Lo que debe saber sobre la turbina de gas

La turbina de gas se ha utilizado desde 1939 para la generación de electricidad. Hoy en día, es una de las tecnologías de generación de energía más utilizadas. Se sabe que las turbinas de gas son motores de combustión interna (IC) que permiten que las mezclas de aire y combustible produzcan gases calientes que hacen girar una turbina para producir energía. El proceso es común en motores a reacción, motores de combustión interna de automóviles, barcos, locomotoras, etc.

Hoy conocerá la definición, las aplicaciones, la función, los componentes, el diagrama, los tipos y los principios de funcionamiento de una turbina de gas. También conocerá las ventajas y desventajas de esta turbina de gas.

¿Qué es una turbina de gas?

Una turbina de gas es un dispositivo mecánico que transforma la energía química de un combustible, es decir, gas natural o combustible similar, en energía mecánica. La energía mecánica generada por el eje de la turbina se transfiere luego a través de una caja de engranajes al eje del generador. Por lo tanto, se genera energía eléctrica. Las turbinas de gas no se llaman así por el combustible, sino por la producción de gas caliente durante la combustión del combustible. Se pueden utilizar diferentes combustibles, incluidos aceites combustibles, gas natural y combustibles sintéticos. En su proceso, la combustión se produce de forma intermitente, es decir, es un proceso continuo.

Una turbina de gas también se denomina turbina de combustión y es un tipo de motor de combustión interna y continua. Sus principales elementos funcionales incluyen un compresor de gas giratorio aguas arriba, una cámara de combustión, una turbina aguas abajo en el mismo eje que el compresor. Un componente se usa a menudo en turbinas de gas para aumentar su eficiencia y convertir energía en forma mecánica o eléctrica. También ayuda a lograr una mayor relación empuje-peso en un motor de poscombustión.

Además, se puede decir que una turbina de gas es un motor de combustión interna que utiliza gas como fluido de trabajo para hacer girar una turbina. La potencia final se puede utilizar para accionar una bomba generadora, una hélice o, en el caso de un motor de avión a reacción puro.

Aplicaciones de una turbina de gas

Una turbina de gas se puede usar para impulsar aviones, trenes, barcos, generadores eléctricos, bombas, compresores de gas, tanques, etc. Ahora profundicemos en las diversas aplicaciones de una turbina de gas.

• Generación de energía eléctrica:además de la aviación, las industrias de energía eléctrica utilizan ampliamente las turbinas de gas. Aunque también se pueden utilizar turbinas de vapor.
• Usos industriales
• Propulsión marina
• Propulsión de locomotoras
• Propulsión automotriz

Los motores de turbina de gas se utilizan como plantas de "carga máxima" de tamaño mediano para funcionar de manera intermitente durante periodos cortos de demanda de alta potencia en un sistema eléctrico.

Las turbinas de gas se utilizan para bombear gas natural a través de tuberías, donde una pequeña parte del gas bombeado se utiliza como combustible para turbinas.

El proceso de refinación de petróleo también hace uso de este sistema. Para operar las bombas se utilizan pequeñas turbinas de gas portátiles con compresores centrífugos.

Nota :la función principal de una turbina de gas es producir energía mecánica y eléctrica.

Componentes de turbina de gas

A continuación se muestran los componentes de una turbina de gas:

Compresor:

Los compresores utilizados como componentes de turbinas de gas son de diferentes tipos, los primeros empleaban compresores centrífugos. Su diseño es relativamente simple y económico. Están limitados a relaciones de baja presión y no se pueden comparar con los compresores de flujo axial modernos en lo que respecta a la eficiencia. los compresores centrífugos todavía se emplean hoy en día en pequeñas unidades industriales.

Cámara de combustión:

En este sistema, hay dos corrientes de aire provenientes del compresor. La corriente más pequeña se alimenta centralmente a una región donde se inyecta combustible atomizado y se quema con una llama mantenida en su lugar por una obstrucción que genera turbulencia. La otra corriente, que se conoce como corriente más fría, se alimenta a la cámara a través de orificios junto con un "revestimiento de combustión" (una especie de caparazón). Esto ayuda a reducir la temperatura general a un nivel adecuado para la entrada de la turbina.

Turbina:

Estos componentes de turbinas de gas normalmente se basan en el principio de reacción con los gases calientes expandiéndose a través de hasta ocho etapas. Utiliza turbinas de uno o dos carretes. En esta turbina se impulsa la carga externa, parte de la expansión se lleva a cabo en una turbina de alta presión. Esta turbina de alta presión acciona solo el compresor, mientras que la expansión restante se lleva a cabo en una turbina independiente y libre conectada a la carga.

Control y puesta en marcha:

Un motor de turbina de gas que impulsa un generador eléctrico, la velocidad debe controlarse y debe ser constante independientemente de la carga eléctrica. Reducir el flujo de combustible en este sistema reducirá la temperatura de salida de la cámara de combustión. Debido a esto, la caída de entalpía disponible para la turbina aunque la eficiencia de la turbina se reduzca ligeramente. El control en motores de turbinas de gas de aeronaves es más difícil de controlar.

Otras consideraciones de diseño:

Con los diseños de los motores de turbina de gas modernos, se pueden agregar piezas funcionales adicionales para mejorar su eficiencia.

Esquema del motor de turbina de gas:

Tipos de turbinas de gas

A continuación se muestran los distintos tipos de turbinas de gas que existen:

Turborreactor:

Estos tipos de turbinas de gas son menos complejos que todos los motores de turbina de aviones. En su funcionamiento se consiguen cuatro secciones:compresor, sección de turbina de la cámara de combustión y escape. Los turborreactores han estado disponibles durante décadas, desarrollados en Alemania e Inglaterra antes de la Segunda Guerra Mundial. En los tipos de turborreactores de turbinas de gas, el aire pasa a una alta velocidad a la cámara de combustión. Esta cámara permite la entrada de combustible y contiene un encendedor. La turbina es impulsada por aire en expansión, que empuja desde los gases de escape acelerados.

Turbohélice:

En los motores de turbina de gas de tipo turbohélice, las hélices se accionan a través de un engranaje de reducción, lo que proporciona un rendimiento óptimo de la hélice a velocidades de rpm más bajas. Esto ayuda a lograr una mayor eficiencia de combustible y rendimiento a velocidades aerodinámicas más bajas, lo que hace que los turbohélices sean una mejor opción para los motores de aeronaves, incluidas las aeronaves pequeñas, de cercanías, de carga y para uso agrícola. Tenga en cuenta que las hélices son menos eficientes a medida que aumenta la velocidad del avión, lo que las hace adecuadas para aviones que no viajan a velocidades más altas.

Turboventilador:

Turbofan es un motor de turbina de avión que desvía un flujo secundario de aire alrededor de la cámara de combustión, creando confianza adicional. Los motores de turbina de gas tipo turboventilador son versiones modernas que se encuentran en aviones de combate y de transporte de alta velocidad.

Turboeje (turborreactor de postcombustión):

Estos tipos de motores de turbina de gas se utilizan predominantemente en aviones de combate. Incluye un postquemador en un turborreactor central para que parte de la energía del escape se pueda utilizar para hacer girar la turbina. Se inyecta combustible adicional en la corriente de escape cada vez que el dispositivo de poscombustión está encendido, lo que produce un empuje adicional. Esto no produce velocidad adicional para la aeronave y quema más combustible que las aeronaves turborreactores tradicionales.

Principio de funcionamiento de la turbina de gas

El funcionamiento de una turbina de gas es menos complejo y se puede entender fácilmente. Opera con ciclo de admisión, compresión, expansión y escape. Normalmente, en cualquier turbina de gas, el aire es comprimido por un compresor y luego conducido a través de una cámara de combustión. El combustible se quema continuamente para el procesamiento de gas a alta temperatura y alta presión. El aire/gas combustible se quema (encende) y se produce la expansión, por lo tanto, generando energía rotatoria que es utilizada por el compresor en la etapa anterior. La energía restante es utilizada por un eje de salida.

Vea lo siguiente para obtener más información sobre el funcionamiento de la turbina de gas:

https://www.youtube.com/watch?v=t7N1kKz5faM

En unos pocos pasos, déjame explicarte cómo las turbinas de gas producen electricidad. Bueno, se somete al mismo proceso mencionado anteriormente, pero aún necesita aclarar cómo se crea la electricidad. Para que se genere electricidad, la turbina de gas calienta la mezcla de aire y combustible a temperaturas muy altas, lo que hace que las palas de la turbina giren. La turbina giratoria impulsa un generador que convierte la energía en electricidad. Las turbinas de gas se pueden combinar con turbinas de vapor en una planta de energía de ciclo combinado para generar energía extremadamente eficiente. ¡Fácil verdad! Estos son los pasos:

• La mezcla de aire y combustible se enciende.
• El gas caliente hace girar los álabes de la turbina.
• El eje de transmisión gira junto con las cuchillas.
• La rotación de la turbina alimenta el generador.
• El imán generador hace que los electrones se muevan y crea electricidad.

Ventajas y desventajas de la turbina de gas

Ventajas:

A continuación se muestran los beneficios del motor de turbina de gas en sus diversas aplicaciones:

• La relación potencia-peso es muy alta en comparación con los motores alternativos.
• Más pequeño que la mayoría de los motores alternativos de la misma potencia nominal.
• Menos piezas móviles
• Rotación suave del eje principal
• Menos vibración que los motores alternativos.
• El calor residual se disipa casi por completo en el escape.
• Bajas presiones máximas de combustión en los motores alternativos.
• Bajo costo y consumo de aceite lubricante.
• Se puede usar una variedad de combustibles para la operación.
• No se requiere calentamiento después de comenzar.
• El costo inicial es menor.
• Requiere menos espacio.

Desventajas:

A pesar de las buenas ventajas de los motores de turbina de gas, aún existen algunas limitaciones. A continuación se presentan las desventajas de una turbina de gas en sus diversas aplicaciones.

• El costo del motor es alto debido a los materiales exóticos.
• Inicio más prolongado
• Menos sensible a los cambios en la demanda de energía.
• La eficiencia inherente es menor.

Conclusión

Los motores de turbina de gas son ampliamente conocidos por sus aplicaciones en la aviación, de hecho, los diversos tipos de turbinas enumerados anteriormente se utilizan en la aviación. La turbina de gas ofrece buenas prestaciones en la mayoría de las situaciones y utiliza energía química para su funcionamiento. Eso es todo por este artículo, donde explicamos la definición, aplicaciones, función, componentes, diagrama, tipos y funcionamiento de una turbina de gas. También discutimos sus ventajas y desventajas.

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