Turbinas de gas

TURBINAS DE GAS
Una turbina de gas simple está compuesta de 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 laturbina y hacerla girar para llevar a cabo trabajo. En una turbina 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.
CILO BRAYTON
Un motor de turbina de gas libera la energía del combustible en un ciclo termodinámico llamado el ciclo de Brayton(Fig.1).Los mismos pasos (admisión, compresión, expansión, potencia, y escape) que tienen lugar en el ciclo de volumen constante de Otto usado para los motores alternativos, ocurren en un motor de turbina de gas (Fig.2). La diferencia básica entre los dos ciclos es que en un motor de ciclo de Otto, los pasos ocurren en el mismo sitio, en el cilindro del motor, pero en diferentes tiempos. En el ciclode Brayton, los pasos tienen lugar al mismo tiempo pero en distintos puntos dentro del motor.

1. El aire entra en el conducto de entrada y fluye hacia la entrada del compresor, punto A, a presión ambiente.

2. El aire pasa a través del compresor, que eleva su presión y disminuye su volumen al representado por el punto B.

Fig. 1 Ciclo Brayton.

Fig.2 Motor de turbina de gas(Turborreactor).

3. Luego, el aire pasa dentro de la cámara de combustión donde el combustible se inyecta en él y se quema. La presión entre los puntos B y C permanece relativamente constante a medida que se añade energía calorífica, pero el volumen y la temperatura aumentan.

4. Los gases calientes dejan la cámara de combustión y pasan a través de la turbina donde se le extrae energía y la presión cae acasi el ambiente en el punto D.

Las presiones entre los puntos A y D son casi las mismas, pero en D el volumen y así la velocidad son mucho mayores. El aire se ha expandido a una presión relativamente constante.

Las principales áreas de aplicación de las turbinas de gas son la propulsión de aviones y la generación de energía eléctrica. Cuando se emplean en propulsión de aviones (Fig.3), laturbina de gas produce la potencia suficiente para accionar tanto al compresor como a un pequeño generador que a su vez acciona al equipo auxiliar. Los gases de escape de alta velocidad son los responsables de producir el empuje necesario para impulsar la aeronave. Las turbinas de gas también se utilizan como centrales eléctricas estacionarias que producen energía eléctrica como unidadesindependientes o en conjunto con las centrales eléctricas de vapor en el lado de alta temperatura. En estas centrales los gases de escape de las turbinas de gas sirven como fuente de calor para el vapor. El ciclo de turbina de gas también puede ejecutarse como un ciclo cerrado para su utilización en centrales nucleares, en las que el fluido de trabajo no se limita al aire y puede emplearse un gas concaracterísticas más convenientes (como el helio).

Fig.3 Motores de aviación.

COMPONENTES PRINCIPALES
1. COMPRESOR
La función principal de un motor de turbina de gas es añadir la máxima energía al aire según pasa a través de él. Esta energía se libera quemando una mezcla de combustible y aire. Cuando se quema combustible en aire estático, se libera energía, pero el régimen de liberación deenergía es bastante bajo. Si se sopla una corriente de aire comprimido a través de un combustible que se está quemando, este libera bastante más energía. Este hecho puede verse considerando la vieja fragua del herrero. El herrero prepara una hoguera en una pequeña pila de carbón. Este fuego libera suficiente energía de calor para mantener el carbón ardiendo. Pero cuando el herrero quiere una pieza de...