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Trabajo practico Nº 1 INSTALACIONES DE FUERZA MOTRIZ. GENERACION Y COGENERACION DE ENERGIA PRIMARIA.

Alumno/a: Jesica rubio Materia: Tecnología de los servicios industriales Profesor: Agustín Galetti

Instalaciones de fuerza motriz: Calderas 1. Escriba una definición de caldera y una clasificación según su utilización. 2. Diga que factores son importantes a la hora de seleccionar una caldera para una determinada aplicación. 3. Explique qué fenómenos ocurren en la sección de convección de una caldera. Cuáles son los parámetros de diseño más importante de esta sección? 4. Describa con detalles una caldera pirotubular y una acuotubular. 5. Describa brevemente las principales partes componentes de una caldera. Hogar, sección de convección, sobrecalentador, calentadores de aire y economizador. 6. Combustibles: Mencione el tipo de combustibles que pueden ser utilizados en una caldera y describa los equipos auxiliares que éstos requieren para su combustión. 7. Busque dos catálogos (internet o proveedores) de calderas de uso industrial donde se especifiquen sus características técnicas y usos recomendados de las mismas. 8. Cuáles son los principales problemas relacionados con la calidad del agua de alimentación?

1- La caldera es una máquina o dispositivo de ingeniería diseñado para generar vapor de

agua, es decir, aplicando el calor de un combustible sólido, líquido o gaseoso, vaporizan el agua para aplicaciones en la industria. Este vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado líquido, se calienta y cambia de estado. Según la ITC EP1, caldera es todo aparato de presión donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor. *ITC (EP1) :reglamento técnico Según su uso se pueden clasificar como: •

Calderas residenciales (calefacción)

•

Calderas comerciales (calefacción y/o procesos)

•

Caderas industriales (procesos)

•

Calderas de servicios públicos (producción de electricidad)

2- El objetivo de una caldera, además de generar vapor, es realizar con la máxima eficiencia posible, la transferencia de calor. Por lo tanto a la hora de seleccionar una caldera para una determinada aplicación es necesario considerar los siguientes parámetros: •

• • • • •

• • •

Potencia requerida Cantidad de vapor requerida (capacidad). Presión, temperatura, calidad del vapor requerido. Futuros requerimientos. Localización de la unidad, espacio disponible. Facilidad de mantenimiento y acceso. Características de la carga. Tipos de combustibles disponibles. Calidad del agua de alimentación.

(De la lista anterior aquellos parámetros en negrita son los más importantes.)

3- En la sección de convección de una caldera ocurre la mayor parte de la transferencia de calor y se produce el vapor. Es decir el calor contenido en los gases de combustión, se transfiere al agua para producir vapor. La selección de la superficie de calentamiento y el espaciamiento entre los tubos, depende del tipo de combustible que produce los gases.

La caída de presión y el flujo volumétrico son factores muy importantes para determinar el diseño general de la sección de convección. De la velocidad y circulación de vapor y de agua, depende la efectividad de la superficie de transferencia de calor. 4- Caldera pirotubular: Estas calderas se denominan pirotubulares por que los gases calientes procedentes de la combustión de un combustible, circulan por el interior de tubos cuyo exterior esta bañado por el agua de la caldera. Básicamente son recipientes metálicos, comúnmente de acero, de forma cilíndrica o semicilíndrica, atravesados por grupos de tubos por cuyo interior circulan los gases de combustión.

El combustible se quema en un hogar, en donde tiene lugar la transmisión de calor por radiación, y los gases resultantes, se les hace circular a través de los tubos que constituyen el haz tubular de la caldera, y donde tiene lugar el intercambio de calor por conducción y convección. Según sea una o varias las veces que los gases pasan a través del haz tubular, se tienen las calderas de uno o de varios pasos. En el caso de calderas de varios pasos, en cada uno de ellos, los humos solo atraviesan un determinado numero de tubos, cosa que se logra mediante las denominadas cámaras de humos. Una vez realizado el intercambio térmico, los humos son expulsados al exterior a través de la chimenea.

Por problemas de resistencia de materiales, su tamaño es limitado. Sus dimensiones alcanzan a 5 mts de diámetro y 10 mts. de largo. Poseen capacidad hasta 455000 kg/h de vapor y presiones de 15 psig (1 bar) y hasta 300 psig (20 bar) para aplicaciones de potencia. Pueden producir agua caliente o vapor saturado. Entre sus características se pueden mencionar: • • • • •

Sencillez de construcción. Facilidad de inspección, reparación y limpieza. Gran peso. Lenta puesta en marcha. Bajo costo ya que su fabricación es muy sencilla y se pueden utilizar para combustibles gaseosos, líquidos y sólidos.

quemar

Caldera acuotubular (el agua está dentro de los tubos): En estas calderas, al contrario de lo que ocurre en las pirotubulares, es el agua el que circula por el interior de tubos que conforman un circuito cerrado a través del calderín o calderines que constituye la superficie de intercambio de calor de la caldera. Adicionalmente, pueden estar dotadas de otros elementos de intercambio de calor, como pueden ser el sobrecalentador, recalentador, economizador, etc. Estos se adicionan para obtener un mayor rendimiento en la caldera, ya que los mismos hacen que la temperatura de los gases a la salida de la misma sea menor, aprovechando mejor el calor sensible de dichos gases. Básicamente, estas calderas constan de un hogar configurado por tubos de agua, tubos y refractario, o solamente refractario, en el cual se produce la combustión del combustible y constituye la zona de radiación de la caldera. Desde dicho hogar, los gases calientes resultantes de la combustión son conducidos a través del circuito de la caldera, configurado este por paneles de tubos (verticales u horizontales) y constituyendo la zona de convección de la caldera. Finalmente, los gases son enviados a la atmósfera a través de la chimenea.

Las calderas acuotubulares emplean los tubos longitudinales interiores para aumentar la superficie de calefacción, y están inclinados para que el vapor a mayor temperatura al salir por la parte más alta, provoque un ingreso natural del agua más fría por la parte más baja. Las mismas son apropiadas cuando el requerimiento de vapor, en cantidad y calidad son altos. Ofrecen capacidades de hasta 4222 Mg/h de vapor a presiones desde 100 psi hasta 5000 psi (345bar) con rangos de temperaturas que van desde vapor saturado hasta los 550°C.

Tipo de caldera

Pirotubular

Cuadro comparativo Ventajas • Mejor rendimiento •

Mejor regulación de la carga

•

Menor espacio

•

Mejores posibilidades de automatización

•

Menor contaminación atmosférica

• •

Almacenan gran cantidad de agua

Permiten efectos de fluctuaciones en la demanda de vapor

Acuotubula r

• Menor volumen de agua, puesta en régimen más rápida

• • •

Admiten gran cantidad de aire en su hogar

•

Menor tiempo para levantar presión.

La combustión se puede controlar-

Son de alto rendimiento y producción de alta presión, apta para generación de energía eléctrica.-

5- Las principales partes de una caldera son:

-

•

Hogar Sección de convección Sobrecalentador, Calentadores de aire Economizador.

Hogar o cámara de combustión:

La cámara de combustión es la parte de la caldera donde se quema el combustible; la temperatura que alcanzan las llamas y los gases de combustión en esta zona, depende de diversos parámetros, sobre todo de la relación (combustible-aire), y puede llegar a los 1800ºC. Las calderas pueden instalarse con Hogares para combustibles sólidos, líquidos o gaseosos, todo dependerá del proyecto del equipo y de la selección del combustible a utilizar.

Las tres funciones más importantes que tiene un hogar desde el punto de vista de la combustión son: •

Proveer el espacio necesario para acomodar la llama, sin que ésta toque los tubos. De no evitar esto, se corre el riesgo de la extinción.

•

Mantener la temperatura de la llama y de los gases lo más alta posible durante el tiempo necesario con la finalidad de que la combustión se complete sin humos ó cenizas.

•

Proveer un recinto hermético que evite las fugas de gases ó entrada de aire ajeno a la combustión.

•

Sección de convección:

En ésta sección el calor contenido en los gases de combustión se transfiere al agua para producir vapor, la selección de la superficie de calentamiento y el espaciamiento entre los tubos, depende por completo del tipo de combustible que produce los gases de combustión con sus partículas de arrastre. En ésta sección se deben tomar las medidas necesarias para permitir que las partículas no quemadas pasen por los tubos y puedan captarse en los separadores inferiores.

•

Sobrecalentador:

Es un elemento en donde, por intercambio calorífico, se eleva la temperatura del vapor saturado procedente de la caldera. Se componen de elementos tubulares expuestos a los productos gaseosos a alta temperatura de la combustión.

•

Calentador de aire:

Los calentadores de aire se utilizan para calentar el aire comburente y mejorar el proceso de la combustión en las plantas generadoras de vapor. Los humos constituyen la fuente energética, y el calentador recoge y utiliza el calor residual de los mismos, lo que incrementa la eficiencia global de la caldera un 5- 10%. Los calentadores de aire están ubicados detrás de la caldera, aguas debajo de la misma, en donde se reciben los humos calientes procedentes del economizador y el aire procedente del ventilador de tiro forzado. El aire caliente que sale de los calentadores de aire mejora la combustión, con cualquier tipo de combustible; además, en las unidades que queman carbón pulverizado se emplea para el secado y transporte del combustible molido.

•

Economizador:

Es un elemento que recupera calor sensible de los gases de salida de una caldera para aumentar la temperatura del fluido de alimentación de la misma. es decir por intercambio de calor entre los gases de combustión y el agua de la caldera, se baja la temperatura a los gases de combustión y se le incrementa la temperatura al agua de caldera, para economizar combustible en el proceso de producción de vapor. Además, reducen la posibilidad de que se presenten choques térmicos y grandes fluctuaciones en la temperatura del agua de alimentación de la caldera, que llega a las paredes de los tubos de agua que configuran el hogar o que entran en el calderin. El economizador puede estar situado dentro de la caldera, como parte de la zona de convección, o puede ser externo donde por razones de espacio no se puede aplicar el arreglo anterior.

En el diseño del economizador se deben tener en cuenta:

•

Limitar la temperatura del agua de alimentación de la caldera a la salida del economizador a unos 4ºC por debajo de la temperatura de saturación del vapor en el interior de la caldera, para evitar vaporizaciones en el Economizador

•

Mantener la temperatura de los gases a la salida del economizador por encima de 120ºC / 125ºC para evitar condensaciones y corrosiones.

•

Mantener la temperatura de entrada del agua al economizador por encima de 75ºC / 78ºC en calderas de cogeneración a partir de gases de motores, para evitar la condensación de aceite del motor.

6-Combustibles: Los tres tipos mas comunes de combustibles para calderas son carbón, fuel oil y gas. Sin embargo, también se usan residuos industriales y comerciales en ciertas calderas y electricidad para las calderas de electrodos. Generalmente el tipo de combustible se elige por conveniencia económica. Carbón: es el término genérico para una gran familia de combustibles, que poseen mucho carbono. Este puede ser pulverizado y quemado en suspensión de aire o quemado en trozos sobre una parrilla. La instalación para quemar combustibles sólidos consta de: Las parrillas, donde se deposita el combustible sólido. El cenicero, donde se reúnen las cenizas. El hogar es el recinto cerrado donde se produce la combustión. La chimenea o conducto de salida de los gases resultantes de la combustión. El caudal de aire se regula mediante dos compuertas das situadas antes del hogar y en la chimenea, con las cuales se con trola la intensidad de la combustión. En las grandes instalaciones térmicas el carbón se pulveriza previamente y se introduce en el hogar mezclado con aire, y allí se quema en forma de gran llama continua. Además, el uso de combustible sólido requiere la presencia de sopladores que son dispositivos mecánicos utilizados durante el funcionamiento, para la limpieza de las deposiciones de ceniza del lado de humos de la caldera

Combustible de residuos: esta puede ser una fuente primaria barata de combustible, para las calderas. Pero se restringe debido a las grandes generaciones de contaminantes. El fuel oil que se usa en las calderas es el que proviene del residuo producido de petróleo crudo después de que se ha destilado para producir productos más ligeros. Este se encuentra disponible en distintos grados, que se caracterizan por su viscosidad y contenido de azufre. Las presencia de metales y azufre en los combustibles líquidos puede traer problemas de escoria y corrosión. La viscosidad de los combustibles líquidos suele ser corregida mediante el precalentamiento en el economizador. Además cuando el combustible es líquido es necesario pulverizarlo para conseguir la mezcla del mismo con la cantidad precisa de aire. Los combustibles gaseosos también deben mezclarse con el aire, aunque no es necesario pulverizarlos. Gas, es la forma de combustible de caldera mas fácil de quemar con poco exceso de aire. Puede estar disponible en 2 formas: gas natural o gas licuado de petróleo. El gas natural es el combustible ideal ya que se encuentra en estado gaseoso. Se opera con presiones de entre 0.1 y 2 atm. Cuando el combustible llega de una línea a más de 2 atm se colocan reductores de presión. La combustión de los gases se realiza en mecheros, formados por un tubo vertical donde se mezclan el gas que sale por un pequeño orificio situado en la parte inferior del tubo y el aire que penetra por las aberturas laterales de éste por efecto Venturi. La llama se produce en la parte superior del tubo vertical, Para quemadores mayores se utilizan dos tubos concéntricos: el gas sale por el tubo más pequeño y el aire por el mayor. El equipamiento auxiliar para gas natural es más barato que para fuel oil y mucho más barato y simple que para carbón.

7- catálogos de calderas industriales: se anexan al final y fueron extraídos de las siguientes páginas.

ftp://ftp.gillesenergie.es//Html/industrial.pdf http://pdf.directindustry.com/pdf/hurst-boiler/euro-series-brochure/22135-89606.html http://moralylopez.com/descargas/calderasindustriales.pdf http://pdf.directindustry.com/pdf/hurst-boiler/euro-series-brochure/22135-89606-_3.html 8 - Los problemas mas frecuentes de la calidad del agua de caldera son que los minerales o sólidos disueltos y suspendidos en el ella, los cuales permanecen dentro de la caldera. -Formación de depósitos: El incremento en los niveles de los sólidos disueltos totales se conoce como ciclos de concentración, este término es empleado muy seguido en la operación y control de la caldera. La formación de incrustación en las superficies de la caldera es el problema mas serio encontrado en la generación de vapor. La primera causa de la formación de incrustación, se debe a que la solubilidad de las sales decrece a medida de que se incrementa la temperatura, aumentando la facilidad de precipitación. Consecuentemente a la alta temperatura (y presión) en la operación de las calderas, las sales se vuelven mas insolubles y la precipitación o incrustación aparece. La incrustación es indeseable ya que al formar una capa en los tubos y demás componentes del equipo, evitan la transmisión efectiva del calor. Esto conduce a una baja eficiencia en la producción de vapor, disminuyendo la cantidad de vapor producido por unidad de calor generado. Mas importante que el efecto de perdida en la transferencia de calor e incremento en consumo de energía, es que la incrustación puede causar un sobrecalentamiento en el metal de los tubos de la caldera, generando fallas de rompimiento en los tubos y accesorios por fatiga térmica ya que se requiere de mayor temperatura del metal en la parte expuesta a la llama, que cuando no existe incrustación y este desgaste térmico afecta también la vida útil del equipo. Acción correctiva: remoción de sólidos coloidales y materia suspendida. Ablandamiento o suavización del agua cruda antes de integrarla a la caldera, generalmente utilizando resinas de intercambio iónico. -Corrosión por Oxidación del metal: Los principales componentes de la caldera son metálicos. En las condiciones de operación de la caldera el hierro es atacado por los gases corrosivos como oxigeno y dióxido de carbono. También la acidez del agua causa corrosión por lo que el pH debe mantenerse entre 9.0 y 11.5. Acción correctiva: Control de oxígeno y CO2 disueltos. -Fragilización Cáustica: La alcalinidad debe de ser considerada con mucha precaución. Si la alcalinidad es muy alta, pueden presentarse problemas de fragilización del metal. Los niveles de alcalinidad cuando se tienen calderas de baja presión, no deben de exceder las 700 ppm. La presencia de alcalinidad por encima de este nivel puede resultar en un rompimiento de los bicarbonatos produciendo carbonatos y liberando CO2 (dióxido de carbono) libre en el vapor.

La presencia de CO2 en el vapor generalmente se tiene como resultado un vapor altamente corrosivo, causando daños por corrosión en las líneas de vapor y retorno de condensados. La dealcalinización es un proceso por el cual agua suavizada es pasada hacia una unidad que contiene resina aniónica. La resina aniónica remueve aniónes como sulfatos, nitratos, carbonatos y bicarbonatos, y los reemplaza por cloruros.

-Formación de Espumas: Esto ocurre cuando hay presencia de materia orgánica o de una gran cantidad de sólidos disueltos en el agua de la caldera. Para evitar la formación de espumas, se purga la caldera cuando en el agua se alcanza un cierto nivel preestablecido de sólidos disueltos. Otra acción preventiva consiste en tener un tratamiento externo del agua de alimentación para evitar la presencia de sólidos suspendidos de naturaleza orgánica, así como de grasas y aceites del equipo de proceso que puedan contaminar el agua. El operador de calderas puede controlar y compensar por los efectos indeseables del agua de proceso en la caldera. La adición de productos químicos como antiespumantes, secuestrantes de metales corrosivos, neutralizadores de gases corrosivos, modificadores de alcalinidad y pH, etc. Pueden exitosamente solucionar los problemas de daños y desgaste anormal de la caldera.

Trabajo practico Nº 2 Generación y cogeneración de energía primaria

Alumno/a: Jesica rubio Materia: Tecnología de los servicios industriales Profesor: Agustín Galetti

Generación y cogeneración de energía primaria 1. Describa una turbina de vapor y una turbina de gases? Detalle sus principios de Funcionamiento, aplicaciones y clasificación. 2. Cuáles son las principales diferencias entre una turbina de gases para la Generación de Energía y una turbina de gases Aeronáutica?

1- Turbina de vapor:

La turbina de vapor es una máquina de fluido en la que la energía de éste pasa al eje de la máquina saliendo el fluido de ésta con menor cantidad de energía. La energía mecánica del eje procede en parte de la energía mecánica que tenía la corriente y por otra de la energía térmica disponible, transformada en mecánica por expansión. Esta expansión es posible por la variación del volumen específico del fluido que evoluciona en la máquina.

Dada la gran diferencia que se debe obtener entre la presión de entrada y de salida de la turbina es necesario producir esta expansión en distintas etapas, escalonamientos, con el fin de obtener un mejor rendimiento de la operación.

Las pérdidas en una turbina de n escalones no son iguales a la suma de las pérdidas de n turbinas sino que son menores, ya que los escalones de la turbina son capaces de recuperar parte de la energía degradada en el anterior escalón para generar energía mecánica. Sin embargo a medida que aumenta el número de escalonamientos la máquina se encarece, por lo que hay que buscar un buen compromiso entre rendimiento y costos.

Elementos de una turbina de vapor Rotor. Es el elemento móvil del sistema. La energía desprendida por el vapor en la turbina se convierte en energía mecánica en este elemento. Dado que la turbina está dividida en un cierto número de escalonamientos, el rotor está compuesto por una serie de coronas de alabes, uno por cada escalonamiento de la turbina. Los alabes se encuentran unidos solidariamente al eje de la turbina moviéndose con él.

Estator. El estator está constituido por la propia carcasa de la turbina. Al igual que el rotor, el estator está formado por una serie de coronas de alabes, correspondiendo cada una a una etapa o escalonamiento de la turbina.

Álabes, órganos de la turbina donde tiene lugar la expansión del vapor. Las turbinas poseen 2 topos de alabes: -Alabes fijos, van ensamblados en los diafragmas que forman parte del estator. Sirven para darle la dirección adecuada al vapor -Alabes móviles que se encuentran en el rotor.

Diafragmas: son discos semicirculares que van dispuestos en el interior de la carcasa perpendicularmente al eje y que llevan en su periferia los álabes fijos. Cojinetes: son los elementos que soportan los esfuerzos y el peso del eje de la turbina. Los cojinetes pueden ser radiales, que son aquellos que soportan los esfuerzos verticales y el peso del eje, o axiales, soportan el esfuerzo en la dirección longitudinal del eje. Sistemas de estanqueidad: son aquellos sistemas de cierre situados a ambos extremos del eje de la turbina que evitan que escape el vapor de ella.

Clasificación de las turbinas de vapor Existen varias clasificaciones de las turbinas dependiendo del criterio utilizado Según el número de etapas o escalonamientos:

•

Turbinas monoetapa, son turbinas que se utilizan para pequeñas y medianas potencias. El salto de entalpía entre la entrada y la salida se realiza en un solo rodete. Técnicamente son las más desarrolladas y mecánicamente las más robustas, por lo que el mantenimiento es sencillo, los costes de inversión son bastante bajos y ofrecen una gran seguridad de servicio.

•

Turbinas multietapa, aquellas en las que la demanda de potencia es muy elevada. Estas turbinas presentan como ventaja la posibilidad de realizar extracciones o tomas de vapor a presiones intermedias entre la de entrada y salida, así como un mejor rendimiento que las monoetapa.

Según la presión del vapor de salida:

•

Contrapresión, en ellas el vapor a la salida se encuentra a presión superior a la Atmosférica, de forma que puede ser empleado en un proceso industrial. Las turbinas de vapor de contrapresión proporcionan el mayor rendimiento térmico global de la instalación.

•

Escape libre, el vapor de escape va hacia la atmósfera. Este tipo de turbinas despilfarra la energía pues no se aprovecha el vapor de escape en otros procesos como calentamiento, etc.

•

Condensación, este tipo de turbinas se utilizan cuando la presión a la salida es ligeramente superior a la atmosférica y por lo tanto el vapor se dirige directamente al condensador .en las turbinas de condensación el vapor de escape es condensado con agua de refrigeración. Son turbinas de gran rendimiento y se emplean en máquinas de gran potencia. Las turbinas de condensación se seleccionarán cuando se pretenda conseguir la máxima energía mecánica.

Según la forma en que se realiza la transformación de energía térmica en energía mecánica:

•

Turbinas de acción, en las cuales la transformación se realiza en los álabes fijos.

•

Turbinas de reacción, en ellas dicha transformación se realiza a la vez en los alabes fijos y en los álabes móviles. es decir una parte de la expansión tiene lugar en el estator y la otra en el rotor.

Según la dirección el flujo de vapor en el interior de la turbina • Radiales. La circulación de vapor se establece en un plano perpendicular al eje de la turbina. • Axiales. La circulación de vapor transcurre paralelamente al eje de la turbina. es el mas usado. Funcionamiento de la turbina de vapor El funcionamiento de la turbina de vapor se basa en el principio termodinámico que expresa que cuando el vapor se expande disminuye su temperatura y se reduce su energía interna. Esta reducción de la energía interna se transforma en energía mecánica por la aceleración de las partículas de vapor, lo que permite disponer directamente de una gran cantidad de energía.

Usos y aplicaciones: Las turbinas de vapor se utilizan en la generación de energía eléctrica de origen nuclear y en la propulsión de los buques con plantas nucleares. En las aplicaciones de cogeneración que requieran tanto calor (el utilizado en un proceso industrial) como electricidad, se genera vapor a altas presiones en una caldera y se extrae desde la turbina a la temperatura y la presión que necesita el proceso industrial. Las turbinas de vapor pueden utilizarse en ciclos (escalones) combinados con un generador de vapor que recupera el calor que se perdería. Las unidades industriales se utilizan para poner en movimiento máquinas, bombas, compresores y generadores eléctricos.

b- Turbina de gases: Una turbina de gas es un motor térmico rotativo de combustión interna, donde a partir de la energía aportada por un combustible se produce energía mecánica y se genera una importante cantidad de calor en forma de gases calientes y con un alto porcentaje de oxígeno.

Son máquinas destinadas 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 Las turbinas de gas funcionan con un importante exceso de aire (entre un 275 y un 500%) con el objetivo de evitar que las elevadas temperaturas que se alcanzan tras la combustión (del orden de 1.000 a 1.300 ºC ) pueden afectar las características mecánicas de los rodetes de las turbinas. Los combustibles empleados pueden ser tanto gaseosos, como líquido. Tanto el combustible como el aire comburente deben estar tratados para limpiarlos de impurezas, partículas sólidas y azufre (en el caso de los combustibles líquidos). Las instalaciones de turbinas de gas pueden ser abiertas o cerradas. En las de tipo abierto, los productos de la combustión fluyen a través de la turbina junto con la corriente de aire. En las instalaciones de tipo cerrado, los productos de la combustión no pasan a través de las turbinas, sino por un intercambiador de calor. Los gases que atraviesan la turbina trabajan en circuito cerrado y sucesivamente se comprimen, calientan, expansionan, y enfrían. Las instalaciones cerradas permiten quemar cualquier tipo de combustible en el combustor.

Clasificación de las turbinas de gases: Existen tres criterios fundamentales para clasificar las turbinas de gas: Según ciclo termodinámico de funcionamiento: Ciclo Abierto: El fluido que se comprime es aire tomado del ambiente. Los gases de escape son vertidos a la atmósfera. Ciclo Cerrado: El fluido de trabajo opera en un ciclo cerrado, existiendo dos circuitos secundarios, uno que hará de foco caliente y otro de foco frío. Ciclo Regenerativo: Se aprovechan los gases turbinados para precalentar el aire antes de ponerlo en contacto con el foco caliente.

De acuerdo al flujo del gas: Turbinas axiales. Cuando los gases fluyen coaxialmente al eje de las máquinas. Son las de construcción más complicada, destacándose sobre todo su elevado rendimiento. Turbinas radiales: los gases fluyen radialmente en relación con el eje de la máquina. Son las más utilizadas para pequeñas potencias, ya que conjugan una notable sencillez constructiva con un diseño robusto, fácil mantenimiento y coste menor que las axiales.

De acuerdo a su uso:

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, poseen mayor rendimiento que las autoderivadas. Turbinas aeroderivadas: este tipo de turbinas derivan de la aviación, destacan por su ligereza y por las elevadas prestaciones a las que son sometidas lo que obliga a un mantenimiento mucho más especializado y constante.

Principio de 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 produciendo un movimiento rotativo en un eje de donde se extrae la potencia necesaria para mover el compresor de aire y el alternador, que genera electricidad.

Partes de una turbina de gas: Una turbina de gas consta básicamente de un compresor de aire, una cámara de combustión o combustor, la turbina y, para mejorar el rendimiento, un regenerador.

•

El compresor: Esta ubicado en la sección frontal de la turbina y es el elemento por el cual se introduce en forma forzada el aire desde el exterior. Esta pieza, por la disposición de sus aletas, permite que el flujo sea "aspirado" hacia el interior de la turbina. Está formado por: -Un rotor o impulsor (álabes móviles) en el que se comunica movimiento a la masa de aire aspirada. -Un estator o difusor (álabes fijos) en el que la velocidad se transforma en presión. Pueden clasificarse como:

-Centrífugos o Radiales. - Axiales

•

Cámara de combustión o combustor. Es el lugar donde se inyecta combustible, se mezcla con el aire comburente procedente del compresor y se provoca la combustión. Este proceso es continuo y se realiza en condiciones de presión y temperaturas elevadas. Se fabrican de tipo cilíndrico o en forma de anillo. Debe llevar el gas a temperatura uniforme con mínimas diferencias de presión.

•

Los regeneradores: Transmiten el calor de los gases de escape del aire de los compresores. Aumentan rendimiento pero también volumen, peso y costo. Debida a su gran tamaño, no son aconsejables para la industria aeronáutica.

•

Turbina es donde se extrae la energía de los gases de combustión, transformándola en energía mecánica. Pueden ser, al igual que los compresores, de flujo radial o axial. La turbina está formada por una serie de etapas, cada una de las cuales consta de una rejilla de alabes fijos (distribuidor) y otra de alabes móviles (rueda).

•

Tobera del escape: Para favorecer el constante flujo del aire en el interior de la turbina y poder dirigir efectivamente el aire proveniente de su rueda, se utiliza un aditamento cónico. Esta tobera de escape aumenta considerablemente el empuje del motor.

•

Accesorios: También posee varios dispositivos auxiliares tales como filtros, dispositivos de regulación de velocidad, de lubricación, de alimentación, del combustor y de puesta en marcha. Estos dispositivos dependen de las características de velocidad y de la relación peso / potencia.

Aplicaciones de las turbinas de gas:

•

Aviación militar: Para helicópteros, aviones de combate o caza bombarderos, aviones de despegue vertical.

•

Aviación comercial

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Las turbinas de gas han sido instaladas para impulsar compresores.

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Transporte: En barcos,. También se usan en ferrocarriles, en locomotoras de carga y trenes ligeros de pasajeros.

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Generación eléctrica

2-Diferencias entre turbinas: Turbinas diseñadas para propulsar aviones: son compactas, robustas, tienen una alta relación potencia/peso, son versátiles de operar, ya que al derivar de aviones estos no van siempre a un ritmo constante y pueden necesitar subidas o bajadas rápidas de potencia, su arranque es más sencillo que las diseñadas para uso industrial puro. Sus potencias rondan los 50 MW. Todas estas características las hacen fáciles de mantener y sustituir en caso necesario Requieren el uso de combustibles de alta calidad y en relación a las industriales la potencia máxima a es menor.

Turbinas para generación de energía: su peso y tamaño es mayor al no estar limitadas por su lugar de utilización. Se ha buscado siempre grandes potencias para producción eléctrica estas pueden llegar hasta unos 500 MW. Su rendimiento eléctrico es algo menos importante que en las aeroderivadas, ya que puede aprovechar el calor de sus gases de escape para cogeneración. Su velocidad de rotación es importante ya que al ser usadas para la producción de electricidad deben rondar los 50-60 Hz.