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TURBINA DE GAS

Una turbina de gas es turbomáquina térmica motora accionada por la expansión de los gases calientes; es decir, 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.

En las turbinas de gas, el rendimiento está muy lejos de igualar el de los motores alternativos, y aun a veces, el de las turbinas de vapor; esto es debido a que:

Existe una cierta dificultad para construir compresores rotativos que permitan alcanzar elevadas relaciones de compresión.

Existe una cierta dificultad de conseguir materiales que soporten temperaturas elevadas, al tiempo que mantienen unas determinadas características técnicas.

1. Funcionamiento básico.

La 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.

Existen tres criterios fundamentales para clasificar la Turbina de Gas:

A. SEGÚN CICLO TERMODINÁMICO DE FUNCIONAMIENTO:

1. Ciclo Abierto: El fluido que se comprime es del aire tomado del medio ambiente. Los gases de escapes son vertidos a la atmosfera.

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

3. Ciclo Regenerativo: Se aprovechan los gases turbinados para precalentar el aire antes de ponerlo en contacto con el foco caliente.

4. Los más utilizados en aplicaciones de cogeneración son las de ciclos abiertos y simples. Los componentes principales de este tipo de turbinas de gas son:

 Compresor (de una o varias etapas).

 Cámara de combustión.

 Turbina (de una o varias etapas).

EL PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO ES EL SIGUIENTE:

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

En las turbinas de gas de circuito abierto se cumplen una serie de requisitos:

 No existen piezas en movimiento alternativo, por lo que es muy fácil realizar el equilibrado.

 Tienen gran velocidad de rotación, entre 3.000 y 30.000 rpm.

 Tienen un par regular sin necesidad de volante.

 Tienen buena adaptación a las grandes expansiones, y por lo tanto, a los grandes volúmenes de fluido.

 Producen grandes potencias en poco espacio.

B. SEGÚN APLICACIÓN:

Propulsión aérea, marítima y ferroviaria. Generación eléctrica. Bombeo en gaseoducto.

C. SEGÚN NÚMERO DE EJES: MONO-EJE O MULTIEJE.

Como parámetros más críticos en el diseño de una turbina de gas, se puede destacar; la temperatura del aire aspirado por el compresor, la temperatura de los gases a la salida de la cámara de combustión y los rendimientos en la turbina y en el compresor. Existen otros parámetros también relevantes, como el rendimiento de la cámara de combustión, las pérdidas mecánicas, las pérdidas de carga en el fluido, etc.

Otras características fundamentales son: elevada relación potencia/peso, no necesitan refrigeración por agua, arranques rápidos, posibilidad funcionamiento automático, controlado remotamente.

Las turbinas de gas funcionan con un importante exceso de aire (entre un 275 y un 500%) con el objetivo de evitar que las elevadas temperaturas que se alcanzan tras la combustión (del orden de 1.000 a 1.300ºC) puedan afectar las características mecánicas de los rodetes de las turbinas.

Los combustibles empleados pueden ser tanto gaseoso (Gas Natural., GLP…), como líquidos (gasóleo, fuelóleo o gasolinas). Tanto el combustible como el aire comburente deben estar tratados para limpiarlos de impurezas, partículas sólidas y azufre (en el caso de los combustibles líquidos).

Puesto que la combustión se realiza a alta presión la alimentación del combustible debe ser a presión (entre 8 y 24 bar). Si el gas canalizado no alcanza estas presiones deben utilizarse equipos de compresión del gas.

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