Las turbinas a gas son unidades integradas que producen alta potencia a alta velocidad y tienen mayor eficiencia térmica que las turbinas de vapor, ocupando poco espacio. Están formadas por un generador de gases que produce un chorro de gases calientes y una unidad generadora de potencia donde se obtiene la potencia útil. Funcionan mediante la combustión de un combustible que calienta el aire de admisión y la expansión subsiguiente de los gases a través de una turbina.
Las turbinas a gas son unidades integradas que producen alta potencia a alta velocidad y tienen mayor eficiencia térmica que las turbinas de vapor, ocupando poco espacio. Están formadas por un generador de gases que produce un chorro de gases calientes y una unidad generadora de potencia donde se obtiene la potencia útil. Funcionan mediante la combustión de un combustible que calienta el aire de admisión y la expansión subsiguiente de los gases a través de una turbina.
Las turbinas a gas son unidades integradas que producen alta potencia a alta velocidad y tienen mayor eficiencia térmica que las turbinas de vapor, ocupando poco espacio. Están formadas por un generador de gases que produce un chorro de gases calientes y una unidad generadora de potencia donde se obtiene la potencia útil. Funcionan mediante la combustión de un combustible que calienta el aire de admisión y la expansión subsiguiente de los gases a través de una turbina.
Las turbinas a gas son unidades integradas que producen alta potencia a alta velocidad y tienen mayor eficiencia térmica que las turbinas de vapor, ocupando poco espacio. Están formadas por un generador de gases que produce un chorro de gases calientes y una unidad generadora de potencia donde se obtiene la potencia útil. Funcionan mediante la combustión de un combustible que calienta el aire de admisión y la expansión subsiguiente de los gases a través de una turbina.
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LAS TURBINAS A GAS SON UNIDADES
INTEGRADAS, NO NECESITAN CALDERAS,
CONDENSADORES, SISTEMAS DE AGUA DE ALIMENTACIN Y ENFRIAMIENTO COMO LO UTILIZA LA TURBINA DE VAPOR, PRODUCEN ALTA POTENCIA A ALTA VELOCIDAD AS COMO TAMBIN LA EFICIENCIA TRMICA ES MUCHO MS ELEVADA QUE LA TURBINA DE VAPOR, CON GRAN CONFIABILIDAD Y FCIL MANTENIMIENTO OCUPANDO ADEMS DE ELLO POCO ESPACIO
* DEFINICIONES DE LA TURBINA A GAS * LA ENTALPIA * CICLOS DE LA TURBINA A GAS * DISPOSICIONES MECNICAS DE LA TURBINA A GAS * TURBINAS INDUSTRIALES * TURBINAS AERODERIVATIVAS * COMPONENTES DE LA TURBINA A GAS
QUE ES UNA TURBINA A GAS? ES EL TIPO DE TURBINA QUE PROPORCIONA ENERGIA MECANICA A PARTIR DE UN CHORRO DE GASES CALIENTES PROVENIENTES DE LA COMBUSTION DE UN COMBUSTIBLE . EL COMBUSTIBLE PUEDE SER GASEOSO O LIQUIDO, GENERALMENTE DE ORIGEN FOSIL DEFINICIONES DE LA TURBINA A GAS QUE ES UNA TURBINA A GAS? SE CARACTERIZA POR PRESENTAR UNA BAJA RELACIN PESO POTENCIA Y UNA VELOCIDAD DE GIRO MUY ELEVADA, QUE EN FUNCIN DEL TAMAO PUEDE ALCANZAR VELOCIDADES DE HASTA 40.000 RPM, ORIENTA SU UTILIZACIN A LA GENERACIN DE GASES CON ELEVADA ENTALPA QUE PUEDE UTILIZARSE PARA PROPULSIN A REACCIN O PUEDE SER LA ENCARGADA DE ACCIONAR UNA TURBINA DE POTENCIA ACOPLADA A UNA CARGA. DEFINICIONES DE LA TURBINA A GAS ENTALPIA ES LA CANTIDAD DE ENERGA DE UN SISTEMA TERMODINMICO QUE ESTE PUEDE INTERCAMBIAR CON SU ENTORNO. EN UN SIMPLE CAMBIO DE TEMPERATURA, EL CAMBIO DE ENTALPA POR CADA GRADO DE VARIACIN CORRESPONDE A LA CAPACIDAD CALORFICA DEL SISTEMA A PRESIN CONSTANTE. LA ENTALPIA DE COMBUSTIN ES EL CALOR LIBERADO, A PRESIN CONSTANTE, CUANDO SE QUEMA UNA MOL DE SUSTANCIA
DEFINICIONES DE LA TURBINA A GAS DE ESTE MODO LA TURBINA A GAS ESTA FORMADA POR DOS ELEMENTOS PRINCIPALES:
EL PRODUCTOR Y/O GENERADOR DE GASES
LA UNIDAD GENERADORA DE POTENCIA
TURBINA A GAS GENERADOR DE GASES TURBINA DE POTENCIA EQUIPO DE PROCESO CARGA BOMBA GEN. ELECTRICO COMPRESOR DEFINICIONES DE LA TURBINA A GAS EL PRODUCTOR DE GASES ES LA PORCION DE LA TURBINA A GAS ENCARGADA DE PRODUCIR EN FORMA CONTINUA EL CHORRO DE GASES CALIENTES A ALTA PRESION QUE CAUSARAN EL MOVIMIENTO DE LA TURBINA DE POTENCIA, ESTA FORMADO A SU VEZ POR UNO O VARIOS COMPRESORES DE AIRE, LA CMARA DE COMBUSTIN Y LA TURBINA DE EXPANSIN O SUSTENTACIN LA CUAL SOLO SUMINISTRA LA POTENCIA NECESARIA PARA MANEJAR AL COMPRESOR DE AIRE.
COMPRESOR AIRE AXIAL COMBUSTORES TURBINA DEL COMPRESOR DEFINICIONES DE LA TURBINA A GAS RESUMIENDO, LA TURBINA A GAS ES UNA MAQUINA DE ACELERACIN DE FLUIDOS QUE GENERA FUERZAS MOTRICES EN FORMA DE ENERGA MECNICA ROTATIVA O CINTICA A PARTIR DE LA ENERGA CONTENIDA EN UNA CORRIENTE DE GAS.
LA UNIDAD GENERADORA DE POTENCIA ES DONDE SE OBTENDR LA POTENCIA TIL DE LA MAQUINA, DEPENDIENDO DE LA APLICACIN, SER OTRA TURBINA DE EXPANSIN O BIEN UNA TOBERA DE PROPULSIN.
UNIDAD GENERADORA DE POTENCIA EL PRINCIPIO OPERATIVO EN EL CUAL SE BASA CONSISTE EN HACER REACCIONAR UNA MEZCLA DE UN COMBUSTIBLE CON EL AIRE COMPRIMIDO PARA APROVECHAR LA ENERGA QUMICA CONTENIDA EN EL GAS (CICLO BRAYTON) SIGUIENDO EL SIGUIENTE CICLO:
ADMISIN COMPRESIN COMBUSTIN EXPANSIN ESCAPE
EL CICLO BSICO DE BRAYTON EN CONDICIONES IDEALES EST COMPUESTO POR CUATRO PROCESOS:
1-2. COMPRESIN ISENTRPICA EN UN COMPRESOR. 2-3. ADICIN DE CALOR AL FLUIDO DE TRABAJO A PRESIN CONSTANTE EN UN INTERCAMBIADOR DE CALOR O UNA CMARA DE COMBUSTIN. 3-4. EXPANSIN ISENTRPICA EN UNA TURBINA. 4-5. REMOCIN DE CALOR DEL FLUIDO DE TRABAJO A PRESIN CONSTANTE EN UN INTERCAMBIADOR DE CALOR O EN LA ATMSFERA EN LAS APLICACIONES INDUSTRIALES, EN DONDE SE DEBE TENER LA POTENCIA EN UN EJE, ES DECIR, POTENCIA MECNICA, EXISTEN MLTIPLES DISPOSICIONES, AS ENCONTRAMOS EN FUNCIN DEL ACOPLAMIENTO ENTRE LA TURBINA DE POTENCIA Y EL GENERADOR DE GAS:
* TURBINA DE UN SOLO EJE. * TURBINA DE DOS EJES CON COMPRESOR SIMPLE * TURBINA CON COMPRESORES COMPUESTO (TRES EJES) LAS TURBINAS DE UN SOLO EJE POSEEN SOLAMENTE UN COMPRESOR Y UNA TURBINA, A LA CUAL ESTA ACOPLADA LA CARGA Y MANTIENE GIRANDO EL CONJUNTO A LA MISMA VELOCIDAD, SON MUY TILES EN APLICACIONES DE GENERACIN ELECTRICA YA QUE MANTIENEN FCILMENTE LA FRECUENCIA DE GIRO.
GENERACION ELECTRICA LAS TURBINAS DE EJE PARTIDO O DOBLE EJE ADEMS DEL COMPRESOR, CMARA DE COMBUSTIN Y LA TURBINA DE EXPANSIN, OTRA TURBINA DE EXPANSIN ESTA INSTALADA A LA CUAL ESTA ACOPLADA A LA CARGA TURBINAS DE EJE PARTIDO O DOBLE EJE LAS TURBINAS PUEDEN POSEER MAS DE UN COMPRESOR, SE PUEDEN ENCONTRAR DE DOS Y DE TRES COMPRESORES. ES DOBLE CUANDO SE TIENEN DOS COMPRESORES UNO DE BAJA PRESIN MANEJADO POR LA TURBINA DE BAJA DEL GENERADOR DE GAS Y OTRO DE ALTA PRESIN EL CUAL ES MANEJADO POR LA TURBINA DE ALTA DEL GENERADOR DE GAS MONTADOS EN EJES INDEPENDIENTES, ES DE HACER NOTAR QUE DEBE EXISTIR UNA RELACIN DE VELOCIDAD ENTRE AMBOS COMPRESORES ESTABLECIDA POR EL FABRICANTE TURBINAS DE TRES EJES (COMPRESOR AXIAL COMPUESTO)
EN LAS APLICACIONES AREAS SE UTILIZAN DISPOSICIONES MECNICAS DIFERENTES A LAS INDUSTRIALES, SIN EMBARGO EN ESTAS PODEMOS ENCONTRAR EQUIPOS PROPIAMENTE DISEADOS PARA USO INDUSTRIAL Y TURBINAS CUYO DISEO ORIGINAL ES AREO UTILIZADO EN APLICACIONES DE ESTE TIPO, POR LO QUE LAS TURBINAS SE CLASIFICAN EN DOS FAMILIAS :
1- TURBINAS INDUSTRIALES
2- TURBINAS AERODERIVATIVAS
LAS TURBINAS INDUSTRIALES O PARA TRABAJOS PESADOS SE HAN PERFECCIONADO PARA SATISFACER LAS NECESIDADES NORMALES DE LAS PLANTAS INDUSTRIALES, SIN LIMITACIONES DE ESPACIO Y PESO. ESTA TURBINA NORMALMENTE ES DEL TIPO DE UNO O DE DOS EJES, LAS PALETAS Y ALABES DEL COMPRESOR DE LA TURBINA SON DE CONSTRUCCIN FUERTE, LO MISMO QUE LAS TOBERAS; ESTO JUNTO CON LAS RAZONES DE PRESIONES Y TEMPERATURAS MODERADAS EN EL GAS UTILIZADO, PERMITE LARGOS INTERVALOS PARA LAS INSPECCIONES Y MANTENIMIENTO. LOS COJINETES UTILIZADOS PARA LAS TURBINAS INDUSTRIALES DEPENDIENDO DEL FABRICANTE PUEDEN SER DEL TIPO CHUMACERA AS COMO TAMBIN DEL TIPO ANTI-FRICCIN (DE BOLA O RODILLO), DE IGUAL FORMA SE PROVEE UNA GRAN VARIEDAD DE SELLOS EN LA TURBINA ALREDEDOR DE LOS RODAMIENTOS LOS CUALES PREVIENEN QUE EL ACEITE ENTRE EN LAS SECCIONES DE LA TURBINA PUDIENDO CAUSAR TAPONAMIENTO Y COMO CONSECUENCIA DAOS A LOS COMPONENTES.
LA TURBINA TIPO AERODERIVATIVA, ES UN MOTOR DE CHORRO (JET) PARA AVIONES PERO, EN VEZ DE IMPULSAR UN AVIN, MUEVE UNA TURBINA DE POTENCIA. EN STA FORMA, EL MOTOR ES UN GENERADOR DE GAS QUE ENVA GASES A UNA TURBINA CONVENCIONAL DE POTENCIA PARA TRABAJO PESADO.
TURBINAS AERODERIVATIVAS GENERADOR DE GAS TURBINA DE POTENCIA LA UTILIZACIN DE STOS EQUIPOS EN LA INDUSTRIA OFRECE VARIAS VENTAJAS YA QUE LA AVANZADA TECNOLOGA UTILIZADA EN LA AVIACIN Y LOS LABORATORIOS DE INVESTIGACIN Y DESARROLLO ASOCIADOS SE PUEDEN APLICAR PARA OPTIMIZAR EL FUNCIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS UTILIZADOS EN LOS PROCESOS INDUSTRIALES EN EL DISEO DE LAS TURBINAS A GAS SE PUEDEN APLICAR DOS TIPOS DE COMPRESORES DE AIRE:
CENTRIFUGOS RADIALES
CENTRIFUGOS AXIALES
COMPRESOR RADIAL EL COMPRESOR RADIAL ES EL PRIMER DISEO EMPLEADO CON XITO EN LAS TURBINAS DE GAS. EST CONFORMADO POR TRES PARTES PRINCIPALES CONOCIDAS COMO RODETE, DIFUSOR Y MLTIPLE DE DISTRIBUCIN, CADA UNO CON UNA FUNCIN ESPECFICA EN EL PROCESO DE COMPRESIN.
COMPRESOR RADIAL EL AIRE QUE SALE RADIALMENTE Y A GRAN VELOCIDAD DEL RODETE, ES TOMADO POR EL DIFUSOR DONDE LA ENERGA CINTICA DEL AIRE SE TRANSFORMA EN ENERGA POTENCIAL EN FORMA DE PRESIN. EL MLTIPLE DE DISTRIBUCIN RECOGE EL AIRE A PRESIN Y LO ENTREGA A LAS CMARAS DE COMBUSTIN.
EL COMPRESOR DE AIRE CENTRIFUGOS AXIALES LOS COMPRESORES AXIALES ESTN FORMADOS POR DOS SECCIONES: UNA ESTTICA O ESTATOR QUE PUEDE SER DE NGULO FIJO O VARIABLE, Y OTRA ROTATIVA LLAMADO ROTOR, EN AMBAS, ESTN MONTADAS VARIAS FILAS DE ASPAS O ALABES CON FORMA AERODINMICA QUE PERMITEN EL PASO DE FLUJO DE AIRE A TRAVS DE CADA ETAPA DEL COMPRESOR AUMENTANDO LA PRESIN.
CENTRIFUGOS AXIALES EL COMPRESOR DE AIRE Estator EL COMPRESOR DE AIRE Rotor LA FUNCIN ES LA DE ELEVAR LA PRESIN DEL FLUIDO MANEJADO (AIRE), UNA PARTE PARA SER MEZCLADO CON EL GAS PARA LA COMBUSTION Y LA OTRA PARA ENFRIAMIENTO DE SUS COMPONENTES ASI COMO PARA ESTABLECER EL SELLO DE AIRE EN EL SISTEMA DE LUBRICACIN.
POSEE SISTEMAS DE CONTROL PARA PROTEGER AL COMPRESOR DE FENMENOS PRESENTADOS TALES COMO SURGE Y STALL.
SON LOS MAS UTILIZADOS HOY EN DIA EN LAS TURBINAS A GAS.
EL COMPRESOR DE AIRE LA CMARA DE COMBUSTIN ES EL ELEMENTO DENTRO DEL CUAL UNA MEZCLA DE COMBUSTIBLE Y AIRE A ALTA PRESIN SE QUEMA. LOS GASES QUE RESULTAN DEL PROCESO DE COMBUSTIN PASAN A LA TURBINA CON UNA TEMPERATURA UNIFORME. EL COMBUSTIBLE PASA A TRAVS DE LOS QUEMADORES O BOQUILLAS EN FORMA DE SPRAY PARA DISTRIBUIR Y DIRECCIONAR DE FORMA ADECUADA UN PATRN DE LLAMA UNIFORME EN LA CMARA DE COMBUSTIN LA CMARA DE COMBUSTIN Cont. QUEMADORES DE GAS COMBUSTIBLE PROCESO DE COMBUSTIN.
PROCESO DE COMBUSTIN. PROCESO DE COMBUSTIN. PROCESO DE COMBUSTIN. FUNCION:
PROPORCIONAR LOS MEDIOS NECESARIOS PARA UNA ADECUADA MEZCLA DEL AIRE A ALTA PRESIN Y EL COMBUSTIBLE.
QUEMAR EFICIENTEMENTE LA MEZCLA DE AIRE Y COMBUSTIBLE.
ENTREGAR A LA TURBINA LOS GASES CON UNA TEMPERATURA UNIFORME QUE NO SOBRE PASE LOS LMITES DE RESISTENCIA DE LOS MATERIALES CON LOS CUALES ESTN CONSTRUIDOS LOS ALABES DEL ROTOR Y ESTATOR.
FUNCION:
TIPOS: TIPO CAN O CESTOS COMBUSTORES UN SISTEMA DE COMBUSTIN PUEDE TENER UNA O VARIAS CMARAS TIPO CAN, CADA UNA CONFORMADA POR UN INYECTOR DE COMBUSTIBLE, UNA PARED PERFORADA EN FORMA CILNDRICA O TUBULAR (LINER) Y UNA CUBIERTA INDIVIDUAL QUE LA CONTIENE. LAS CMARAS ESTN INTERCONECTADAS POR PEQUEOS TUBOS DE PROPAGACIN DE LLAMA QUE PERMITEN QUE LA COMBUSTIN INICIADA POR LAS BUJAS EN DOS DE LAS CMARAS SE PROPAGUE A LAS DEMS.
CAMARAS DE COMBUSTIN
CMARA DE COMBUSTIN TIPO CESTO O CAN. AIRE GAS GASES DE COMBUSTION TIPO ANNULAR ESTE TIPO DE CMARA DE COMBUSTIN EST REEMPLAZANDO A LOS TIPO CAN-ANNULAR EN LOS MOTORES MS MODERNOS. CONSISTE EN UNA PARED PERFORADA O LINER Y UNA CUBIERTA DISPUESTAS EN FORMA ANULAR. VARIOS INYECTORES SE INSTALAN A LO LARGO DE LA CIRCUNFERENCIA DE LA CMARA DE COMBUSTIN PARA SUMINISTRAR EL COMBUSTIBLE NECESARIO Y DOS BUJAS PROPORCIONAN LA ENERGA PARA LA IGNICIN DE LA MEZCLA.
TIPO ANNULAR DE FLUJO DIRECTO CMARAS DE COMBUSTIN TIPO ANNULAR DE FLUJO INVERSO TIPO CAN-ANNULAR ESTE TIPO DE CMARAS DE COMBUSTIN, ES UNA COMBINACIN DEL CAN Y EL ANULAR RESPECTIVAMENTE, ES AMPLIAMENTE USADO EN LOS MOTORES DE TURBINA DE GAS MODERNOS.
CONSTA DE UNA CUBIERTA EXTERIOR ANULAR QUE CONTIENE VARIAS PAREDES CILNDRICAS PERFORADAS, CADA UNA CON UN INYECTOR DE COMBUSTIBLE E INTERCONECTADAS ENTRE S POR PEQUEOS TUBOS DE PROPAGACIN DE LLAMA.
TIPO CAN-ANNULAR Pieza de transision Toberas de 1ra etapa Alabes de 1ra etapa Alabes de 3ra etapa Alabes de 2da etapa Alabes de 3ra etapa Toberas de 2da etapa Camara de combustion CAMARAS DE COMBUSTIN
CMARA DE COMBUSTIN TIPO CAN ANULAR. LA FUNCIN DE LA TURBINA ES LA DE SUMINISTRAR LA POTENCIA DE EMPUJE AL COMPRESOR AXIAL.
SE ENCUENTRA MONTADA EN EL MISMO EJE DEL COMPRESOR AXIAL Y EXTRAE EL TRABAJO DESDE LA EXPANSIN DE LOS GASES QUE SALEN DE LA CMARA DE COMBUSTIN.
ABSORBE EL 65% DE LA ENERGA CALORFICA QUE SUMINISTRAN LOS GASES EXPANDIDOS YA QUE EL RESTO ES UTILIZADO POR LA TURBINA LIBRE O DE POTENCIA MECNICA PARA IMPULSAR LA CARGA ACOPLADA.
EXISTEN TRES TIPOS DE TURBINAS UTILIZADA TANTO PARA EL PRODUCTOR DE GAS COMO PARA LA TURBINA DE POTENCIA.:
IMPULSO, REACCIN, E IMPULSO/REACCIN.
LA TURBINA DE REACCIN, EL ARREGLO DE TOBERAS GUAS SON DISEADAS PARA ALTERAR LA DIRECCIN DEL FLUJO SIN TOMAR EN CUENTA LOS CAMBIOS DE PRESIN, STO EXPERIMENTA UNA FUERZA DE REACCIN RESULTANTE DESDE LA EXPANSIN Y ACELERACIN DEL GAS.
LA TURBINA DE IMPULSO, LA CADA DE PRESIN A TRAVS DE CADA ETAPA OCURRE EN EL ARREGLO DE LAS VENAS DE LA TOBERA GUA INCREMENTNDO LA VELOCIDAD DEL GAS MIENTRAS LOS ALABES DEL ROTOR DE LA TURBINA EXPERIMENTAN UNA FUERZA DE IMPULSO PROVOCADA POR EL IMPACTO DE LAS MOLECULAS DEL GAS SOBRE LOS ALABES. LA COMBINACIN IMPULSO/REACCIN (RATEAU), ES LA MAS COMNMENTE USADA EN LAS TURBINAS A GAS, EN DONDE ES UN 50% DE IMPULSO Y 50% DE REACCIN PARTES DE LA TURBINA DE ALTA EL ROTOR ES EL ELEMENTO DINMICO DE LA TURBINA , ESTA FORMADO POR EL EJE, EL DISCO Y LOS ALABES LOS CUALES ESTAN INSTALADOS AL DISCO. ES EL ENCARGADO DE TRANSMITIR LA POTENCIA GENERADA HACIA EL COMPRESOR AXIAL.
EL ESTATOR ES EL ELEMENTO ESTACIONARIO DE LA TURBINA, ETA FORMADO POR UNA SERIE DE ALABES ESTACIONARIOS LLAMADOS TOBERAS. LA FUNCIN DEL ESTATOR ES LA DE DIRIGIR EL FLUJO DE GASES CALIENTES HACIA LOS ALABES DEL ROTOR DE LA TURBINA. AL PASAR LOS GASES CALIENTES POR LAS TOBERAS DEL ESTATOR, SUFREN UNA DESPRESURIZACION Y UN AUMENTO DE VOLUMEN (EXPANSIN)Y VELOCIDAD (ENERGA CINTICA) LA CUAL SE TRANSFORMARA A SU VEZ EN ENERGA MECNICA CUANDO LOS ALABES DEL ROTOR SE MUEVAN Y GIREN EL EJE. EL ROTOR EL DISCO TOBERAS ALABES LA TURBI NA DE ALTA PRESI ON COMPRESOR DE AIRE CAMARA DE COMBUSTION TURBINA DEL COMPRESOR GASES DE ESCAPE COMPONENTES DEL PRODUCTOR DE GASES SECCIN DE LA TURBINA A GAS DE GAS DONDE SE EXPANDEN LOS GASES CALIENTES QUE SALEN DEL PRODUCTOR DE GASES, GENERANDO UN TORQUE MECNICO QUE SE UTILIZA PARA MOVER LA CARGA ACOPLADA.
SE ENCUENTRA CONECTADA AERODINMICAMENTE A LA SECCIN DE LA TURBINA GENERADORA DE GAS. UTILIZA EL 35% DE LA ENERGA PROVENIENTE DE LOS GASES CALIENTES QUE SALEN DE LA CMARA DE COMBUSTIN Los cojinetes se clasifican por lo general, segn el tipo de rozamiento que experimentan y por el tipo de carga que soportan.. Segn el tipo de rozamiento se distinguen los cojinetes de friccin o de deslizamiento, y los cojinetes antifriccin o de rodadura. Entre los primeros se cuentan los cojinetes de casquillo completo o buje y los de casquillo partido. Entre los segundos los de bolas o rodillos.
Las chumaceras de pelcula de fluido y de zapata basculante influencian la dinmica de los sistemas rotores de turbo maquinarias, son utilizados por las turbinas industriales. 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 a su vez lubricado. Cojinete Radial 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 angulo para detectar vibraciones.
Cojinete Axial Las altas velocidades rotacionales y las altas temperaturas dentro de un motor de turbina de gas requieren tipos de sellos diferentes a los usados en los motores alternativos. Dado que el engrase se realiza para piezas que tienen movimiento relativo entre s, ser necesario el cerrar el paso del aceite por los espacios que quedan entre las piezas ya que de no hacerlo el aceite se perdera. Tipos de sellos Los tipos de sellos normalmente usados son: sellos de carbn, sellos de laberinto, y una combinacin de los anteriores.
Sellos de Carbn Los sellos de carbn se usan en las aplicaciones donde se permite una mnima prdida absoluta. Estos son sellos tipo friccin en los que el contacto se mantiene entre el elemento de carbn estacionario y una superficie de acero lapeada, o pista.
Sellos de Laberinto Los sellos de laberinto no son sellos de friccin, porque la parte rotativa del sello no realiza su accin de sellado presionando contra la pista estacionaria. El sello de laberinto consiste en una serie de filos de cuchillas que estn muy prximos, pero que no tocan a la regin fija. El sello de laberinto puede instalarse a ambos lados del alojamiento de un cojinete, como se muestra en la figura para evitar la prdida de aceite de lubricacin en la corriente de aire del motor.
Para modificar la potencia de una turbina de gas se deben alterar, principalmente, dos parmetros: el flujo msico que pasa a travs de los labes de la turbina y la temperatura del fluido de trabajo a la entrada del rotor. As mismo, es posible incrementar la eficiencia y la potencia de un ciclo simple recuperando la energa remanente en los gases de escape mediante un recuperador de calor. Este equipo produce vapor que puede ser expandido en el mismo eje de la turbina de gas o en otro eje mediante una turbina de vapor. 1. Factores que afectan el desempeo de las turbinas de gas. 2. Alternativas existentes para incrementar el Rendimiento de la Turbina a Gas. Enfriador Evaporativo Sistema de Inyeccin de Niebla Compresion Humeda Refrigeracion Mecanica
Factores que afectan el desempeo de las turbinas de gas. Las condiciones ambientales de temperatura y humedad relativa son factores importantes para la transformacin de energa trmica en potencia. Dado que la turbina de gas es un motor que respira aire del ambiente, su desempeo cambia con cualquier cosa que afecte el flujo de masa de aire de admisin al compresor, y con mayor razn los cambios en las condiciones de referencia de la Internacional Standards Organization (ISO) de 15C (59F), 60% de humedad relativa y 101.4 kPa (14.7 psia) de presion atmosferica.
Debido a esto, el desempeo de las turbinas de gas vara significativamente con las condiciones locales, y la temperatura ambiente es un factor determinante . Si se disminuye la temperatura ambiente, la capacidad y eficiencia de las turbinas de gas se incrementan, debido a que esta disminucin induce un aumento en la densidad del aire en la succin del compresor y, para una velocidad constante del mismo, esto se traduce en un incremento en el flujo msico.
La presin atmosfrica tiene, igualmente, un efecto importante sobre la capacidad de las turbinas de gas, aunque no sobre su eficiencia. Cuando la presin atmosfrica disminuye, la densidad del aire baja, lo que, a su vez, reduce el flujo de masa hacia la turbina y, por tanto, su capacidad. De igual modo, el aire hmedo, al ser ms denso que el aire seco, tambin afecta la produccin de potencia.
El tipo de combustible tambin influye en el rendimiento. Es as como el gas produce alrededor del 2 % ms de salida de potencia que los destilados del petrleo. Mientras las condiciones de diseo (condiciones ISO) tanto de temperatura como de humedad relativa prevalezcan, las unidades de generacin alcanzarn sus mximas potencias y su mejor heat rate.
Para las turbinas de gas donde el compresor consume hasta el 50 % de la potencia que genera la turbina, las prdidas de potencia se agravan cuando sucede la combinacin de incremento de temperatura ambiente y disminucin de la humedad relativa, el compresor disminuye su eficiencia, con decrementos significativos de su relacin de compresin y por ende la potencia final de la unidad disminuye.
Una manera de contrarrestar este efecto es utilizando los principios termodinmicos para modificar la densidad del aire, adicionando humedad a travs de la inyeccin controlada de agua cuando la turbina de gas est en operacin a plena carga para aumentar la potencia final bajando la temperatura de entrada con aire hmedo a travs de un sistema de niebla.
Este aumento de potencia es un beneficio termodinmico que es realizado en la seccin del compresor de la turbina de gas a travs del calor latente nter enfriado por la evaporacin del agua aadida al aire que ha sido comprimido y que describe una potencia adicional porque reduce el calor de compresin tambin referido como compresin hmeda y agrega flujo adicional al sistema.
La compresin hmeda permite un aumento de potencia en las turbinas de gas por reduccin de la fuerza requerida para comprimir la entrada del aire. La turbina de gas suministra potencia para manejar no solamente al generador sino tambin al compresor de aire. La compresin hmeda ahorra un gasto en la potencia, misma que puede ser usada por el generador de energa elctrica en el porcentaje adicional que requiere el compresor por la disminucin de la densidad del aire, transformndose en mayor potencia total a la salida de la turbina. Cualquier ahorro en la potencia del compresor se traducir en un mayor porcentaje de incremento en la salida del generador y/o compresor.
Alternativas existentes para incrementar el Rendimiento de la Turbina a Gas. Enfriador evaporativo Este sistema reduce la temperatura de una corriente de aire a traves de la evaporacin de agua y es aplicable en lugares donde el aire es calido y es mas efectivo en ambientes secos. El enfriamiento se logra haciendo pasar el aire a traves de un filtro por el cual se escurre agua ,
debido a la baja humedad relativa del ambiente parte del agua liquida se evapora , la energia de la corriente de evaporacin viene del aire por lo que este se enfria. Un enfriador evaporativo incrementa la humedad relativa hasta en un valor alrededor de 85%. Sus ventajas son sus bajos costos iniciales y su operacin. Esquema de un Enfriador evaporativo Sistema de Niebla (Fogging System) Trabaja con el mismo principio del Enfriador evaporativo, pero en lugar de un filtro, trabaja con billones de micro gotas de agua atomizada para el intercambio de energia y es posible alcanzar disminuir la temperatura hasta en 20 F. este sistema eleva la humedad hasta el 100%. Sus costos no son altos y su operacin no es compleja.
Sistema de Niebla (Fogging System) Sistema de Compresin Hmeda La Compresin Hmeda, proporciona un mtodo econmico para aumentar de forma significativa la potencia de una turbina a gas. Incluye un sistema de atomizacin y roci , modificaciones en la lgica de control de la turbina a gas asi como tambin cambios adicionales de tal forma de hacerlos mas seguros y confiables.
El incremento de la potencia viene de la combinacin de los efectos de un enfriamiento de evaporativo , un incremento en el flujo masico y una reduccin en el trabajo del compresor debido a in interenfriamiento en las primeras etapas del mismo . Los incrementos de potencia oscilan entre un 10 y un 25% y son mas confiables que los alcanzados con los sistemas de enfriadores evaporativos y sistemas de niebla ya no dependen de la humedad relativa.
Sistema de Compresin Hmeda Refrigeracin Mecnica (absorcin) Este sistema es capaz de mantener la temperatura del aire a un valor tan bajo como se desee, sin importar las condiciones ambientales. Sus desventajas son el alto consumo de los equipos auxiliares, alto costo inicial y requiere grandes espacios por lo que en algunos casos econmicamente no es viable.
Refrigeracin Mecnica (absorcin) DIFERENCIAS ENTRE TURBINAS INDUSTRIALES Y AERODERIVATIVAS TURBINAS A GAS AERODERIVADAS TURBINAS A GAS CUYO GENERADOR DE GAS PROVIENE DE DISEOS ORIGINALMENTE REALIZADOS PARA APLICACIONES AERONAUTICAS Y HAN SIDO ADAPTADOS PARA APLICACIONES INDUSTRIALES (GE LM-2500, ROLLS ROYCE RB- 211, AVON, )
TURBINAS A GAS INDUSTRIALES TURBINAS A GAS CUYOS COMPONENTES HAN SIDO DISEADOS Y CONCEPTUALIZADOS PARA APLICACIONES INDUSTRIALES ESPECIFICAMENTE (GE FRAME III, V; ALSTOM TB5000, TORNADO; SOLAR CENTAURO, MARS)
EN CUANTO AL CICLO DE TRABAJO: Motor de Avion EMPUJE (TET) TIEMPO
RODAJE
DESPEGUE
CRUCERO
INVERSION DE EMPUJE
RODAJE->DESPEGUE->EMPUJE MAXIMO (TET MAX) ->DESACELERACION PARA ELEVARSE-> CRUCERO->APROXIMACION -> ATERRIZAJE E INVERSION DEL EMPUJE->RODAJE HASTA LA COMPUERTA TET Temperatura de Escape De la Turbina DIFERENCIAS ENTRE TURBINAS INDUSTRIALES Y AERODERIVATIVAS EN CUANTO AL CICLO DE TRABAJO: Motor Industrial CARGA (TET) TIEMPO
CONTINUAMENTE A MAXIMA CARGA CONTINUAMENTE A MAXIMA TEMPERATURA CONTINUAMENTE A MAXIMA VELOCIDAD DE DISENO TET Temperatura de Escape De la Turbina ES POSIBLE QUE CONTINUAMENTE ESTE A CARGA PLENA MATERIALES DE CONSTRUCCION CUALQUIERA QUE SEA EL TIPO DE LA TURBINA DE GAS, SU EFICIENCIA TOTAL DEPENDE DE LAS EFICIENCIAS INDIVIDUALES DEL COMPRESOR Y LA TURBINA, Y DE LA TEMPERATURA MXIMA DE ENTRADA CON LA CUAL SE PUEDE TENER FUNCIONAMIENTO CONTINUO.
CON LA TECNOLOGA ACTUAL, LA EFICIENCIA DEL COMPRESOR Y LA TURBINA HA LLEGADO A ALREDEDOR DEL 90%, Y NO SE CONSIDERA PROBABLE PODER AUMENTARLA. SIN EMBARGO, LOS AUMENTOS EN LA TEMPERATURA MXIMA DE COMBUSTIN SEGURA ES ALGO POR COMPLETO DIFERENTE. LOS CONSTANTES ADELANTOS EN LA TECNOLOGA HAN PERMITIDO SU ELEVACIN Y LA MEJORA CONSECUENTE EN LA EFICIENCIA DE LAS TURBINAS EXISTENTES
PARA LOGRAR ESTE ADELANTO, LOS FABRICANTES SE HAN ENFRENTADO A LOS PROBLEMAS DEL MANEJO DE ALTAS TEMPERATURAS, EN TRES FORMAS BSICAS.
LA PRIMERA ES QUE SE HAN CREADO Y SE SIGUEN PERFECCIONANDO MATERIALES CON ALTA RESISTENCIA A LA RUPTURA POR ESCURRIMIENTO, A TEMPERATURAS ELEVADAS. EN LOS COMPONENTES ROTATORIOS SOMETIDOS A GRANDES ESFUERZOS COMO LOS LABES Y DISCOS DE LA PRIMERA ETAPA, SE UTILIZAN SUPERALEACIONES A BASE DE NQUEL, COBALTO.
EN SEGUNDO LUGAR, CON EL EMPLEO DE REVESTIMIENTOS PROTECTORES DE BARRERA TRMICA PARA LAS TOBERAS Y LABES EN SERVICIO CON ALTAS TEMPERATURAS, SE PUEDE AUMENTAR LA DURACIN DE ESTAS PIEZAS DOS VECES O MS, SEGN SEAN LAS CARACTERSTICAS DEL COMBUSTIBLE. LOS REVESTIMIENTOS INCLUYEN XIDO DE ALUMINIO Y CARBUROS DE TUNGSTENO Y DE CROMO EN ALEACIN CON NQUEL, CROMO Y PLATINO.
UNA TERCERA FORMA, QUE HA DADO LOS MEJORES RESULTADOS EN LA OPERACIN A ALTAS TEMPERATURAS, CONSISTE EN ENFRIAMIENTO POR AIRE PARA LAS TOBERAS, LABES Y DISCOS DE LA TURBINA. EL ENFRIAMIENTO POR AIRE SE HA UTILIZADO EN LAS CMARAS DE COMBUSTIN (COMBUSTORES) ESTACIONARIAS DESDE QUE APARECIERON LAS TURBINAS DE GAS.
PRIMERA INTRODUCCIN DEL PAQUETE ALUMINADOS (CODEP).
1963. INTRODUCCIN DE ALUMINADOS MEZCLADOS LQUIDOS.
1977. INTRODUCCIN DE LOS ALUMINADOS DE PLATINO.
LAS CAPAS SON RELATIVAMENTE DELGADAS (0.003") Y UTILIZADAS EXTENSIVAMENTE EN LOS LABES ESTACIONARIOS Y ROTATIVOS DE LAS TURBINAS A GAS USADAS EN LA AVIACIN. RECUBRIMIENTO ALUMINADO DE NQUEL
Aluminado de Nquel RECUBRIMIENTO ALUMINADO DE NQUEL
INTRODUCIDO PARA LOS LABES DE TURBINA:
M = METAL (ALEACIN DE NQUEL-COBALTO) MS CROMO, ALUMINIO, ITRIO, Y OTROS.
ESPESOR (0.006"-.0.010") - USADO EXTENSIVAMENTE EN LOS LABES ESTACIONARIOS Y ROTATIVOS DE TURBINAS INDUSTRIALES.
PARA MEJORAR LA RESISTENCIA A LA OXIDACIN, SE PUEDE APLICAR EL RECUBRIMIENTO EN UNA CAPA DE MAYOR ESPESOR (GT33 PLUS).
TAMBIN UTILIZADO COMO RECUBRIMIENTO DE ENLACE PARA LA BARRERA TRMICA (TBC). Recubrimiento con MCrAlY
TBC SE DISEA PARA QUE EXISTA UN AISLAMIENTO ENTRE LOS GASES CALIENTES Y LA SUPERFICIE DEL COMPONENTE.
LAS CAPAS CONSISTEN EN UNA ESTRUCTURA A ESTRADOS DE ZR2O3 ESTABILIZADO CON Y2O3, SOBRE UN RECUBRIMIENTO ENLACE OXIDADO DE MCRALY.
ESPESOR (0.005"-.0.012") - USADO EXTENSIVAMENTE EN LOS LABES ESTACIONARIOS Y ROTATIVOS DE TURBINAS. RECUBRIMIENTOS COMO BARRERA TRMICA (TBC)
ROLLS-ROYCE
SIEMENS WESTINGHOUSE
ALSTOM POWER
NUOVO PIGNONE
GE INDUSTRIAL
APLICACIONES TPICAS POR FABRICANTE - Aluminizado a base de nickel, platino aluminizado, barrera trmica.
- Barrera Trmica Cermica (TBC)
- Platino Aluminizado
- Platino Aluminizado
- MCrAlY ( + aluminizado ) TBC. LOS DISEOS DE NUEVOS MATERIALES Y RECUBRIMIENTOS, HAN PERMITIDO OBTENER MAYOR TEMPERATURA DE COMBUSTIN. (2055 F)
LOS AVANCES TERMODINMICOS EN LA ZONA DE ADMISIN DE AIRE SE ORIENTAN A: DISMINUIR LA TEMPERATURA DE ENTRADA DEL AIRE, AUMENTO DEL FLUJO DE AIRE HACIA EL COMPRESOR AXIAL, MEJORAS EN EL REA DE SELLO ENTRE LA DESCARGA DEL COMPRESOR Y LA TURBINA.
CONCLUSIONES LAS MEJORAS EN REEMPLAZO DE SELLOS, REEMPLAZO DE LABES Y RECUBRIMIENTOS EN LOS SELLOS Z, PUEDEN CONLLEVAR A MEJORAR UN 3% EL HEAT RATE DE LA UNIDAD.
EL AUMENTO DEL FLUJO DE AIRE Y TEMPERATURA DE ESCAPE, HAN CONTRIBUIDO A MEJORAR EL RENDIMIENTO DEL CICLO GAS-VAPOR, TOMANDO EN CUENTA QUE LAS EFICIENCIAS DEL CICLO COMBINADO PUEDEN ALCANZAR UN 60%.
EL RECUBRIMIENTO CON MAYOR AVANCE EN EL MERCADO DE LAS TURBINAS A GAS AERODERIVATIVA E INDUSTRIAL ES EL Y2O3 Y EL ZR2O3.