Plantas a gas

1. Universidad Nacional Experimental de Táchira
Departamento de Ingeniería Mecánica
Núcleo de Termofluidos
Plantas de Potencia
PLANTAS A GAS
Integrantes:
Chacón Hernández Juan Pablo
C.I. V-24.820.685
Gonzalez Mattie Alejandro Ramon
C.I. V-24.147.414
Moreno Peña Edgar Antonio
C.I. V-23.558.058

2. CICLO SIMPLE DE UNA TURBINA DE GAS
• El ciclo de una turbina de gas, sigue simplemente el modelo del ciclo abierto
de Brayton.
• El aire atmosférico entra a la carcasa de admisión del compresor axial (1), dicho aire va
atravesando consecutivamente todas las etapas del compresor saliendo comprimido, por la
descarga del mismo, hacia la cámara de combustión (2).

3. CICLO SIMPLE DE UNA TURBINA DE GAS
• En dicha cámara se une junto con el combustible y mediante un elemento de ignición, que
por lo regular es una chispa eléctrica, se genera la combustión formándose así los gases
calientes, los cuales van saliendo (3) hacia la admisión de la turbina de expansión.

4. CICLO SIMPLE DE UNA TURBINA DE GAS
• En la turbina de fuerza o potencia, ésta energía calorífica es transformada en energía
mecánica, ya que los gases a alta temperatura provenientes de la cámara de combustión
inciden a alta velocidad a través de las diferentes etapas de la turbina, haciendo que éstas
le den movimiento al eje de la turbina de gas. Luego que estos gases han cumplido su
cometido a lo largo de las etapas de la turbina, salen por la sección de escape (4), hacia la
atmósfera nuevamente.

5. CICLO SIMPLE DE UNA TURBINA DE GAS
• Para el caso de los ciclos cerrados, los procesos de compresión y expansión permanecen
iguales, pero el proceso de combustión se sustituye por uno de adición de calor a presión
constante, en un intercambiador de calor, desde una fuente externa, y el proceso de escape
se reemplaza por uno de rechazo de calor a presión constante, a través de otro
intercambiador de calor, hacia el aire ambiente.

6. CICLO SIMPLE DE UNA TURBINA DE GAS
• El ciclo Brayton ideal está integrado por cuatro procesos internamente reversibles:
• Proceso 1-2: Compresión adiabática reversible (en el compresor).
• Proceso 2-3: Adición de calor a presión constante (en la cámara de combustión o en el
intercambiador de calor).
• Proceso 3-4: Expansión isentrópica (en la turbina).
• Proceso 4-1: Rechazo de calor a presión constante (a la atmósfera o al intercambiador de
calor).

7. ANÁLISIS TERMODINÁMICO DEL COMPRESOR
• Los compresores que se utilizan en las plantas a gas, están formados fundamentalmente
por un rotor provisto de álabes, que gira dentro de una carcasa herméticamente cerrada, de
forma que produce un gradiente de presión entre la entrada y la salida del compresor, en
virtud de la acción de los alabes del rotor.

8. ANÁLISIS TERMODINÁMICO DEL COMPRESOR
• Diagrama h-s del proceso de compresión en un compresor, en el cual se detallan los
diferentes estados termodinámicos y los procesos que se llevan a cabo tanto en la forma
ideal como en la real, que permiten visualizar el concepto de eficiencia para los
compresores.

9. ANÁLISIS TERMODINÁMICO DE LA CAMARA
DE COMBUSTIÓN
• La adición de calor se asume que se lleva a cabo a presión constante, por lo general en una
cámara de combustión se le entrega calor al fluido de trabajo, como consecuencia de la
combustión del combustible.

10. VENTAJAS EN LA UTILIZACION DE LAS
PLANTAS DE GAS
• Rápida respuesta a cambios de carga.
• Operan con variedad de combustibles.
• Bajo costo inicial.
• Fácil de silenciar.
• No dependen de un sistema de agua de enfriamiento.
• Los humos son casi invisibles.
• Son equipos integrales, modulares y de disposicisión inmediata.
• Con respecto a las turbinas hidráulicas, no sufren posibles fallas en los meses de verano.
• Relativamente requieren poca área para ser instaladas.
• Son ideales para ayudar en las horas pico de un sistema eléctrico.
• Son fáciles de re-arrancar.
• Son de fácil control.

11. • Presentan gran consumo específico de combustible.
• Debido a las altas temperaturas desarrolladas, necesitan estar construidas en sus puntos
críticos, de materiales especiales de alto valor económico.
• Presentan fallas en sus equipos de control y parte eléctrica.
DESVENTAJAS EN LA UTILIZACION DE LAS
PLANTAS DE GAS

12. APLICACIONES DE LAS TURBINAS DE GAS
• Plantas tipo JET (turborreactores) para energía eléctrica.
• Plantas de emergencia en centros de carga.
• Para la producción combinada de energía eléctrica y de aire a presión para ser usado en
altos hornos.
• Para la producción conjunta de energía eléctrica y calefacción.
• Transporte de gas por tuberías, en la industria petroquímica, en la industria petrolera, en
locomotoras, en la industria automotriz y como fuente energética de ciertos sistemas
mecánicos.

13. APLICACIONES DE LAS TURBINAS DE GAS
• Para la producción de energía eléctrica en ciclos combinados con plantas a vapor.

14. COMPONENTES BASICOS Y SU
FUNCIONAMIENTO EN LAS TURBINAS DE GAS
DISEÑO BÁSICO DE UNA CÁMARA DE COMBUSTIÓN PARA
UNA MICRO TURBINA A GAS

15. LOS COMPRESORES
• El compresor es el primer elemento mecánico básico en el ciclo de las turbinas de gas, las
cuales tiene una extensa aplicación hoy en día tanto en los turborreactores de los modernos
aviones, así como en la generación de energía en las plantas de gas, para cubrir picos de
la curva de demanda, por su rápida puesta en servicio.
• Están constituidos fundamentalmente por un rotor provisto de álabes, que gira dentro de una
carcasa de hierro fundido o de acero herméticamente cerrada, de forma que pueda
producirse un gradiente de presión entre la entrada y la salida de la máquina en virtud de la
acción de los álabes del rotor sobre el fluido.
• En las plantas de gas se usan dos tipos de compresores: CENTRIFUGOS Y AXIALES.

16. COMPRESORES CENTRIFUGOS
• Consisten fundamentalmente en una carcasa inmóvil que contiene en su interior un
rodete que al girar imprime una gran velocidad al aire, mas una serie de conductos
divergentes fijos en los cuales el aire se desacelera con el consiguiente aumento de
presión estática.
Rotor de un compresor centrífugo Compresor centrífugo de un escalonamiento

17. Tipos de impulsores centrífugos
Impulsor abierto con álabes
radiales a la salida, y con inductor
de álabes curvados hacia delante.
Impulsor abierto con álabes
curvados hacia atrás, y con inductor
de álabes curvados hacia delante.

18. Tipos de impulsores centrífugos
Impulsor tipo cerrado con
álabes curvados hacia atrás en
todo su desarrollo

19. Tipos de impulsores centrífugos
Diferentes tipos y tamaños de impulsores centrífugos. Impulsor y difusor de un compresor
centrífugo.

20. Compresores Centrífugos de múltiples etapas

21. Compresores Centrífugos de múltiples etapas

22. Ventajas de los turbocompresores centrífugos
• Más robustez y, por lo tanto, mayor seguridad en la operación.
• Menor número de escalonamientos para la misma relación total de presiones. La ganancia
por peso es mayor.
• Presentan mayor facilidad para alojar ínter refrigeradores.
• Mayor estabilidad en su funcionamiento. El fenómeno de oscilación es menos notorio.
• Alcanzan presiones de trabajo más altas, hasta de 400 bar. Los axiales están limitados a 50
bar.
• La curva de rendimiento es más plana, por ser menos sensible a los efectos de incidencia
del fluido sobre los álabes en el trabajo a carga parcial y sobrecarga.

23. COMPRESORES AXIALES
• La función del compresor axial, es
aumentar la presión del aire
atmosférico que es introducido a él,
hasta llevarlo a la presión total
requerida en la cámara de combustión,
según las especificaciones del
fabricante. En el compresor axial, el
flujo de los gases es paralelo al eje de
la máquina y no cambia de sentido
como en los compresores centrífugos.

24. COMPRESORES AXIALES
• Sus componentes fundamentales son un
rotor que soporta los álabes móviles y un
estator que soporta las filas de álabes fijos,
los cuales sirven para recuperar en forma de
aumento de presión parte de la energía
cinética comunicada al fluido por los álabes
del rotor y también para dirigir al flujo con el
ángulo adecuado para su incidencia en la
siguiente fila de álabes móviles.

25. ENSAMBLE DE COMPRESORES AXIALES

26. Ventajas de los compresores axiales
• Mejor rendimiento trabajando en condiciones de diseño.
• Para la misma potencia, el axial es de menor tamaño y peso, lo que aumenta la velocidad
de giro. Esta ventaja es muy importante en ciertos servicios, sobre todo en las turbinas de
gas usadas en la aviación, donde tienen excelente aplicación.
• Permiten manejar mayores caudales de fluido que los centrífugos, lo que significa una gran
ventaja en su aplicación a los motores de turbinas de gas, ya que se pueden obtener
mayores potencias de estas máquinas.

27. CÁMARA DE COMBUSTION.
 combustión lo más completa posible
 se forma a partir de la inyección del
combustible líquido o gaseoso
 Se descargan los gases resultantes en la
admisión de la turbina a una
temperatura que no exceda los límites
permisibles.
 La cámara de combustión se divide
zona primaria llamada de REACCIÓN
zona secundaria llamada DILUCION
 se rodea con una envoltura de aire más
frío, de manera que la envoltura exterior
no adquiera temperaturas elevadas.

28. CÁMARA DE COMBUSTION.
• Se calcula que en una turbina de gas requiere aproximadamente 80
veces mas de aire en peso, por cada unidad de peso combustible.
• El aire primario al ingresar a la envoltura interna, se mezcla con el
combustible y reacciona con éste formando los gases de combustión
• aire secundario son usadas en la zona de dilución para enfriar y darle
sentido de flujo a los gases calientes

29. CÁMARA DE COMBUSTION.

30. TIPOS DE CAMARA DE COMBUSTION
Tubular Anular

31. TURBINA
 elemento productor de fuerza de la máquina
 Los gases calientes bajo la presión de la
cámara de combustión proporcionan la energía
requerida por la turbina
 La temperatura de los gases que entran a la
turbina varía de 650 a 950 °C
 mejoras en los materiales de los cuales se
fabrican los álabes de la turbina y al progreso
en las técnicas del diseño
 dos terceras partes de la fuerza desarrollada
por la turbina, se utiliza para mover al
compresor y a los accesorios de la máquina

32. TIPO DE TURBINAS
TURBINA RADIAL TURBINA AXIAL
• son las que dan energía a la mayoría de
turbinas de gas excepto en las de menores
caballos de potencia siendo más eficientes
que las de flujo radial
• bajas relaciones de presión
• Estas turbinas son usadas por lo
general en plantas a gas pequeñas
con bajos rangos de eficiencia y de
velocidad específica

33. SISTEMAS DE COMBUSTIBLE
• estas máquinas sean capaces de operar con cualquier tipo de combustible.
• al emplear combustibles más económicos, compensarían su menor rendimiento.
• Los combustibles usados en las plantas con turbinas a gas son fundamentalmente
hidrocarburos, ya sean estos gaseosos o líquidos.
• El sistema de combustible, consiste del conjunto de tuberías y conexiones múltiples y en
algunos casos, de una o más bombas
• combustible sólido, combustible líquido, combustible gaseoso, combustible dual

34. SISTEMA DE LUBRICACIÓN
 Toda máquina que posea pares de elementos mecánicos en movimiento, necesitan
de un sistema,
 Para evitar el deterioro y mal funcionamiento de la maquina se hace indispensable
lubricar y enfriar todos aquellos puntos que así lo requiera: rodamientos, ejes,
chumaceras, así como las cajas de engranajes principales y auxiliares
 Las máquinas grandes requieren que las bombas de lubricación, se muevan
independientemente, con el fin de proporcionar la presión total de lubricación
1. Depósito de aceite
2. Bomba principal
3. Bombas auxiliares
4. Bomba de reserva
5. Enfriadores
6. Filtros de aceite
7. Sistema de tuberías

35. SISTEMA DE ARRANQUE
 La función del sistema de arranque, es acelerar la turbina a una velocidad suficiente
para que sea capaz de completar el arranque con su propia fuerza
 debe girarse dicha máquina hasta un 40 á 50% de su velocidad nominal
 alcanzar este estado el sistema puede auto sustentar su funcionamiento
 Un motor de arranque debe mover el torque de acoplamiento
1. La carga del compresor,
2. La resistencia de los rodamientos, de los engranajes y cojinetes
3. La carga de los accesorios (Bomba de aceite, bomba de combustible, etc.)

36. Secuencia de arranque, carga y parada
 debe haber suficiente flujo de aire
pasando por la máquina, para
evitar el peligro de una explosión
 La relación de flujo de combustible
debe ser suficiente para permitir
que la máquina se acelere
 El arrancador debe continuar
ayudando a la unidad por arriba de
la velocidad de auto aceleración
 si el arrancador se desactiva por
debajo de ésta, la máquina podría
no llegar a la velocidad de marcha

37. SISTEMAS DE PROTECCIÓN
1. Sobre velocidad de la máquina
2. Detectores de temperatura
3. Baja presión del aceite lubricante
4. Alta temperatura del aceite de lubricación
5. Vibración
6. Baja presión del combustible
7. Sistema de protección contra incendios