Turbinas

Diseño Conceptual de una Microturbinas para Cogeneración
Ramírez, Manuel R1, Niño Navia, Juliana 2 Facultad de Ingeniería Aeronáutica, UPB, Medellín, Antioquia, Colombia

Mediante una revisión literaria del estado del arte de las microturbinas para cogeneración se establecieron las bases conceptuales y requerimientos operacionales para el diseño conceptual de una microturbina para cogeneración de35 kW. Se establece la justificación que demuestra la viabilidad de desarrollar esta investigación, su importancia y pertinencia. El sistema a ser diseñado es uno de CHP, combinado potencia eléctrica y calor por sus siglas en inglés, para lo cual se realizan cálculos del ciclo termodinámico bajo el cual opera la microturbina y cálculos conceptuales de los principales componentes de lamicroturbina como son compresor, cámara de combustión y turbina que permiten tener un primer acercamiento al diseño de la misma. Igualmente se estudian diversos criterios de selección de elementos necesarios para completar un sistema de CHP con los intercambiadores de calor y el generador eléctrico.

After performing a thorough investigation about the co-generation micro turbine, a wide variety concepts andoperational requirements were gathered in order to be able to provide the conceptual design of a 35kW co-generation micro-turbine. The compiled information supports and demonstrates the viability of developing a micro turbine and at the same time validates the relevance of this investigation. The purpose of this research is to design a Combined Heat and Power (CHP) system. For this purpose allpertinent thermodynamic and conceptual calculations were taken into consideration in order to be able to design the

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Manuel Ricardo Ramírez Trujillo, Estudiante ingeniería aeronáutica, Universidad Pontificia Bolivariana, Tel: +57 3005532623, manuelricardo.ramirez@alfa.upb.edu.co 2 Juliana Andrea Niño Navia, IA MSc Ingeniería Aeronáutica y mecánica, Profesor Asistente Universidad PontificiaBolivariana, Tel: +57 4 4488388 ext: 14136, juliana.nino@upb.edu.co

main components of the micro turbine such as the compressor, combustion chamber and turbine. Moreover, a wide variety of elements were analyzed in order to provide an appropriate selection of the components that are necessary to successfully integrate the CHP with the heat exchangers and the power generator.

Nomenclatura


=eficiencia. = calor específico [kJ/kg]

Q net,p

I.

Introducción

U

N sistema de cogeneración CHP, combinado calor y potencia por sus siglas en ingles, es un sistema que por

medio de una microturbina produce potencia a un eje que es aprovechada por un generador y así obtener energía eléctrica. Además de la energía eléctrica, la principal característica de los sistemas de CHP es la capacidad paraaprovechar el exceso de calor producido por el funcionamiento de la microturbina para ser utilizado por un sistema que tiene como objetivo calentar o enfriar grandes espacios según las necesidades. El funcionamiento básico de una microturbina en un sistema de CHP se puede describir de la siguiente forma: La turbina en movimiento, debido a los gases calientes provenientes de la cámara de combustión,impulsa el compresor que se encuentra montado sobre el mismo eje. El compresor se encarga de aspirar el aire del ambiente y aumentarle la presión para ser precalentado en un intercambiador de calor previo a que sea introducido a la cámara de combustión, donde se mezcla con combustible y se sostiene una combustión continua. El flujo de gas caliente se expande en la turbina transformando la energíatérmica que posee el flujo de trabajo en energía mecánica que por medio de un eje se encarga de accionar el compresor. La energía térmica restante puede ser utilizada de diversas maneras como en, sistemas para calentamiento de agua, funcionamiento de sistemas de enfriamiento por absorción, equipos para deshumidificación de ambientes, sistemas para calentamiento de ambiente y otros sistemas que...