Ingenieria

TURBINAS DE GAS

Una turbina de gas es una turbo máquina destinada a la generación de energía eléctrica o trabajo en las plantas térmicas o en las de cogeneración, así como en los campos aeronáuticos y marítimos

TIPOS DE TURBINAS DE GAS

Las instalaciones de turbinas de gas peden ser abiertas o cerradas. En las de tipo abierto, los productos de la combustión fluyen a través de la turbina junto con la corriente de aire. Para diluir los productos de la combustión hasta una temperatura que pueda resistir el rodete de la turbina (649 - 982)ºC, es necesario un elevado porcentaje de aire. Este diseño ofrece las ventajas de requerir un control simple y poseer un sistema hermético. Puede diseñarse par. En las instalaciones de tipo cerrado, los productos de la combustión no pasan a través de las turbinas, sino por un intercambiador de calor. Los gases que atraviesan la turbina trabajan en circuito cerrado y sucesivamente se comprimen, calientan, expansionan, y enfrían. Las instalaciones cerradas permiten quemar cualquier tipo de combustible en el combustor. Sin embargo, se necesita un intercambiador de calor. Este tipo de instalaciones esta limitado a las turbinas estacionarias.

PARTES

Una turbina de gas consta básicamente de un compresor de aire, una cámara de combustión o combustor, la turbina y, para mejorar el rendimiento, un regenerador.

 El compresor: Esta ubicado en la sección frontal de la turbina y es el elemento por el cual se introduce en forma forzada el aire desde el exterior. Esta pieza, por la disposición de sus aletas, permite que el flujo sea "aspirado" hacia el interior de la turbina. Es de flujo axial para grandes turbinas por su elevado rendimiento y capacidad. Para pequeñas turbinas se han usado con éxito compresores centrífugos.

 La cámara de combustión o combustor: Se fabrican de tipo cilíndrico (can type) o en forma de anillo (annular type). Debe llevar el gas a temperatura uniforme con mínimas diferencias de presión. Generalmente se fabrican metálicos y se enfrían con el aire entrante, pero también se están construyendo de cerámica, para lograr una mayor eficiencia térmica.

 Los regeneradores: Transmiten el calor de los gases de escape del aire de los compresores. Aumentan rendimiento pero también volumen, peso y costo. Debido a su gran tamaño, no son aconsejables para la industria aeronáutica

 Las turbinas: Son casi siempre de flujo axial (axial flow), excepto algunas de pequeñas dimensiones que son de flujo radial (radial flow) dirigido hacia el centro.

 La tobera del escape: Para favorecer el constante flujo del aire en el interior de la turbina y poder dirigir efectivamente el aire proveniente de su rueda, se utiliza un aditamento cónico. Esta tobera de escape aumenta considerablemente el empuje del motor.

 Accesorios: También posee varios dispositivos auxiliares tales como filtros, dispositivos de regulación de velocidad, de lubricación, de alimentación, del combustor y de puesta en marcha. Estos dispositivos dependen de las características de velocidad y de la relación peso / potencia.

FUNCIONAMIENTO

Corte de una turbina de gas pequeña.

Ignitor plug: Bujía de encendido.

Burner: Quemador

Exhaust: Exhosto

Turbine wheels: Ruedas de la turbina

Turbine nozzles: Toberas

Bearings: Cojinetes

Oil feed: Alimentación de combustible

Combustion chamber liner: Cámara de combustión (recubrimiento)

Oil return: Retorno.

Air scroll: Cámara de circulacián de aire

Starter motor: Iniciador

Fuel control: Control de combustible

Gearbox: Caja de velocidades

Air intake: Toma de aire

Compressor wheel: Rueda del compresor

Diffuser: Difusor

Se toma aire atmosférico a través de la admisión del compresor desde donde se envía aire comprimido a la cámara de combustión (en rojo en la figura) en la cual el combustible entra con un caudal constante y se mantiene en llama continua (Las flechas en el dibujo indican la dirección del flujo). La ignición inicial se obtiene generalmente por medio de una chispa (Dispositivo de puesta en marcha). El aire, calentado en la cámara de combustión o combustor, se expande a través de toberas o paletas fijas y adquiere una elevada velocidad. Parte de la energía cinética de la corriente de aire es cedida a los álabes o cangilones de la turbina. Una fracción de esta energía se emplea para accionar el compresor y el resto para producir trabajo.

En la operación de las turbinas de gas se presentan varias limitaciones de índole práctica, las cuales determinan gran parte de la actuación de esta clase de máquinas. Entre estas limitaciones merecen citarse la temperatura y velocidad de los álabes, el rendimiento del compresor, el rendimiento de la turbina y la transferencia de calor (en ciclos con regeneración.

COMBUSTIBLES:

El GAS NATURAL (una forma primordial del metano) es el combustible ideal para las turbinas de gas. Los aceites ligeros destilados forman un combustible apropiado. Los combustibles con azufre, sal o vanadio pueden provocar corrosión a menos que sean lavados con agua y se traten las superficies con aditivos anti-corrosivos. También se ha utilizado carbón pulverizado pero no se han obtenido resultados satisfactorios.

CICLOS

1-2 Compresión Isentrópica

2-3 Adición de energía a P constante

3-4 Expansión isentrópica

4-1 Cese de energía a P constante

Para este ciclo:

h = 1 - T2 / T1

= 1 - (V2 / V1) k-1

= 1 - 1 / ( p2 / P1 )1-1/h

P = Presión absoluta

T : Temperatura

V : Volúmenes

K : Cq, Cv. En este caso (aire) = 1.4

Planta Centro

CADAFE cuenta con una planta termoeléctrica ubicada en Morón, estado Carabobo, denominada Planta Centro, la cual está en operación desde 1978. Es el complejo termoeléctrico más grande de América Latina. Tiene una capacidad instalada de generación de 2.000 MW, a través de cinco unidades de 400 MW cada una. Es una estación térmica que utiliza agua, aire y combustible (fuel-oil) como materia prima.

Las cinco unidades fueron construidas originalmente para funcionar con fuel-oil, con el objeto de aprovechar la cercanía de la refinería El Palito. Su diseño y construcción estuvieron determinados por las necesidades de uso de combustible residual de la Refinería El Palito, así como definiciones de política de consumo interno de hidrocarburos que consideraban la no utilización de gas natural para la generación eléctrica.

Planta Josefa Camejo

Alcance:

El Proyecto comprende la construcción de: 8 Líneas de Transmisión (120 km), 3 subestaciones (216 MVA de Transformación), Ampliación de 2 Subestaciones (09 Alimentadores) y cambio de conductor de línea de 10 km. Primera etapa: culminación de la S/E Josefa Camejo.

Impacto social:

Proyecto estratégico nacional beneficiando 200 mil usuarios. Ampliar la red de transmisión para aprovechar la energía generada de la planta Josefa de camejo. Mejorar la Calidad y Confiabilidad del servicio eléctrico. Soportar el crecimiento de la demanda eléctrica del sector petrolero (Complejo Refinador Paraguaná) ‏

Planta Termoeléctrica Termobarrancas, Venezuela

Descripción:

Diseño y construcción de una planta termoeléctrica mediante turbogenerador a combustión y la correspondiente subestación de 230 kV, ubicadas en Obispos, estado Barinas. Interconexión de las instalaciones al Sistema Eléctrico Nacional mediante una línea de 230 kV y ampliación de la vecina subestación Barinas IV de CADAFE. El combustible que se utilizará es gas combustible proveniente del campo Sipororo de Repsol YPF

Alcance:

Instalación de la planta de generación y su subestación de 230 kV, inicialmente equipada con un turbogenerador marca GE modelo 7FA con capacidad de 171 MW (ISO) y sus equipos auxiliares. También contempla el desarrollo de la infraestructura y los servicios de planta necesarios para su operación y mantenimiento, incluyendo movimiento de tierra, drenajes, fundaciones para el turbogenerador y sus auxiliares, transformador elevador 18/230 kV, sala de control, edificio de la subestación MT, patio de 230 kV, edificio casa de mando para la subestación 230 kV, almacén de repuestos, caseta de vigilancia, sistemas para aporte y tratamiento de agua, agua de servicio, sistema contra incendio, suministro de aire comprimido, electricidad y manejo de efluentes

Modalidad:

IPC, incluyendo el transporte desde los Estados Unidos de los turbogeneradores y sus equipos auxiliares, los cuales han sido adquiridos por Termobarrancas.

Ingeniería:

Las ingenierías básica y de detalles fueron desarrolladas por Inelectra en sus oficinas de Caracas, incluyendo toda la obra civil, las subestaciones, las instalaciones de tuberías, electricidad e instrumentación para operación del turbogenerador y los servicios auxiliares, así como

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