
tecnología es utilizada en aeroderivadas y turbinas de pequeña potencia, y
ofrece un mejor comportamiento frente a variaciones de carga.
2.2.4. Rendimiento de Turbinas de Gas:
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 expandirse 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. Este ciclo normalmente es utilizado en turbinas que
trabajan con bajas presiones. Ejemplos de turbinas que usan este ciclo son: la
Solar Centaur de 3500 hp hasta la General Electric Frame 5 de 35000 hp.
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. Una turbina de este tipo es la General Electric
LM1600 versión marina.
2.2.6. Beneficios de las turbinas de gas:
Comparativamente bajos costos de instalación por MW de salida.
Incrementa la disponibilidad de gas natural como contratos de bajo precio.
Incremento en la demanda para aplicación de capacidad pico en marcados
combinados.
La más alta eficiencia en turbinas aeroregenerativas.
La posibilidad de ubicar e instalar unidades de 1,7 a 40 MW ( o más
grandes) en semanas o meses, no años
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