Turbinas

Trabajo Motores Térmicos

TURBINAS DE GAS

Índice

1. Introducción

2. Clases de ciclos

3. Partes de una turbina de gas

4. Etapa de compresión

5. Compresores: tipos

6. Compresor axial

7. Compresor radial o centrífugo

1. Introducción:

Una turbina de gas es una turbomáquina motora que trabaja con gases. Siempre se habla por separado de turbinas y turbinas a gas porque,aunque funcionen con sustancias parecidas como son el vapor de agua y los gases, tienen distintos diseños. Además no se da ningún cambio de fase en cuanto a gases se refiere, cosa que no pasa con el vapor de agua.

Hasta principios del siglo XX no empezaría a darse el desarrollo de la turbina de gas, esto se debe a que no se pudo solucionar el problema que había con la etapa de compresión hastaesa época. Gracias a los avances y la aplicación de nuevos materiales se empezaron a construir los primeros compresores mínimamente eficaces.

Las turbinas de gas utilizan un compresor formado por varias hileras de álabes rotatorios con una determinada inclinación y otros fijos intercalados unos y otros. Cuando el aire entra lo primeros álabes rotatorios le dan energía cinética y, al llegar ala siguiente hilera de álabes fijos, el exceso energía cinética se transforma en presión.

Al estar el gas comprimido y caliente en la cámara de combustión donde se le inyecta el combustible continuamente para provocar la combustión que dará lugar a una descompresión tras dicha combustión que provocara el movimiento de estos gases de escape hacia afuera encontrándose en su camino con la turbina,que funciona como el compresor pero en sentido contrario.

Los gases de combustión adquieren gran energía cinética que es aprovechada por los alabes rotatorios de la turbina, que tienen un determinado ángulo de acción, diseñados para robar la mayor parte de esa energía cinética y transformarla en energía de rotación sobre un eje.

Después ese eje está unido a un generador de energía eléctricaque transforma esa energía de rotación del eje en energía eléctrica.

2. Clases de ciclos:

En las turbinas de gas rudimentarias esta compresión venía seguida de la combustión, la entrada a la turbina y la expulsión de gases al exterior. Esta giraba por la acción de los gases de combustión sobre los alabes que a su vez transmitía el movimiento a un generador de energía eléctrica.
Este es eldenominado ciclo brayton simple.

Uniendo en el dibujo gases de escape con un intercambiador de calor a la entrada de aire obtenemos el ciclo cerrado.

Sin embargo, el gas que abandona la turbina tiene una temperatura mucho mayor a la temperatura ambiente por lo cual supone una enorme perdida de energía útil. Una forma de recuperar parte de esa energía es instalando un regenerador, que enrealidad es un intercambiador de calor.

El gas, tras la etapa de compresión y antes de entrar en la cámara de combustión, es calentado con el regenerador gracias a los gases de escape de la turbina, lo cual permite una mayor temperatura de llama y supone un incremento de rendimiento del ciclo.
Este es el denominado ciclo brayton regenerativo.

Otra forma de aumentar el rendimiento es añadiendoetapas de compresión o combustión.

Cuando se da la combustión los gases tienen una temperatura máxima de escape pero, aun así, estos gases siguen teniendo algo de aire, lo suficiente para una segunda combustión que eleva bastante más la temperatura de los humos.

Pero añadir etapas de combustión no tiene porque aumentar el rendimiento, únicamente la temperatura de los gases de escape. Estesistema es efectivo únicamente si le añadimos un regenerador al ciclo, gracias al cual aumenta el rendimiento.

La compresión multietapa tiene una función principal que es la de aumentar el trabajo neto del ciclo reduciendo el trabajo consumido en el compresor.
Por esto cuantas más etapas tenga el compresor menos energía consumirá.
Pero esto no tiene porque aumentar el rendimiento del ciclo ya...