CENTRALES DE TURBO GAS

Kathy González

Oscar del portillo

Gustavo Prada

INTRODUCCIONUna turbina de gas es una turbo maquina térmica motora accionada por la expansión de los gases calientes. esta destinada a la generación de energía eléctrica o trabajo en plantas térmicas o en las de cogeneración, así como en los campos aeronáuticos y marítimos.

RESEÑA HISTORICA La turbina de gas ha experimentado un reciente aumento en popularidad dentro de la industria de generación de energía. Hasta el final de la década de 1960 las turbinas de gas eran casi exclusivamente reservado a la industria de la aviación. Durante los años 1970 y 1980 se empezó a encontrar a favor como unidades de energía, debido a su facilidad para la rápida puesta en marcha.

EVOLUCION A TRAVEZ DE LA HISTORIA

• En 1232, los chinos utilizaron cohetes para asustar a los soldados enemigos.

• Alrededor de 1500 D.C., Leonardo Davinci dibujó un esquema de un dispositivo que rotaba debido al efecto de los gases calientes que subían por una chimenea. El dispositivo debería rotar la carne que estaba asando.

• En 1629 otro italiano desarrolló un dispositivo que uso el vapor para rotar una turbina que movía maquinaria. Esta fue la primera aplicación práctica de la turbina de vapor.

• En 1678 un jesuita llamado Ferdinand Verbiest construyó un modelo de un vehículo automotor que usaban vapor de agua para movilizarse.

• La primera patente para una turbina fue otorgada en 1791 a un ingles llamado John Barber.

Cortesía de ASEA Brown Boveri AG. la primera turbina de gas industrial para generación eléctrica, presentada en 1939 en la Seiss Nationak Exhibition en 1939. Su potencia era de 4000 KW

DEFINICION

La turbina de gas es un tipo de turbina de combustión interna. En términos generales, se puede decir que una turbina es un aparato de conversión de energía que convierte la energía almacenada en el combustible en energía mecánica útil en forma de energía rotacional. El término "gas" se refiere al aire ambiente que es absorbido y pasa al interior de la turbina y es utilizado como medio de trabajo en el proceso de conversión de la energía.

FUNCIONAMIENTO

El aire atmosférico aspirado se comprime en el compresor y se introduce en la cámara de combustión ,donde se mezcla con el combustible ,previamente comprimido también, produciéndose la combustión. Los gases calientes resultantes de la combustión se hacen circular a través de una o varias etapas de turbinas ,expandiéndose y produciéndose un movimiento rotativo en un eje de donde se extrae la potencia necesaria para mover el compresor de aire y el alternador

FUNCIONAMIENTO

COMPONENTES

COMPONENTESCompresorEl compresor admite el aire exterior; luego compacta y presuriza las moléculas de aire mediante una serie de álabes estacionarios y giratorios del compresor.

Cámara de combustiónEn la cámara de combustión, el combustible se añade a las moléculas de aire presurizadas y se enciende.Las moléculas calentadas se expanden y se mueven a gran velocidad hacia el interior de la sección de la turbina

TurbinaLa turbina convierte la energía del gas a gran velocidad en energía rotacional útil mediante la expansión del gas comprimido calentado a través de una serie de álabes del rotor de la turbina.

Eje de salida y caja de engranajesLa energía rotacional de la sección de la turbina es suministrada al equipo impulsado a través de un eje de salida mediante una caja de engranajes de reducción de velocidad.

EscapeLa sección del escape de la turbina extrae el gas consumido de la sección de la turbina y lo manda hacia la atmósfera.

TURBINASPara la mayoría de las aplicaciones, los gases provenientes del generador de gas se aprovechan en la turbina de potencia, encargada de transformar la energía contenida en el gas, en energía mecánica rotativa, accionando para ello un conjunto de álabes unidos a un eje rotor apoyado a su vez sobre rodamientos.

TIPOS DE TURBINASTurbinas de dos ejes : De esta forma se

obtiene mayor comodidad de regulación ,por ejemplo puede utilizarse una turbina de velocidad constante para accionar a el generador y otra de velocidad variable para accionar a el compresor

Turbinas axiales: Cuando los gases fluyen coaxialmente al ejes de las maquina. Son las de construcción mas complicadas , destacándose sobre todo su elevado rendimiento.

Turbinas radiales: Los gases fluyen radialmente en relación con el eje de la maquina. Son las mas utilizadas para pequeñas potencias, ya que conjugan una notable sencillez constructiva con un diseño robusto ,fácil mantenimiento y coste menor que las axiales.

Turbinas industriales: Presentan una elevada relación peso/potencia ,así como un diseño conservador que permite un mantenimiento relativamente barato y una vida larga de sus componentes ,lo que encarece su precio

MODO DE OPERACIÓN DE LAS TURBINAS

CICLO SIMPLE :

El compresor de la turbina toma el aire de la atmósfera y lo comprime para llevarlo a la cámara de combustión, donde al combinarse con el combustible se enciende la mezcla y aumenta de temperatura y de volumen. El gas de alta presión y temperatura se expande en la turbina y produce la energía mecánica necesaria para la generación de electricidad. 

CICLO CON REGENERACION: Es cuando el calor producido por la combustión y que luego pasa por la turbina, no es expulsado directamente a la atmosfera sino; que es utilizado para precalentar el aire a la entrada de cámara de combustión, en este caso se dice que se realiza un intercambio de calor

CENTRALES DE CICLO COMBINADO

Es una central en que la energía térmica del combustible es transformada en electricidad mediante dos ciclos termodinámicos; el correspondiente a una turbina de gas (ciclo Brayton), y el convencional de agua/turbina vapor (ciclo rankine) la turbina de gas consta de un compresor de aire, un a cámara de combustión y la cámara de expansión. el compresor comprime el aire a alta presión para posteriormente mezclarlo en la cámara de combustión con el gas. en esta cámara se produce la combustión del combustible en unas condiciones de temperatura y presión que permite la optimización del rendimiento del proceso., con el menor impacto ambiental posible

En primer lugar el aire es comprimido a alta presión en el compresor, pasando a la cámara de combustión donde se mezcla con el combustible.los gases de combustión pasan por la turbina de gas donde se expansionan y su energía calorífica se transforma en energía mecánica, transmitiéndolo al eje.Los gases que salen de la turbina de gas se llevan a una caldera de recuperación de calor para producir vapor, a partir de este momento tenemos un ciclo agua-vapor convencional.A la salida de la turbina el vapor se condensa (transformándose nuevamente en agua) y vuelve a la caldera para empezar un nuevo ciclo de producción de vapor.Actualmente la tendencia es acoplar la turbina de gas y la turbina de vapor a un mismo eje, de manera que accionan conjuntamente un mismo generador eléctrico.

FUNCIONAMIENTO

FUNCIONAMIENTO

PARTES FUNDAMENTALES • Turbina de gas:  Que consta

de:

• Compresor: cuya función es inyectar el aire a presión para la combustión del gas y la refrigeración de las zonas calientes

• Cámara de combustión: donde se mezcla el gas natural (combustible) con el aire a presión, produciendo la combustión

• Turbina de gas: donde se produce la expansión de gases que provienen de la cámara de combustión.

IMPACTOS MEDIOAMBIENTALESLa utilización de gas natural para la generación de electricidad mediante la tecnología del ciclo combinado se encuentra dentro de la política medioambiental de un gran número de países, ya que ofrece un gran número de ventajas en comparación con el resto de tecnologías de producción eléctrica.En concreto, las emisiones de CO 2 en relación a los kWh producidos son menos de la mitad de las emisiones de una central convencional de carbón.

• Generación de electricidad en centrales termoeléctricas.

• Generación de electricidad en centrales nucleares

• Sistemas de propulsión para barcos y trenes • Sistemas de propulsión en aviones

comerciales(propulsión a chorro y ventichorro)

APLICACIONES DE LAS TURBINAS DE GAS

VENTAJAS Las características principales de las centrales térmicas de ciclo combinado son:•Flexibilidad. La central puede operar a plena carga o cargas parciales, hasta un mínimo de aproximadamente el 45% de la potencia máxima.•Eficiencia elevada. El ciclo combinado proporciona mayor eficiencia por un margen más amplio de potencias.•Sus emisiones son más bajas que en las centrales térmicas convencionales.•Coste de inversión bajo por MW instalado.•Periodos de construcción cortos.•Menor superficie por MW instalado si lo comparamos con las centrales termoeléctricas convencionales(lo que reduce el impacto visual).•Bajo consumo de agua de refrigeración.•Ahorro energético en forma de combustible

DESVENTAJAS

Bajo rendimiento térmico (alto consumo especifico de combustible) debido a:

1.Alta perdida de calor al ambiente que se traduce por la lata temperatura de salida de los gases de escape por chimenea, entre 495°c a 560°c

2.Gran parte de la potencia generada por la turbina es demandada por el compresor axial, en el orden de las 3/4 partes, o sea 75% dela potencia total de la turbina

CENTRALES

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