Turbina A Gas

Turbinas a 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.

HISTORIA
Hoy en día, el diseño de turbina de gas que se ha impuesto está basado en un compresor axial multietapa, una cámara de combustión interna y una turbina de expansión, todoello construido de una forma bastante compacta que da idea de un equipo unitario. Pero al diseño de turbina predominante hoy en día se ha llegado después de una larga evolución desarrollada a lo largo del siglo XX, principalmente.
La primera referencia al fenómeno en que se basa la turbina hay que buscarla en el año 150 A.C de manos del filósofo egipcio Hero, que ideó un pequeño juguete llamadoAeolípilo, que giraba a partir del vapor generado en una pequeña caldera (figura 1). El juguete era una pura elucubración mental, pues no se tiene constancia de que jamás fuera construido.
Figura 1: Aeolipilo de Hero.
En 1687 Isaac Newton anuncia sus leyes del movimiento. Entre ellas, la tercera ley anunciaba que existe un equilibrio entre acción y reacción: “para cada acción habrá una reacción de lamisma fuerza e intensidad pero de sentido opuesto”. Un ejemplo puede verse en la figura 2, Cuando las fuerzas se equilibran, son iguales en todas las direcciones. Pero al pinchar el globo o soltar la boquilla ocurre una acción que desequilibra el sistema.

Figura 2: 3ª Ley de Newton.
La primera turbina de gas realmente construida fue concebida por J.F. Stolze en 1872 a partir de una patentede Fernlhougs, y construida realmente entre 1900 y 1904. Constaba de un compresor axial multietapa, un intercambiador de calor que precalentaba el aire antes de entrar en la cámara de combustión, utilizando los gases de escape de la turbina para este fin, y una turbina de expansión multietapa. A pesar de lo genial del diseño, el poco éxito fue debido al bajo rendimiento tanto del compresor como dela turbina, por las bajas relaciones de compresión y la baja temperatura máxima alcanzada en función de los materiales disponibles en la época.

Figura 3: Turbina diseñada por Stolz en 1872. (A) Compresor axial multietapa; (B) Turbina de reacción multietapa; (C) Precalentador de aire de admisión con los gases de escape.

Condiciones de funcionamiento
Una turbina de gas simple está compuestade tres secciones principales: un compresor, un quemador y una turbina de potencia. Las turbinas de gas operan en base en el principio del ciclo Brayton, en donde aire comprimido es mezclado con combustible y quemado bajo condiciones de presión constante. El gas caliente producido por la combustión se le permite expandirse a través de la turbina y hacerla girar para llevar a cabo trabajo. En unaturbina de gas con una eficiencia del 33%, aproximadamente 2/3 del trabajo producido se usa comprimiendo el aire. El otro 1/3 está disponible para generar electricidad, impulsar un dispositivo mecánico, etc.

La máquina sigue un ciclo abierto, puesto que se renueva continuamente el fluido que pasa a través de ella.
El aire es aspirado de la atmósfera y comprimido para después pasar a la cámarade combustión, donde se mezcla con el combustible y se produce la ignición. Los gases calientes, producto de la combustión, fluyen a través de la turbina. Allí se expansionan y mueven el eje, que acciona el compresor de la turbina y el alternador.
Las pérdidas de energía se desprenden en forma de calor que hay que evacuar del sistema. Normalmente no son superiores al 3% de la energía aportada.Tipo de combustibles
El efecto del tipo de combustible en la vida de las piezas va asociado a la energía radiante en el proceso de la combustión y a la capacidad de pulverizar los distintos combustibles líquidos. En ese sentido, el gas natural, que no requiere pulverización, presenta el menor nivel de energía radiante y permitirá la mayor duración de las piezas.
Entre los combustibles...