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Turbina de Gas
Recopilado por:
José Antonio González Moreno
Noviembre del 2015
Máquinas Térmicas
Introducción:
Se explicará con detalle qué es una turbina de
gas, cuál es su funcionamiento y cuáles son
algunas de sus aplicaciones y sus principales
usos, además se conocerán algunas de las
ventajas y desventajas de las mismas.
Para finalizar se realizará una serie de
preguntas para el alumnado.
Antecedentes
1791: John Barber, incorporó mucho de los
elementos de una turbina de gas moderna, pero
usaban un compresor alternativo.
1873:
George Brayton (1830 – 1892) expone el
funcionamiento del ciclo que lleva su nombre.
empleando una máquina de pistones con
inyección de combustible, para luego realizarlo
como ciclo abierto simple llamado turbina a
gas.
Antecedentes
Fue durante la guerra de 1939 a 1945 que la
turbina a gas alcanza su máxima difusión y
desarrollo tecnológico.
1940: todas las máquinas térmicas de
combustión interna son del tipo alternativo:
émbolo, biela y cigüeñal.
Al lograrse la fabricación de compresores
rotativos de alto rendimiento, se posibilitó el
desarrollo de las turbinas a gas
Desarrollo del tema:
¿Qué es una turbina de gas?
Aparato de combustión interna.
Es un aparato de conversión de energía que
convierte la energía almacenada en el
combustible en energía mecánica útil en forma
de energía rotacional.
Desarrollo del tema:
El término "gas" se refiere al aire ambiente que
es absorbido y que pasa al interior de la turbina
el cual es utilizado como medio de trabajo en
el proceso de conversión de la energía.
Desarrollo del tema
Principios de Funcionamiento:
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.
Funcionamiento de una
Turbina
Desarrollo del tema
Principios de Funcionamiento:
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.
Funcionamiento de Una Turbina
Partes Básicas de
una Turbina
Principios de Funcionamiento:
Partes Básicas de
una Turbina
Principios de Funcionamiento:
Partes Básicas de
una Turbina
Principios de Funcionamiento:
Partes Básicas de
una Turbina
Principios de Funcionamiento:
Desarrollo del tema Las turbinas de gas operan bajo un ciclo
termodinámico conocido como “Ciclo de Brayton”. En
este ciclo el aire del exterior es comprimido,
calentado y posteriormente expandido en la turbina,
quedando como excedente la diferencia entre la
potencia generada en ella y la que es requerida para
comprimir el aire.
Desarrollo del tema
Desarrollo del tema
Desarrollo del tema
Desarrollo del tema
Tipos de turbinas de gas y aplicaciones.
Derivado Aereo (Turbo – Hélice) : Diseñada originalmente para su uso en la industria de aviación y convertido para aplicaciones industriales.
Industrial ligero (Turbo – Reactor) : Diseñada para aplicaciones militares, marinas o industriales donde el peso es el principal factor.
Industrial pesado (Turbo – Ventilador) : Diseñada para un continuo servicio en la generación de potencia y en los sectores de energía
Aplicaciones de la
Turbina de Gas
Desarrollo del tema
Áreas de aplicación.
Se utilizan turbinas de gas cuando se requiere una potencia alta y un peso escaso.
Propulsión de aviones con motores turborreactores y de hélice
Propulsión de barcos rápidos, locomotoras y vehículos de carga rápidos
Propulsión de generadores eléctricos en centrales energéticas
Propulsión de compresores y bombas en la extracción de gas natural y aceite
Aplicaciones de la
Turbina de Gas
Desarrollo del tema
Ventajas.
Tecnología probada
Costos de inversión
bajos
Menor impacto
ambiental
(dependiendo del
combustible
utilizado).
Alta temperatura de
los gases de escape.
Desventajas.
Relación potencia
eléctrica/ potencia
calorífica constante
Reducción de la
eficiencia bajo
condiciones de
operación de
cargas parciales
Desarrollo del tema
Balance Térmico de la Turbina
Conclusiones Se concluye que la turbina de gas tiene usos muy versátiles, a diferencia de la turbina de vapor que necesita un gran espacio, las de gas son más flexibles, sus ventajas son amplias y necesita menor cuidado, por lo cual es muy solicitada en la industria, tiene un ciclo fácil de comprender y puede ser en varios casos casera.
Referencias Bibliográficas
1. Bewley, P. (10 de Mayo de 2012). Braemar Adjusting. Recuperado el 23 de Mayo de 2015, de Braemar Adjusting: http://www.braemaradjusting.com/assets/images/Adjusting%20Lectures/lecture70_paulbewley_gasturbinesapplications_failuresandrootcauseanalysis_10may2012.pdf
2.- Cogenera México. (2012). Recuperado el 24 de Mayo de 2015, de http://www.cogeneramexico.org.mx/menu.php?m=78
3.- Solar Turbines. (2013). Resumen de la turbina de gas. Recuperado el 25 de Mayo de 2015, de Solar Turbines a Caterpillar Company: https://mysolar.cat.com/cda/layout?m=35442&x=9
Preguntas de Repaso
1.- Personaje de la Historia y año en que ideó una
máquina semejante a una turbina, pero utilizaba
un compresor alternativo:
R = John Barber en 1791.
2.- Personaje de la historia que ideó ya
propiamente lo que sería una turbina de gas:
R = George Brayton.
3.- Periodo en que la turbina a gas alcanza su
máxima difusión y desarrollo tecnológico.
R = Entre 1939 y 1945
Preguntas de Repaso
4.- Defínase lo que es una Turbina de Gas:
R = Es un que convierte la energía del combustible
en energía mecánica útil en forma de energía
rotacional.
5.- Fluido de trabajo que utiliza la turbina de gas:
R = El aire del medio ambiente.
6.- ¿Qué tipo de Ciclo presenta una Turbina de Gas
y por qué?
R = El de Ciclo abierto porque continuamente se
está renovando el aire (fluido de trabajo).
Preguntas de Repaso
7.- Porcentaje de pérdida de energía en una turbina de Gas:
R = Normalmente no son superiores al 3% de la energía aportada.
8.- Menciónese las 4 partes principales que conforman una turbina de gas:
R = 1) Compresor, 2) Combustor, 3) Turbina de alta presión y 4) Turbina de baja presión.
9.- Descríbase los 3 tipos de Turbina de gas que existen:
R = Turborreactor, Turbohélice y Turboventilador