Turbina a gas

VI.- CÁMARAS DE COMBUSTIÓN DE TURBINAS DE GAS
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VI.1.- INTRODUCCIÓN Una cámara de combustión de turbina de gas consta de: - Un armazón exterior que resiste las presiones de los gases y que puede ser de acero ferrítico - Un armazón interior sometido a temperaturas elevadas que, al menos en su parte superior en las verticales, o donde van los quemadores en lashorizontales, se debe construir de acero austenítico o de material refractario; la sustentación del armazón interior debe permitir la libertad de las dilataciones. Los principales factores a tener en cuenta en el diseño de la cámara de combustión de una turbina de gas, dependen de sus condiciones operativas, de entre las que podemos destacar las siguientes: La combustión tiene que ser estable, parapermitir las fuertes variaciones de la relación aire-combustible que para los ciclos regenerativos está entre 60 y 120 , y para los no regenerativos entre 100 y 200 . 1 1 1 1 La velocidad del fluido oscila, en la mayor parte de los casos, entre 30 y 60 m/seg. En las turbinas de gas usadas en aviación, el problema de la estabilidad de la llama es aún más complejo, a causa de la variación de las presionesde combustión debido a la altura, a la velocidad de vuelo, y al grado de carga (despegue, ascensión, aproximación). VI.2.- AIRE UTILIZADO EN EL PROCESO DE COMBUSTIÓN La masa de aire teóricamente necesaria para la combustión de 1 kg de combustible se determina a partir de las reacciones estequiométricas de la combustión; para los combustibles líquidos utilizados normalmente en las turbinas de gas,la relación aire-combustible estequiométrica está entre 14,7 y 15 pudiéndose tomar 14,9 como valor medio. La cantidad de aire real suministrada al combustible es mayor que la teórica, definiéndose un coeficiente de aireexceso e, como la relación entre la cantidad real de aire y la estequiométrica, por kg de combustible. Para que la combustión tenga lugar totalmente dentro de la cámara decombustión, es necesario que todos los procesos se realicen con suficiente rapidez, ya que se tienen que efectuar en una corriente de aire a una velocidad determinada. Por esta razón, la combustión en estas cámaras sólo es posible cuando la velocidad de propagación de la llama sea del mismo orden que la velocidad de la corriente. La temperatura de la combustión y, en consecuencia, la velocidad depropagación de la llama depenTG.VI.-85

den del coeficiente de aireexceso, obteniéndose su valor máximo para un coeficiente de aireexceso e = 1, aproximadamente. - Para mezclas ricas, e < 1, la temperatura de combustión disminuye debido a la combustión incompleta - Para mezclas pobres, e > 1, la temperatura de combustión también disminuye debido a la dilución por el aire de los productos de la combustiónComo la relación aire-combustible de funcionamiento global es del orden de 60/1 para las condiciones de diseño, mientras que la estequiométrica es de aproximadamente 15/1, es necesario que el aire suministrado por el compresor se introduzca progresivamente en la cámara de combustión. En el proceso de inyección de aire se pueden distinguir tres fases que dan lugar a lo que se conoce comoaireprimario, airesecundario y aireterciario. Aire primario.- Se corresponde aproximadamente con un 15% a 20% del aire total y se introduce alrededor del chorro de combustible creando una mezcla de aire-combustible relativamente rica con el objeto de obtener una temperatura elevada, necesaria para una combustión rápida, r = 1. Aire secundario.- Se corresponde aproximadamente con un 30% del aire total; seintroduce a través de orificios practicados en el tubo de llama para completar la combustión; para que el rendimiento sea elevado, hay que inyectar el aire en los puntos adecuados a fin de evitar que la llama se enfríe localmente dando lugar a una drástica disminución de la velocidad de combustión en esa zona. El airesecundario proporciona un coeficiente de aireexceso del orden de e ≈1,5, ó...