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Aplicaciones de turbinas de gas

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Yaz Pyazgva

on 21 April 2015

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Transcript of Aplicaciones de turbinas de gas

Turbogeneradores
Un turbogenerador consiste de una
turbina directamente acoplada a un
generador eléctrico, con el objetivo de
obtener energía eléctrica, es decir, al
accionarse la turbina, provee al generador del
torque (giro y velocidad angular) necesarias para
que éste sea capaz de generar energía eléctrica
(convirtiendo la energía mecánica del giro en energía eléctrica). Pequeñas turbogeneradoras con turbinas de gas son usualmente utilizadas para la cogeneración eléctrica.
Transporte
Automóviles
Generación eléctrica
Las centrales eléctricas de turbina de gas son empleadas por la industria de generación eléctrica en emergencias y durante
períodos picos
gracias a su bajo costo y rápido tiempo de respuesta.
En las turbinas de gas la combustión se realiza dentro de la máquina. Su
fluido de trabajo
son los
gases de combustión
.
Ciclo combinado
El ciclo combinado es el ciclo de
turbina de gas (Brayton)
, que complementa al ciclo de
turbina de vapor (Rankine)
, y tiene una
eficiencia térmica más alta
que cualquiera de los ciclos ejecutados individualmente.
Aplicaciones del
Ciclo de Turbina de Gas

Cogeneración
El término cogeneración está definido en general como la generación simultánea y combinada de calor y energía eléctrica, en un verdadero sistema de cogeneración una porción importante del calor generado o recuperado debe ser destinado a procesos térmicos
Trigeneración
Se define trigeneración como la producción conjunta, de
electricidad, calor y frío
, a partir de un único combustible.

Básicamente, una planta de trigeneración es sensiblemente igual a una de
cogeneración a la que se le añade un sistema de producción de frío.
Volvo ECC
Aeronautica
Para cubrir estos requisitos y a la vez obtener un diseño liviano para aplicaciones aeronáuticas se recurre a la
filosofía de diseño de dividir las solicitaciones por medio de una doble carcasa; una externa, que soporta la presión y
está protegida de las altas temperaturas por una carcasa interna, perforada, que aísla del calor pero no soporta una
diferencia de presión

Pueden operar como sistemas abiertos o cerrados. El ciclo abierto es el más común.
Las turbinas de gas también se utilizan con las centrales eléctricas de vapor en el lado de alta temperatura, formando un
ciclo combinado
. En estas plantas, los gases de escape de las turbinas de gas sirven como la fuente de calor para el vapor.

Tabla de Instituto de Investigaciones Eléctricas
Ventajas

• Flexibilidad.
• Eficiencia elevada.
• Bajas emisiones
• Coste de inversión bajo por MW instalado.
• Periodos de construcción cortos.
• Menor superficie por MW
• Bajo consumo de agua de refrigeración.
• Ahorro energético en forma de combustible
• Se obtienen beneficios en poco tiempo


Desventajas
-Contaminan el aire.
- Contaminación térmica en ríos y mares
- Emisión de gases que provocan lluvia ácida y efecto invernadero.
- Provoca ruidos.
- Gasta mucho agua.
- Impide el avance urbanístico
- Sus emisiones pueden provocar daños a la salud.

Componentes y diagrama del ciclo
Son usuarios potenciales de sistemas de trigeneración aquellas plantas industriales que reúnen las siguientes características:
• Demandas de calor, frío y electricidad simultáneas y continuas.
• Disponibilidad de combustibles de calidad.
• Calendario laboral de, al menos, 4.500 h-5.000 h anuales.
• Espacio suficiente y legalización adecuada para la ubicación de los nuevos equipos.
• Efluentes térmicos de calidad.
.Ejemplos son:
• Industria agroalimentaria.
• Sectores del papel y del refino de petróleo
• Sectores químico y cerámico
• Transporte refrigerado.

Barcos
Trenes
Un tren de turbina de gas normalmente consta de dos coches motores y uno o más vehículos de pasajeros intermedios.
Una turbina de gas ofrece algunas ventajas sobre un motor de pistón:

Menos móviles (reduce lubricación y costo de mantenimiento)

La relación peso-potencia es mucho mayor. (menor espacio para desarrollar la misma potencia)

La turbina de gas impulsa un eje de salida que está a su vez unido a una transmisión hidráulica o eléctrica, o una caja de cambios mecánica, que suministra energía para accionar las ruedas.
Ejemplos
REINO UNIDO
British Rail invirtió en experimentación 1950
Proyectos para la región occidental.
APT-E GT3 en 1962

FRANCIA
SNCF utilizaba Turbotrain, en el territorio no electrificado, hasta 2005
El primer prototipo de tren de alta velocidad, TGV 001

ESTADOS UNIDOS
En 1960 United Aircraft construyó el tren de pasajeros Turbo, probado por el ferrocarril de Pennsylvania . Reemplazado por la CRA en 1982.
En 1966, el Long Island Rail Road probó un tren impulsado por dos motores de turbina Garrett.
En 1977, el LIRR probó turbine-electric (Garett- GE)

CANADÁ
Canadian National Railways ruta Toronto-Montreal entre 1968 y 1982,
En 2002 Bombardier Transportation anunció el lanzamiento de la JetTrain, un tren de alta velocidad (240 a 300 Km por hora)

RUSIA
En 2011 un se desarrolla GT-1
170 vagones con peso total de 16.000 toneladas
Velocidad máxima de 100 Km/h
El depósito de combustible 17 toneladas de gas natural comprimido
Autonomía de 750 kilómetros y desarrolla potencia de 8.300 kW

Ventajas respecto a otras máquinas motrices:

Menor peso y volumen
Mayor reserva de potencia
Mayor maniobrabilidad. Rendimiento térmico independiente de temperatura del agua de mar.
Excelente Mantenibilidad

Los métodos más comunes de propulsión de barco son:
Propulsión a vapor
Propulsión por motores
Propulsión por turbinas de gas
La propulsión por turbina de gas es el más moderno sistema de propulsión de los que usan combustible fósil.
Su ventaja radica en la insuperable relación peso-potencia que desarrollan, por ello han sido aprovechado para buques de combate.
En el campo mercante también tuvo auge, pero la crisis del petróleo de inicios de los 70 frenó su utilización en beneficio del motor diésel.

Ejemplos
LM 500 (6000 HP) GE
MT30 Rolls-Royce
TF40 Vericor
SGT5 8000H Siemens
Por lo general, para la generación de energía eléctrica se utilizan generadores diesel puesto que son más confiables, pero son más pesados y necesitan mucho más espacio, a la vez que son más contaminantes que los que funcionan a gas.
La eficiencia de turbo generadoras a gas pueden ser mejoradas con el uso de ciclos combinados en donde se utilizan los gases calientes que salen de la turbina para calentar agua para generar vapor para enviarlo a otro turbo generador pero con una turbina de vapor.
La turbina de gas es de uso extenso en plantas industriales, básicamente en dos tipos: uno ligero y similar al que se aplica en transporte aéreo y otro de tipo industrial más pesado, ambos han demostrado confiabilidad y disponibilidad excelentes en operación a carga base aún cuando el primero por su propia naturaleza tienen costos de mantenimiento más altos.
Las turbinas de gas pueden quemar una variedad de combustibles líquidos y gaseosos y operar por períodos largos sin requerir demasiada atención, por otra parte ofrecen la ventaje de menor área requerida por kW instalado.
El aprovechamiento simultáneo del calor y electricidad que caracteriza a la cogeneración hace a ésta especialmente eficiente en el uso de la energía.
Cuando se tienen cargas eléctricas altas el vapor se genera a presión alta y se expande subsecuentemente en la turbina del grupo turbogenerador constituyendo así un ciclo combinado.
Si las demandas de vapor y/o energía eléctrica son todavía mayores los gases de escape se usan como aire de combustión precalentado y se incorporan sistemas de combustión auxiliares o suplementarios con “quemadores de ducto” para incrementar su contenido energético y temperatura.
Los desarrollos recientes en ciclo combinado aplican la inyección de vapor a la turbina de gas para incrementar y modular la producción de energía eléctrica en el sistema permitiendo un grado mayor de flexibilidad y permitiendo al sistema de turbina de gas adaptarse a una gama más amplia de relaciones calor/energía eléctrica.
Dentro de muy pocos años, y ésta es la creencia de los ingenieros automovilistas, el automóvil corriente se impulsará por medio de un motor de turbina de gas. Los ingenieros británicos se muestran especialmente activos en la construcción de turbinas pequeñas de esta clase. Dos de ellas, lo suficientemente pequeñas para albergarse bajo el cofre de un auto, se encuentran ahora en su período de pruebas en Inglaterra
Colin Chapman se le ocurrió la genial idea de probar una pequeña turbina para helicópteros en el chasis de un F1 de competición, idea que ya habían puesto en práctica en América, probándose con éxito en los peraltes de Indianápolis en 1967.
El Volvo ECC es un prototipo de automóvil construido por el fabricante sueco de automóviles Volvo en 1992, el nombre ECC significa "Enviromental Concept Car". Se trataba de un ejercicio de diseño en el uso de material reciclado. Era alimentado por un motor híbrido eléctrico de 53 CV y un motor de turbina de gas de 56 CV. Gran parte de sus componentes fueron reutilizados en el Volvo S80, el ECC tenía transmisión automática de 2 velocidades, aceleraba de 0 a 100 km/h en 13 segundos y alcanzaba una velocidad máxima de 175 km/h.
Un motor aeronáutico o motor de aviación es aquel que se utiliza para la propulsión de aeronaves mediante la generación de una fuerza de empuje.
Este tipo de motores usan una turbina de gas para producir potencia a lo largo de su estructura, sea para aumentar la potencia del flujo que pasa a través de ellos que para aprovechar su derivación de potencia para mover un mecanismo (eje).

El funcionamiento de estos motores es relativamente más simple que el de los motores recíprocos, sin embargo las técnicas de fabricación, componentes y materiales son mucho más complejos ya que están expuestos a elevadas temperaturas y condiciones de operación muy diferentes en cuanto a altitud, rendimiento, velocidad interna de los mecanismos y durabilidad de las piezas.
Un turborreactor es un tipo de motor de turbina de gas desarrollado originalmente para aviones de combate durante la Segunda Guerra Mundial en los que una turbina de gas aumenta el flujo de aire que, al ser expelido por una tobera de escape con mayor potencia y temperatura, aportan la mayor parte del empuje del motor, impulsando la aeronave hacia adelante.
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