TURBINAS A GAS
EDUARDO SANES
CICLO
TERMODINAMIC
O BRAYTON
CICLO BRAYTON DE
TURBINAS A GAS
En el año 1873 GEORGE BRAYTON (1830 – 1892) expuso el principio de
funcionamiento del cicl...
COMPRESOR
COMPRESOR DE LA TURBINA
A GAS
Compresor Centrífugo Compresor Axial
Se encarga de comprimir el aire, antes de introducirlo ...
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
COMPRESOR CENTRIFUGO
Las ventajas:
 Barato y fácil de construir
 Más robusto (menos susceptible a...
ÁLABES GUÍAS DE INGRESO
(IGV)El aire al entrar en la primera
etapa del compresor es
orientado por los álabes guías
de entr...
PRINCIPALES AVERIAS EN
COMPRESORES
× Suciedad (fouling).
× Congelación de agua en las
primeras filas de álabes fijos
(Icin...
CAMARA DE
COMBUSTION
CÁMARA DE COMBUSTIÓN
El objetivo de la cámara de
combustión es contener la
mezcla de aire – combustible y
extraer el máxim...
TIPOS DE CAMARA DE
COMBUSTION
TIPO CAN
Primeros motores de compresores axiales,
actualmente sólo se utilizan en compresore...
TIPO ANULAR
Se utilizan en compresores axiales, sólo un tubo y aprovecha más el espacio (más cantidad de masa
de aire). Se...
CAMARA ANULAR
Inconvenientes
× Distribución de combustible
menos uniforme a pesar de
utilizar tantos inyectores
(sección m...
CAMARA ANULAR
TIPOS DE CAMARA DE
COMBUSTION
CAN – ANULAR
Es una mezcla de la can y la anular, la parte anterior de esta cámara es idénti...
CAN – ANULAR
Tampoco se tiene la
desventaja que se
presenta en los
conjuntos de cámaras
individuales de falta de
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PARTES DE LA CÁMARA DE
COMBUSTIÓN CAN - ANULAR
Fuel Nozzle
Assembly
Combustor
Basket
Transition
Piece
"C" Ring
Flashback
Thermocouple
Preparado por
Alejandro Ayras
AVERÍAS TÍPICAS EN
CÁMARA DE COMBUSTIÓN
× Temperatura excesiva (Overfiring).
× Pulsación de llama (pulsation).
× Apagado d...
TURBINA
TURBINA
El objetivo de la Turbina es pasar la energía de los gases de la
combustión, en energía mecánica para mover el com...
LOS ALABES DE
LA TURBINA
ALABES
 Diseño que debe soportar gran estrés térmico.
 Refrigeración de los álabes el calor es ...
ALABES MOVILES
(BLADES)
ALABES FIJOS (VANES)
AVERÍAS TÍPICAS EN LA
TURBINA
× Rotura de álabes.
× Fisuras en álabes.
× FOD y DOD.
× Temperatura excesiva
(Overfiring).
×...
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Turbinas a gas

  1. 1. TURBINAS A GAS EDUARDO SANES
  2. 2. CICLO TERMODINAMIC O BRAYTON
  3. 3. CICLO BRAYTON DE TURBINAS A GAS En el año 1873 GEORGE BRAYTON (1830 – 1892) expuso el principio de funcionamiento del ciclo que lleva su nombre. Si bien se le llama ciclo termodinámico, en realidad el fluido de trabajo no realiza un ciclo completo dado que el fluido que ingresa es aire y el que egresa son gases de combustión, o sea en un estado diferente al que se tenia cuando se inició el proceso, por eso se dice que es un “ciclo abierto”. Las turbinas a gas son máquinas térmicas rotativas de combustión interna a flujo continuo cuyo esquema se representa en la siguiente figura.
  4. 4. COMPRESOR
  5. 5. COMPRESOR DE LA TURBINA A GAS Compresor Centrífugo Compresor Axial Se encarga de comprimir el aire, antes de introducirlo en la cámara de combustión. El empuje aumenta cuanto mayor es la compresión (mayor ratio de compresión).
  6. 6. VENTAJAS Y DESVENTAJAS COMPRESOR CENTRIFUGO Las ventajas:  Barato y fácil de construir  Más robusto (menos susceptible al FOD, pérdida del compresor y surge1).  Eficiente para aplicaciones pequeñas (pequeños reactores, turbo-hélice).  Es más pequeño y pesa menos. Las desventajas:  Sección frontal elevada.  RC bajos. COMPRESOR AXIAL Las ventajas:  Mayor gasto másico (G). Por tanto, mayor empuje.  Mayor relación potencia/peso.  Mayores RC.  Mayor eficiencia (80-90% comparado con el 75- 80% de los centrífugos). x Las desventajas:  Gran complejidad.  Elevado coste.  Más susceptible a FOD, pérdida de compresor y
  7. 7. ÁLABES GUÍAS DE INGRESO (IGV)El aire al entrar en la primera etapa del compresor es orientado por los álabes guías de entrada de manera que fluya en la dirección correcta para ser recogido por los álabes de rotor. Los álabes guías de entrada son similares a los álabes de estator, pero están diseñados para tener un efecto mínimo sobre la velocidad o presión del aire que entra. En la mayoría de los motores los álabes guías de entrada son fijos, pero en algunos estos son variables y pueden ajustar su ángulo automáticamente para minimizar la posibilidad de
  8. 8. PRINCIPALES AVERIAS EN COMPRESORES × Suciedad (fouling). × Congelación de agua en las primeras filas de álabes fijos (Icing). × Compressor surge. × Entrada de un objeto extraño (FOD) o rotura de elemento interno (DOD). × Fracturas en álabes (cracking). × Roces entre álabes móviles y estator (rubbing)
  9. 9. CAMARA DE COMBUSTION
  10. 10. CÁMARA DE COMBUSTIÓN El objetivo de la cámara de combustión es contener la mezcla de aire – combustible y extraer el máximo poder calorífico con una presión constante. La energía necesaria para hacer funcionar el motor se extrae del combustible mediante un proceso termodinámico de combustión que tiene lugar en la cámara de combustión. La energía calorífica que se produce en este proceso es comunicada al flujo de aire (y gases producto de la combustión) que atraviesa el AIRE PRIMARIO: El 20% del aire se utiliza en la combustión, mezclado con combustible. Propósito combustión. AIRE SECUNDARIO: El 20% del aire entra por unos agujeros que entran en la cámara, creando unos torbellinos al mezclarse con el aire primario y el combustible hacen que explosione mejor. Propósito formación de vórtices (mejorar combustión). AIRE TERCIARIO: El resto del aire que no entra por los agujeros, se mezcla con el aire que sale a 2000ºC para
  11. 11. TIPOS DE CAMARA DE COMBUSTION TIPO CAN Primeros motores de compresores axiales, actualmente sólo se utilizan en compresores centrífugos. Situada alrededor del eje en el hueco entre el compresor y la turbina. Inconvenientes × Pérdida de masa de aire (división viene del compresor) × Pérdida de eficiencia de combustión porque hay menos aire. Tubo de salida doblada para reducir la longitud del motor, pero por otro lado aumenta sección transversal (anchura), se utiliza en aeronaves que necesiten motores compactos (helicópteros). Motores de compresor centrífugo (más grandes y anchos, aprovechamos anchura para quitarle longitud).
  12. 12. TIPO ANULAR Se utilizan en compresores axiales, sólo un tubo y aprovecha más el espacio (más cantidad de masa de aire). Serie de inyectores de combustible (entre 12 y 20) situados en la periferia. Ventajas  Espacio turbina y compresor se aprovecha al máximo, sección frontal puede ser más pequeña.  Rendimiento más alto al estar todo dentro de la CC, la mezcla aire-combustible se mezcla mejor.  Menores pérdidas de presión  Mejor refrigeración gases durante la combustión.  Longitud 75% menor que la tubular.  El combustible no quemado se elimina y el CO (tóxico) se convierte en CO2 (no tóxico).  Consiguen una buena refrigeración de los gases de combustión y bajas perdidas de carga TIPOS DE CAMARA DE COMBUSTION
  13. 13. CAMARA ANULAR Inconvenientes × Distribución de combustible menos uniforme a pesar de utilizar tantos inyectores (sección más grande). × Estructuralmente más débil: Única lámina, más fina, el calor (al ser mayor) la debilita más; se puede producir deformaciones de las paredes por la combustión. × Mayor tiempo y costo de mantenimiento. × Distribución de temperaturas y mezcla aire/combustible es menos uniforme que en las CAN - ANULAR.
  14. 14. CAMARA ANULAR
  15. 15. TIPOS DE CAMARA DE COMBUSTION CAN – ANULAR Es una mezcla de la can y la anular, la parte anterior de esta cámara es idéntica al conjunto de cámaras individuales, y termina conectando al final con un conducto anular análogo al de la parte posterior de las cámaras anulares, que es el que se encarga de recoger y homogeneizar antes de que entren en la turbina los gases de combustión producidos en cada una de las partes individuales (piezas de transición). Se tiene aquí la misma ventaja que en el conjunto de cámaras individuales de que la parte anterior de cada una de los tubos de llama independientes puede ser desmontada para su mantenimiento sin necesidad de desmontar el motor. Además cada parte similar a las cámaras individuales es más corta que era en estas, con lo que las pérdidas de presión en ellas (una de las desventajas de las cámaras independientes) también es menor.
  16. 16. CAN – ANULAR Tampoco se tiene la desventaja que se presenta en los conjuntos de cámaras individuales de falta de homogeneidad de temperatura de los gases a la salida de la cámara cuando falla alguno de los inyectores, puesto que esa homogeneidad se consigue, incluso en caso de que falle, en la parte anular de la cámara.
  17. 17. PARTES DE LA CÁMARA DE COMBUSTIÓN CAN - ANULAR
  18. 18. Fuel Nozzle Assembly Combustor Basket Transition Piece "C" Ring Flashback Thermocouple Preparado por Alejandro Ayras
  19. 19. AVERÍAS TÍPICAS EN CÁMARA DE COMBUSTIÓN × Temperatura excesiva (Overfiring). × Pulsación de llama (pulsation). × Apagado de llama (flameout). × Rotura en la pieza de transición. × Rotura de las toberas de inyección de gas.
  20. 20. TURBINA
  21. 21. TURBINA El objetivo de la Turbina es pasar la energía de los gases de la combustión, en energía mecánica para mover el compresor, y el remanente de la energía cinética para generar energía eléctrica en el generador. Extrae la energía de los gases calientes (potencial + cinética) y la convierte en energía mecánica. Gracias a esta energía, la turbina incrementa la velocidad y transmite ese movimiento al compresor y al generador. Turbina, ciclo de expansión:  ↑ Velocidad  Tª disminuye  ↑ Volumen  Presión disminuye Pérdidas La media de pérdidas del motor de turbina es del 8%. Es sistema muy eficiente. Las pérdidas se resumen en: × 3,5% álabes; × 1,5% aletas de guiado; × 2% sistema de escape.
  22. 22. LOS ALABES DE LA TURBINA ALABES  Diseño que debe soportar gran estrés térmico.  Refrigeración de los álabes el calor es transferido desde la superficie del álabe al aire refrigerante mediante métodos convectivos, o por el paso de aire por la superficie interna a través de orificios existentes en los álabes.  Materiales: Aleaciones en base a Niquel. Pequeños contenidos de cromo mejoran mucho su resistencia a la corrosión.  Se utilizan álabes monocristalinos para evitar problemas de bordes de granos, que por las condiciones de operación generan problemas de
  23. 23. ALABES MOVILES (BLADES)
  24. 24. ALABES FIJOS (VANES)
  25. 25. AVERÍAS TÍPICAS EN LA TURBINA × Rotura de álabes. × Fisuras en álabes. × FOD y DOD. × Temperatura excesiva (Overfiring). × Pérdida de material cerámico (TBC Expalation).
  26. 26. TURBINA A GAS SIEMENS SGT6 5000F (4)
  27. 27. CENTRAL TERMICA A GAS

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