Martes, 21 Noviembre 2017

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La turbina de gas es una máquina diseñada para utilizar la energía aportada por los gases que salen de una cámara de combustión a alta presión y  muy altas temperaturas, por lo que llevan mucha energía, dichos gases al chocar contra los alabes de la turbina de expansión provocan su giro, este giro lo podemos aprovechar para mover un generador y producir electricidad o provocar un impulso utilizado para mover por ejemplo un avión.

Existen diferentes tipos de turbinas dependiendo de su origen, disposición de la cámara de combustión y ejes con los que cuente.

Dependiendo de su origen las podemos clasificar como:

  • Aeroderivadas: Son aquellas que tiene su origen en 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 nos 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.
 
Figura 1. Turbina Aeroderivada
 
 
 
  • Industriales: Son turbinas diseñadas desde su origen para uso industrial por lo que su peso y tamaño es mayor al no estar limitadas por su lugar de utilización, por lo que al ser de gran tamaño en general las revisiones se llevan acabo en la misma planta. Se ha buscado siempre grandes potencias para producción eléctrica estas pueden llegar hasta unos 500 MW, también se ha buscado que estén operando el mayor tiempo posible de forma constante, ya que sus paradas son más largas que la de las aeroderivadas por lo que se pierde más dinero al no tenerla funcionando. 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.
 
Figura 2. Turbina de uso industrial para producir electricidad.
 
 
Dependiendo de su tipo de cámara de combustión las podemos clasificar en tres categorías:
 
1)    Cámaras de combustión tipo Silo: Este tipo de turbinas tienen la cámara de combustión fuera del eje que une la turbina y el compresor, puesto en la parte superior, los inyectores se instalan atravesando el techo superior de la cámara, y los gases de escape llegan a la turbina de expansión por una abertura inferior conectada a ésta, son turbinas que por ahora se utilizan para combustibles experimentales como el hidrogeno.
 

Figura 3. Cámara de combustión tipo Silo.
 
 
2)   Cámaras de combustión Anulares: En este tipo de cámara de combustión, la cámara forma un anillo continuo alrededor del eje entre el compresor y la turbina, los quemadores los tiene dispuestos a lo largo de todo el anillo, la mezcla combustible/comburente y la distribución de temperaturas  es menos uniforme que en las tuboanulares, aunque también son menores las perdidas de carga y tiene una buena refrigeración la cámara de combustión. Las turbinas con este diseño suelen ser aeroderivadas, principalmente utilizadas por los fabricantes Alstom y Siemens.
 
Figura 4. Cámara de combustión Anular.
 
 
3)    Cámaras de combustión Tuboanulares: Este tipo de cámaras de combustión esta formada por una serie de cilindros puestos alrededor del eje cada uno con su quemador y sistema de encendido, por lo que en caso de que uno no encienda puede provocar grandes diferencias de temperatura con lo problemas que esto puede acarrear. Son más pesadas al tener varias cámaras de combustión, pero tienen una mayor resistencia estructural. Sus fabricantes son General Electric y Mitshubishi.
 

Figura 5. Cámara de combustión Tuboanular.
 
 
 
Dependiendo del número de ejes las podemos clasificar como:
 
 
1)    Monoeje: En este tipo de turbinas el compresor, turbina y generador, están todo unidos en el mismo rotor girando de forma solidaria, son las más comunes para uso de generación eléctrica. Su velocidad de giro suele estar en 3000 rpm para ajustarse a los 50 Hz de la red eléctrica.
 
Figura 6. Turbina Monoeje.
 
 
2)     Multieje: Este tipo de turbinas esta dividido el eje en dos,  un eje en el que esta el compresor y la turbina de alta, que es la encargada de impulsar al compresor. En el otro eje se encuentran la turbina de potencia que es la que mueve el generador. Este tipo de configuración se usa en turbinas aeroderivadas y de pequeña potencia ya que tiene buen comportamiento frente a variaciones de carga.
 

Figura 7. Turbina Multieje.
 

 

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