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  • UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA

    FACULTAD DE INGENIERA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE ENERGA Y FSICA

    Tecnologa Moderna de Las Turbinas a Gas 1

    TEMA:

    TECNOLOGIA MODERNA DE LAS TURBINAS A GAS

    PROFESOR:

    ROBERT GUEVARA CHINCHAYAN

    INTEGRANTES:

    GUTIRREZ PIRGO YUNIOR ANDERSON FENCO CUSTODIO JAVIER

    GODOS HUERTA HAROLD ORLANDO ULLOA CAMPOS SAMUEL ALEX

    CURSO:

    PLANTAS GENERADORAS DE POTENCIA

    ESCUELA:

    INGENIERA EN ENERGA

    Nuevo Chimbote Per 2015

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    Tecnologa Moderna de Las Turbinas a Gas 2

    DEDICATORIA

    Dedicamos este trabajo aquellas personas que nos ensearon que la mejor libertad

    del ser humano est en la superacin personal e intelectual, estas personas son

    nuestros padres, que con la ayuda e iluminacin de Dios, nos dieron su apoyo a

    diario para culminar con xito y responsabilidad la presente trabajo investigativo.

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    Tecnologa Moderna de Las Turbinas a Gas 3

    AGRADECIMIENTO

    Por medio de este presente proyecto damos a conocer nuestros sinceros

    agradecimientos primeramente a nuestros Padres quienes me nos han brindado todo

    su apoyo y que con sus sabios consejos nos supieron orientar e inculcar principios

    morales, para que as sigamos adelante y culminemos nuestros estudios.

    Tambin a nuestro profesor Robert Guevara Chinchayan quien con paciencia y

    conocimientos nos ha sabido guiar en el transcurso del presente trabajo investigativo

    y de esta manera culminar el mismo.

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    Tecnologa Moderna de Las Turbinas a Gas 4

    NDICE

    Portada ......1

    Dedicatoria........2

    Agradecimiento....3

    ndice......4

    Introduccin.........5

    MARCO TERICO

    CAPTULO I

    Historia De La Turbina a Gas......6

    Conceptos Bsicos....8

    CAPTULO II

    Tipos de Turbinas a Gas...9

    Partes De Una Turbina a

    Gas.....12

    CAPTULO III

    Principio de Funcionamiento de una Turbina a Gas..15

    CAPTULO IV

    Ventajas De Una Turbina a Gas ......17

    Desventajas De una Turbina a Gas.....17

    CAPTULO V

    Puesta En Marcha De Una Turbina a Gas..18

    Parada De Una Turbina a Gas..19

    Bibliografa..20

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    Tecnologa Moderna de Las Turbinas a Gas 5

    INTRODUCCIN

    Es importante conocer profundamente el funcionamiento y los conceptos que rigen los principios de las turbinas de gas. Esto es debido a que el ingeniero probablemente

    se encontrara en su trabajo con el uso o mantenimiento de este tipo de equipos. Por esto, es de vital importancia conocer el desarrollo de estas maquinas de combustin.

    La Turbina de gas ha experimentado un progreso y crecimiento fenomenal desde su

    primer desarrollo exitoso en 1930. Las primeras turbinas a gas construidas en 1940 y aun en 1950 tenan eficiencias de ciclo sencillo de alrededor de 17 % debido a las

    bajas eficiencias del compresor y de la turbina, y a las bajas temperaturas de entrada de la turbina dadas las limitaciones de la metalurgia de aquellos tiempos.

    Por lo tanto, las turbinas a gas tuvieron un uso limitado a pesar de su versatilidad y

    su capacidad de quemar gran variedad de combustible. Los esfuerzos para mejorar la eficiencia del ciclo se concentraron en tres reas:

    a) Incrementar las temperaturas de entrada de la turbina

    Este ha sido el enfoque primario que se ha asumido para mejorar la eficiencia de la turbina a gas. Las temperaturas de entrada de las turbinas han aumentado

    establemente desde 540 en 1940 hasta 1425 hoy en da. Estos incrementos fueron posible por el desarrollo de nuevos materiales y por las innovadoras tcnicas de enfriamiento para los componentes como la de revestir las aspas de la turbina con capas cermicas y enfriar las aspas con aire de descarga del

    compresor.

    b) Incremento de las eficiencias de los componentes de turbomquinaria

    El desempeo de las primeras turbinas a gas sufra grandemente las ineficiencias de las turbinas y compresores. Sin embargo, el advenimiento de las computadoras

    y de tcnicas avanzadas de diseo asistido por computadora hizo posible disear estos componentes aerodinmicamente con prdidas mnimas. Las eficiencias incrementadas de las turbinas y compresores resultaron en un incremento

    significativo en la eficiencia del ciclo.

    c) Adiciones de modificaciones al ciclo bsico

    La eficiencia del ciclo sencillo de las primeras turbinas a gas prcticamente se duplico incorporando interenfriamiento, regeneracin y recalentamiento. Estas

    mejoras, desde luego, se realizaron a expensas de mayores costos tanto inicial como de operacin, y no pueden justificarse a menos que la disminucin en los

    costos de combustible equilibre el incremento en otras reas. Los costos relativamente bajos de combustible, el deseo de la industria de minimizar los costos de instalacin y el tremendo aumento en la eficiencia del ciclo sencillo a

    cerca de 40 % dejo pocas posibilidades para optar por estas modificaciones.

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    CAPTULO I

    1.1 HISTORIA DE LA TURBINA A GAS

    El ejemplo ms antiguo de la propulsin por gas puede ser encontrado en un egipcio llamado Hero en 150 A.C. Hero invento 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 solo sentido.

    En 1232, los chinos utilizaron cohetes para asustar a los soldados enemigos. Alrededor de 1500 D.C., Leonardo Davinci dibujo un esquema de un dispositivo que

    rotaba debido al efecto de los gases calientes que suban por una chimenea. El dispositivo debera rotar la carne que estaba asando.

    En 1629 otro italiano desarrollo un dispositivo que uso el vapor para rotar una turbina que mova maquinaria. Esta fue la primera aplicacin prctica de la turbina de vapor.

    En 1678 un jesuita llamado Ferdinand Verbiest construyo un modelo de un vehculo automotor que usaba vapor de agua para movilizarse.

    La primera patente para una turbina fue otorgada en 1791 a un ingles llamado John Barber. Incorporaba mucho de los elementos de una turbina de gas moderna, pero

    usaban un compresor alternativo. Hay muchos otros ejemplos de turbina por varios inventores, pero no son consideradas verdaderas turbinas de gas porque utilizaban vapor en cierto punto del proceso.

    En 1872, un hombre llamado Stolze diseo la primera turbina de gas. Incorporaba

    una turbina de varias etapas y compresin en varias etapas con flujo axial probo sus modelos funcionales en los aos 1900.

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    En 1914 Charles Curtis aplico para la primera patente en los Estados Unidos para una turbina de gas. Esta fue otorgada pero genero mucha controversia. La Compaa

    General Electric comenz su divisin de turbinas de gas en 1903. Un Ingeniero llamado Stanford Moss dirigi la mayora de los proyectos. Su desarrollo ms notable fue el turbo supercargador. Este utilizaba los gases de escape de un motor

    alternativo para mover una rueda de turbina que, a su vez, mova un compresor centrfugo utilizado para supercargar.

    Este elemento hizo posible construir las primeras turbinas de gas confiables. En los aos 30, tantos britnicos como alemanes disearon turbinas de gas para la

    propulsin de aviones. Los alemanes alcanzaron a disear aviones de propulsin a chorro y lograron utilizarlos en la 2 guerra mundial.

    La primera turbina de gas para una planta generadora de energa elctrica fue instalada en 1949 en Oklahoma como parte de una planta de energa de ciclo

    combinado. Fue construida por la General Electric y produca 3.5 MW de potencia. Las turbinas

    de gas instaladas hasta mediados de 1970 sufran de baja eficiencia y escasa confiabilidad. En el pasado, la generacin de potencia elctrica para carga base estaba dominada por grandes plantas generadoras a carbn y nucleares. Sin embargo,

    ha habido un cambio histrico hacia las turbinas de gas impulsadas por gas natural debido a sus mayores eficiencias, menores costos de capital, tiempos ms cortos de

    instalacin y mejores caractersticas de emisiones, y por la abundancia de suministro de gas natural; mas y mas empresas productoras de energa elctrica estn empleando turbinas de gas para produccin de potencia base as como picos.

    Una turbina de gas fabricada por General Electric al principio de 1990 tena una

    razn de presiones de 13.5 y generaba 135.7 MW de potencia neta con una eficiencia trmica de 33 % en operacin de ciclo sencillo. Una turbina de gas fabricada mas reciente por General Electric utiliza una temperatura de entrada a la turbina de

    1425 y produce hasta 282 MW mientras logra una eficiencia trmica de 39.5 % en modo de ciclo sencillo.

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    1.2 CONCEPTOS BSICOS

    Una turbina de gas simple est 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 presin constante. El gas caliente producido por la combustin se le permite expandirse a travs 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 est disponible para generar electricidad, impulsar un dispositivo mecnico, etc.

    Una variacin del sistema de turbina simple (Brayton) es el de aadir un regenerador. El regenerador es un intercambiador de calor que aprovecha la energa de los gases

    calientes de escape al precalentar el aire que entra a la cmara de combustin. 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 compresin, permitiendo quemar ms

    combustible y generar ms potencia. El factor limitante para la cantidad de combustible utilizado es la temperatura de los gases calientes creados por la combustin, 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 Ingeniera de los materiales, estos lmites siempre van aumentando. Una turbina de

    este tipo es la General Electric LM1600 versin marina. Existen tambin turbinas de gas con varias etapas de combustin y expansin y otras

    con interenfriador y regenerador en el mismo ciclo. Estos ciclos los podemos ver a continuacin:

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    CAPTULO II

    3.1 TIPOS DE TURBINAS A GAS

    Las turbinas de gas son equipos capaces de transformar la energa qumica contenida

    en un combustible en energa mecnica, ya sea para su aprovechamiento energtico o como fuerza de impulso de aviones, automviles o barcos.

    Clasificacin de las turbinas a gas:

    Las turbinas a gas, al igual que las turbinas a vapor, se clasifican en:

    a) Turbinas a gas de accin

    b) Turbinas a gas de reaccin

    En las turbinas de accin la cada total de presin de los gases de combustin se produce en las toberas que estn ubicadas antes del los estadios mviles y fijos de la

    misma. De esta manera se produce una transformacin de energa de presin a energa de

    velocidad (energa cintica) en los gases. La presin de los gases dentro de la turbina, estadios mviles y fijos, permanece constante.

    En las turbinas de reaccin, en cambio, la cada de presin de los gases de combustin se produce tanto en las toberas, como en los estadios mviles y fijos que

    componen la misma. La presin de los gases dentro de la turbina, estadios mviles y fijos, va disminuyendo.

    Tambin las turbinas a gas se clasifican de acuerdo al nmero de estadios mviles, en cuyo caso pueden ser: a) Turbinas a gas mono etapa (un solo estadio mvil).

    b) Turbinas a gas multi etapas (varios estadios mviles).

    Tambin pueden clasificarse segn el origen de su desarrollo, por el diseo de su cmara de combustin y por su nmero de ejes.

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    Tecnologa Moderna de Las Turbinas a Gas 10

    a) Turbina de gas aeroderivadas :

    Provienen del diseo de turbinas de para fines aeronuticos, pero adaptadas a la

    produccin de energa elctrica en plantas industriales o como microturbinas. Sus principales caractersticas son su gran fiabilidad y su alta relacin potencia/peso, adems cuentan con una gran versatilidad de operacin y su arranque no es una

    operacin tan crtica 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 diseo facilita las operaciones de sustitucin y mantenimiento, lo que hace viable que se lleven acabo revisiones

    completas en menores intervalos de tiempo.

    b) Turbina de gas industriales:

    La evolucin de su diseo se ha orientado siempre a la produccin de electricidad, buscndose grandes potencias y largos periodos de operacin a mxima carga sin

    paradas ni arranques continuos.

    Su potencia de diseo puede llegar a los 500 MW, moviendo grandes cantidades de aire a bajas velocidades, que pueden aprovecharse en posteriores aplicaciones de cogeneracin. Su mantenimiento debe realizarse in si- tu debido a su gran

    tamao y peso, buscndose alargar lo ms posible en el tiempo las revisiones completas del equipo.

    c) Turbina de cmara de combustin tipo silo:

    En estos diseos la cmara aparece dispuesta sobre la parte superior de la turbina.

    Los inyectores se instalan atravesando el techo superior de la cmara, y los gases de escape llegan a la turbina de expansin por una abertura inferior conectada a esta.

    Su diseo no est muy expandido, y se restringe a turbinas de y otros combustibles experimentales.

    d) Turbina de cmara de combustin anular:

    En este caso la cmara consiste en un cilindro orientado axialmente instalado alrededor del eje. Tiene un nico tubo de llama y entre 15 y 20 inyectores. Consiguen una buena refrigeracin de los gases de combustin y bajas perdidas de

    carga, aunque su distribucin de temperaturas y mezcla combustible/comburente es menos uniforme que en cmaras tubo anulares.

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    e) Turbina de cmara de combustin tubo anular:

    Una serie de tubos distribuidos alrededor del eje de forma uniforme conforman

    este diseo de cmara de combustin. Cada una posee un nico inyector y buja. Tienen mejor resistencia estructural que las anulares, pero menor rendimiento y mayor peso. Adems si una de ellas deja de funcionar y no es detectado, pueden

    producirse grandes diferencias de temperaturas en la estructura.

    La pieza de transicin, que es la que recoge todos los gases de combustin para dirigirlos a la turbina de expansin, es una parte delicada de la instalacin. Esta tecnologa es utilizada en sus diseos por Mitshubishi y General Electric.

    f) Turbina mono-eje:

    El compresor, turbina de expansin y generador giran de forma solidaria con un

    nico eje de rotacin. La velocidad de giro es en la inmensa mayora de los casos de 3000 rpm, forzado por la frecuencia que debe tener el rotor del generador elctrico al verter a la red general (50 Hz). Es el diseo usual en las grandes

    turbinas comerciales de generacin elctrica.

    g) Turbina multi-eje:

    La turbina de expansin se encuentra dividida en 2 secciones, la primera o turbina de alta presin, se encuentra unida al compresor axial al que proporciona la

    potencia necesaria para su funcionamiento. La segunda seccin comparte eje con el generador, aprovechndose la energa transmitida en la generacin de electricidad. Esta tecnologa es utilizada en aeroderivadas y turbinas de pequea

    potencia, y ofrece un mejor comportamiento frente a variaciones de carga.

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    3.2 PARTES DE UNA TURBINA A GAS

    Las turbinas de gas pueden dividirse en cuatro partes principales:

    Compresor

    Cmara de combustin

    Turbina de expansin

    Carcasa

    Adems cuenta con una seria de sistemas auxiliares necesarios para su funcionamiento, como son la casa de filtros, cojinetes, sistema de lubricacin, recinto

    acstico, bancada, virador, etc. a) Compresor:

    Su funcin consiste en comprimir el aire de admisin, hasta la presin indicada para cada turbina, para introducirla en la cmara de combustin. Su diseo es

    principalmente axial y necesita un gran nmero de etapas, alrededor de 20 para una razn de compresin de 1:30, comparada con la turbina de expansin.

    Su funcionamiento consiste en empujar el aires a travs de cada etapa de alabes por un estrechamiento cada vez mayor, al trabajar en contra presin es un

    proceso que consume mucha energa, llegando a significar hasta el 60% de la energa producida por la turbina. Para disminuir la potencia necesaria para este proceso, puede optarse por un

    diseo que enfri el aire en etapas intermedias, favoreciendo su compresin, aunque reduce la eficiencia de la turbina por la entrada mas fra del aire en la

    cmara de combustin. El control de la admisin de aire en el compresor puede realizarse segn 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

    mxima como si trabajamos a cargas ms bajas, y por lo tanto producimos

    menos potencia. En este caso las primeras etapas disean con geometra

    variable, dejando pasar ms o menos aire segn su posicin relativa, y por lo

    tanto consumiendo menos potencia.

    Turbinas multie je: En este caso como la velocidad de giro del compresor es

    independiente del generador, la velocidad de rotacin del compresor puede

    regularse para una admisin adecuada de aire para cada momento.

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    b) Cmara de Combustin:

    A pesar de los distintos tipos de cmaras de combustin todas ellas siguen un

    diseo general similar. Cuanto mayor sea la temperatura de la combustin tanto mayor ser la potencia que podamos desarrollar en nuestra turbina, es por ello

    que el diseo de las cmaras de combustin est enfocado a soportar temperaturas mximas, superiores a los 1000 , mediante recubrimientos cermicos, pero a su vez evitar que el calor producido dae otras partes de la turbina que no esta diseadas para soportar tan altas temperaturas.

    Estn diseadas mediante una doble cmara:

    Cmara interior: Se produce la mezcla del combustible, mediante los

    inyectores, y el comburente, que rodea y accede a esta mediante

    distribuidores desde la cmara exterior en 3 fases. En la primera se da la

    mezcla con el combustible y su combustin mediante una llama piloto, en el

    paso posterior se introduce una mayor cantidad de aire para asegurar la

    combustin completa, y por ultimo y antes de la salida de los gases a la

    turbina de expansin se introduce el resto del aire comprimido para refrigerar

    los gases de escape y que no daen las estructuras y equipos posteriores.

    Cmara exterior: Se ocupa de recoger el comburente, aire, proveniente del compresor, hacerlo circular por el exterior de la cmara interior para refrigerar los

    paneles cermicos, y a su vez distribuir la entrada de aire a la cmara interior de

    forma adecuada.

    c) Turbina de Expansin:

    Esta diseada para aprovechar la velocidad de salida de los gases de combustin

    y convertir su energa cintica en energa mecnica rotacional. Todas sus etapas son por lo tanto de reaccin, y deben generar la suficiente energa para alimentar al compresor y la produccin de energa elctrica en el generador. Suele estar

    compuesta por 4 o 5 etapas, cada una de ellas integrada por una corona de alabes con un adecuado diseo aerodinmico, que son los encargados de hacer girar el

    rotor al que estn unidos solidariamente. Adems de estos, hay antes de cada etapa un conjunto de alabes fijos sujetos a la carcasa, y cuya misin es redireccionar el aire de salida de la cmara de combustin y de cada etapa en la

    direccin adecuada hasta la siguiente.

    Los alabes deben estar recubiertos por material cermico para soportar las altas temperaturas, adems, un flujo de aire refrigerador proveniente del compresor los atraviesa internamente, saliendo al exterior por pequeos orificios

    practicados a lo largo de toda su superficie.

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    d) Carcasa:

    La carcasa protege y aisla el interior de la turbina pudindose dividir en 3

    secciones longitudinales: Carcasa del compresor: Esta compuesta por una nica capa para soporte de

    los alabes fijos y para conduccin del aire de refrigeracin a etapas

    posteriores de la turbina de gas.

    Carcasa de la cmara de combustin: Tiene mltiples capas, para

    proteccin trmica, mecnica y distribucin de aire para las 3 fases en que se

    introduce el aire en la combustin.

    Carcasa de la turbina de expansin: Cuenta al menos con 2 capas, una

    interna de sujecin de los alabes fijos y otra externa para la distribucin del

    aire de refrigeracin por el interior de los alabes. Debe tambin de proveer

    proteccin trmica frente al exterior.

    e) Otros Componentes:

    Cojinetes: Pueden ser radiales o axiales, segn 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 antifriccin 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 ngulo

    para detectar vibraciones.

    Sistema de lubricacin: Puede contener hasta 10.000 litros de aceite en

    grandes turbinas de generacin elctrica, su misin es tanto el refrigerar como

    mantener una pelcula de aceite entre los mecanismos en contacto. El sistema

    de lubricacin suele contar con una bomba mecnica unida al eje de rotacin,

    otra elctrica y otra de emergencia, aunque en grandes turbinas desaparece la

    turbina mecnica por una turbina elctrica extra. Entre sus componentes

    principales estn el sistema de filtros, el extractor de vahos inflamables,

    refrigerador, termostato, sensor de nivel, presostato,etc.

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    CAPTULO III

    4.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UNA TURBINA A GAS

    Una turbina de gas simple est 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 presin constante. El gas caliente producido por la combustin se le permite expandirse a travs 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 est disponible para generar electricidad, impulsar un dispositivo mecnico, etc.

    Las turbinas a gas son maquinas trmicas rotativas de combustin interna a flujo

    continuo cuyo esquema se representa en la Fig. 1.

    El principio de funcionamiento de la turbina a gas de un solo eje, de acuerdo al esquema de la Fig. 1 es el siguiente:

    1. El aire ingresa al compresor axial en el punto (1) a las condiciones ambientes, previo a haber pasado por un filtro con el fin de retener las partculas de polvo u

    otras partculas contenidas en el aire ambiente.

    Dado que los parmetros ambientales varan durante el da e incluso varan

    tambin en funcin de la ubicacin geogrfica, es conveniente considerar condiciones estndar.

    Las condiciones estndar utilizadas en la industria son las condiciones ISO que establecen una temperatura de 15 y una presin de 1 kg/cm2.

    FIGURA 01

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    En el compresor axial el aire es comprimido hasta la presin de combustin, o mxima presin del ciclo, sin aporte de calor del medio y como consecuencia de

    ello la temperatura del aire se incrementa debido a la compresin del mismo. El caudal msico de aire aspirado es siempre mayor al necesario para producir la oxidacin del combustible en la cmara de combustin.

    Este exceso, del orden de 6 a 7 veces es debido a:

    a) La necesidad de lograr una adecuada refrigeracin de las partes calientes de la maquina (cmara de combustin, conductos de transicin, estadios de toberas fijas, ruedas de alabes mviles y conductos de escape)

    b) La necesidad de disminuir la temperatura de los gases de combustin desde que se forman en la cmara de combustin hasta que estos ingresan en el primer

    estadio de alabes. Dicho exceso de aire es lo que obliga al compresor axial a tener un gran tamao y en consecuencia a absorber la mayor parte de la potencia entregada por la turbina,

    del orden de las 3/4 partes de la misma.

    2. Una vez que el aire sale del compresor parte de el ingresa a la cmara de combustin tal como se indica en el punto (2) de la Fig. 1, donde el combustible es inyectado producindose de esta manera la combustin del mismo, dando lugar

    al aporte de calor (Q) del medio a la maquina trmica. El proceso de combustin se realiza a presin constante alcanzando muy altas

    temperaturas lo que da lugar a que se deba ingresar a la cmara de combustin aire de dilucin a fin de disminuir la temperatura de los gases y aire de refrigeracin para refrigerar el material del tubo de llama ubicado en el interior de

    la misma. El caudal msico de gases formados ser igual a la suma del caudal de aire

    ingresado a la cmara de combustin ms el caudal de combustible inyectado a la misma.

    3. Los gases de combustin as enfriados a una temperatura aproximada a los 1.200 ingresan al primer estadio de alabes fijos, o toberas, de la turbina como se indica en el punto (3) del esquema.

    La energa de presin de los gases de combustin es convertida en trabajo. Esta conversin se realiza en dos etapas:

    a) En las toberas de la turbina los gases son expandidos y de esta manera la

    energa de presin de los mismos es transformada en energa cintica. (Caso de

    las turbinas de accin) b) Luego en los estadios (etapas) de alabes mviles de la turbina la energa

    cintica es convertida en energa mecnica (trabajo mecnico).

    4. El ciclo finaliza cuando los gases de combustin despus de expandirse en la

    turbina abandonan la misma y son expulsados a la atmosfera, tal como se indica en el punto (4) del esquema.

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    Tecnologa Moderna de Las Turbinas a Gas 17

    CAPTULO IV

    5.1 VENTAJAS DE LA TURBINA A GAS

    a) Muy buena relacin potencia vs. peso y tamao.

    b) Bajo costo de instalacin.

    c) Rpida puesta en servicio.

    d) Es una maquina rotante (no tiene movimientos complejos como son los

    movimientos roto alternativos de los motores de combustin interna).

    e) Al ser una maquina rotante el equilibrado de la misma es prcticamente perfecto y

    simple, a diferencia de maquinas con movimiento alternativos.

    f) Menos piezas en movimiento (comparado con los motores de combustin

    interna).

    g) Menores perdidas por rozamiento al tener menores piezas en movimiento.

    h) Sistema de lubricacin mas simple por lo expresado anteriormente.

    i) Bajas presiones de trabajo (es la maquina trmica que funciona a ms baja

    presiones).

    j) El proceso de combustin es continuo y se realiza a presin constante en la

    cmara de combustin (diferente a los motores de combustin interna).

    k) Pocos elementos componentes: compresor, cmara/s de combustin y turbina

    propiamente dicha.

    l) No necesitan agua (diferente a las turbinas a vapor que requieren de un

    condensador).

    m) Permiten emplear diferentes tipos de combustibles como kerosene, gasoil, gas

    natural, carbn pulverizado, siempre que los gases de combustin no corroan los

    alabes o se depositen en ellos.

    n) El par motor es uniforme y continuo.

    5.2 DESVENTAJAS DE LA TURBINA A GAS

    Bajo rendimiento trmico (alto consumo especfico de combustible) debido a: 1. Alta perdida de calor al ambiente que se traduce por la alta temperatura de salida

    de los gases de escape por chimenea, entre 495oC a 560 . 2. Gran parte de la potencia generada por la turbina es demandada por el compresor

    axial, en el orden de las 34 partes, o sea un 75% de la potencia total de la turbina.

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    CAPTULO V

    5.1 PUESTA EN MARCHA DE LA TURBINA A GAS

    La puesta en marcha de una turbina a gas comprende una serie de secuencias

    programadas, entre las cuales podemos mencionar las ms importantes en orden de cmo se van realizando:

    1) Se pone en funcionamiento el sistema de lubricacin a travs de la bomba auxiliar de aceite, la cual es energizada mediante corriente alterna disponible de la red..

    2) Una vez alcanzada la presin adecuada de aceite, se pone en marcha el motor de

    arranque o tambin llamado motor de lanzamiento, el cual puede ser

    indistintamente y segn los casos un motor DIESEL, un motor elctrico de rotor bobinado, o una pequea turbina a vapor. El eje de salida del motor se encuentra

    acoplado al embrague hidrulico. 3) Estabilizadas las temperaturas del motor de lanzamiento, se activa el acoplamiento

    mecnico, vinculando de esta manera el eje del motor con el eje del paquete compresor turbina generador elctrico, a travs del embrague hidrulico.

    4) Se pone en marcha el virador, el cual saca del reposo a la masa rotante hacindola

    girar a aproximadamente 3 a 5 rpm.

    5) Confirmado que el rotor esta en lenta rotacin y que el acoplamiento ha sido

    establecido, se inicia la etapa de aceleracin del motor de lanzamiento, que en el caso de que este fuera un motor elctrico de rotor bobinado se van desconectando las resistencias retoricas con lo cual se incrementa el nmero de vueltas del

    mismo. 6) A medida que aumenta el nmero de vueltas del motor de lanzamiento, aumenta

    tambin el de la maquina y generador gracias al ya mencionado embrague hidrulico.

    Esta situacin se mantiene hasta que todo el conjunto alcanza aproximadamente la mitad del nmero de vueltas de rgimen de la turbina.

    7) Cuando se alcanza este estado de giro se habilita el ingreso de combustible a los inyectores ubicados en las cmaras de combustin y paralelamente se energiza la

    buja de encendido, producindose la combustin del combustible. 8) La turbina se acelera, arrastrada por el motor de lanzamiento y por los gases de

    combustin producidos.

    9) Cuando el nmero de vueltas de la turbina supera el del motor de lanzamiento, este se desacopla automticamente.

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    10) La turbina continua el proceso de aceleracin por si sola gracias ahora a los gases de combustin hasta alcanzar el numero de vueltas de rgimen.

    11) Cuando se alcanza el estado de rgimen se transfiere el proceso de lubricacin a

    la bomba principal de aceite, saliendo de servicio la bomba auxiliar.

    12) En estas condiciones el generador entra en paralelo con la red y empieza a tomar

    carga hasta llegar a entregar la potencia efectiva del mismo. 13) Esta operacin se realiza por medio del regulador de velocidad que acta sobre la

    bomba de combustible. El caudal de combustible depende de la presin de inyeccin.

    5.2 PARADA DE UNA TURBINA A GAS

    Las principales secuencias para sacar de servicio una turbina a gas que acciona un generador elctrico son las siguientes:

    1) Se empieza a bajar potencia elctrica en el generador actuando sobre la vlvula de

    regulacin de combustible hasta reducir la potencia a cero.

    2) Se saca de paralelo el generador elctrico.

    3) Se pone en marcha la bomba auxiliar de aceite.

    4) Se corta el suministro de combustible con lo cual empieza el periodo de desaceleracin del grupo.

    5) Cuando el nmero de vueltas ha bajado a aproximadamente 3 a 5 rpm. entra en funcionamiento el virador.

    Este dispositivo est constituido por un motor elctrico y un reductor de velocidad con lo cual se alcanza un elevado par torsor, suficiente para hacer girar al grupo

    una vez que este se ha detenido. El proceso de giro por accin del virador se realiza a fin de permitir un

    enfriamiento uniforme del rotor de la turbina, evitando con ello que este se deforme por diferencia de temperaturas dentro del estator de la maquina.

    Esta parte de la detencin de la maquina es muy importante dado que si esta se detiene, al tener su rotor a alta temperatura, se produce una zona caliente en la

    parte superior del eje del rotor, lo cual da lugar a que este se tuerza con una convexidad hacia arriba.

    6) Se detiene el virador cuando la temperatura en el interior de la turbina es muy prxima a la temperatura ambiente.

    7) Se detiene la bomba auxiliar de aceite.

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    BIBLIOGRAFA

    REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

    Turbinas a Gas. Pgina de Internet: http://www.gunt.de/

    C. S., Tarifa. Motores de Reaccin y Turbinas a Gas. Madrid: Imprenta Del

    Intituto Nacional De Tcnica Aeronutica 1951,537 pginas.

    HUERTOS CASTELLANOS, DANIEL(2011).MANTENIMIENTO

    PREDICTIVO DE TURBINAS DE GAS. PROYECTO FIN DE CARRERA.