Ingeniero

Turbinas de gas
Una Turbina de Gas, es una turbomáquina motora, cuyo fluido de trabajo es un gas. Como la compresibilidad de los gases no puede ser despreciada, las turbinas a gas son turbomáquinas térmicas. Comúnmente se habla de las turbinas a gas por separado de las turbinas ya que, aunque funcionan con sustancias en estado gaseoso, sus características de diseño son diferentes, y, cuando enestos términos se habla de gases, no se espera un posible cambio de fase, en cambio cuando se habla de vapores sí.

Las turbinas de gas son usadas en los ciclos de potencia como el ciclo Brayton y en algunos ciclos de refrigeración.

Es común en el lenguaje cotidiano referirse a los motores de los aviones como turbinas, pero esto es un error conceptual, ya que éstos son turboreactores loscuales son máquinas que, entre otras cosas, contienen una turbina de gas.
INTRODUCCIÓN:
En los próximos párrafos exploraremos algunos aspectos fundamentales acerca de la Turbina a Gas. Estos son:
* Antecedentes básicos sobre funcionamiento: ciclo empleado y como se realiza el ciclo. Cálculo del rendimiento teórico. Relación de presiones.
* Aspectos históricos: algunos detalles sobre laevolución histórica de la turbina a gas. Su uso en aviación y su uso terrestre.
* Variantes sobre el ciclo básico: razón de presiones óptima. Recuperación de calor. Intercoolers.
* Ciclo combinado: explicación básica sobre ciclo combinado.
* Aspectos constructivos: aspectos constructivos de este tipo de máquina y estado actual de su evolución.
Las turbinas son máquinas rotativas. En formaglobal se clasifican en tres grandes familias:
* Las turbinas hidráulicas: son las más antiguas. Usan agua como fluido de trabajo. Sus antepasados directos son los molinos de agua. Hoy existen varios modelos básicos: Pelton, Francis y Kaplan (o hélice de paso variable). A estos modelos básicos se debe agregar la Mitchell-Banki que es muy utilizada en instalaciones de microhidráulica. Latípica turbina hidráulica se usa en centrales de generación eléctrica sea centrales de pasada o centrales de embalse.
* Las turbinas a vapor: en este caso el fluido de trabajo es vapor de agua (típicamente). Aunque también hay instancias en que se han fabricado usando otro vapor de trabajo (Mercurio, Propano u otro). Las típicas turbinas de vapor se dividen en de acción y de reacción. La turbina avapor típicamente se usan en centrales térmicas de generación eléctrica. Estos son sistemas de combustión externa (el calor se usa para calentar el fluido de trabajo en forma indirecta en caldera).
* Las turbinas a gas: Son las más recientes. Si bien hay intentos de fabricarlas a inicios de este siglo, el primer ensayo exitoso es solo de 1937. Difieren de las anteriores en el sentido de que serealiza combustión dentro de la máquina. Por lo tanto el fluido de trabajo son gases de combustión (de allí su nombre).
Si bien la turbina a gas es un motor de combustión interna y su ciclo tiene puntos en común con los ciclos Otto o Diesel, tiene una diferencia fundamental. Se trata (igual que todas las turbinas) de máquina de funcionamiento continuo. Es decir, en régimen permanente cadaelemento de ella está en condición estable.

ANTECEDENTES BÁSICOS SOBRE EL FUNCIONAMIENTO:
Ciclo Utilizado:
El ciclo de la turbina a gas es el ciclo Joule o Brayton. Este se ilustra en la figura T.1. en un diagrama p-V y uno T-S. En la figura T.2, se ilustra el ciclo en diagrama de bloques. Consta de las siguientes evoluciones:
 
| * En 1 se toma aire ambiente. Este se comprime hasta 2según una adiabática (idealmente sin roce, normalmente una politrópica con roce).  * Luego el aire comprimido se introduce a una cámara de combustión. Allí se le agrega una cierta cantidad de combustible y este se quema. Al producirse la combustión se realiza la evolución 2-3. Típicamente esta es isobárica (o casi isobárica, pues se pierde un poco de presión por roce). Como a la cámara de...