El funcionamiento de una turbina de gas, paso a paso

Santiago Garcia

8 Jan 201408:01

Summary

TLDRLa turbina de gas es una máquina térmica que convierte la energía química de un combustible en mecánica, usualmente disponible en un eje para conectar generadores, compresores, bombas o helicópteros. Ofrece ventajas como bajo peso y volumen, flexibilidad de operación y alta fiabilidad. Aunque su rendimiento es inferior a algunos motores alternativos, su simplicidad en diseño y ausencia de movimientos alternativos reduce problemas de equilibrio y consumos de lubricantes. Las turbinas de gas han evolucionado desde su uso en la aeronáutica hasta la generación de energía eléctrica y ciclos combinados, siendo fáciles de entender y mantener para técnicos de operación y mantenimiento.

Takeaways

🔧 Una turbina de gas es una máquina térmica que convierte energía química en energía mecánica.
🔗 La energía mecánica producida puede ser utilizada para conectar un generador eléctrico, compresor, bomba o hélice de un barco.
🔥 Puede utilizar varios combustibles, incluyendo queroseno, gasóleo y, principalmente, gas natural.
🌀 El aire se eleva en presión y temperatura antes de pasar a través de la turbina en su estado gaseoso.
⚙️ Las turbinas de gas son turbomáquinas que pertenecen al grupo de máquinas térmicas generadoras, con una amplia gama de potencias.
🏗️ Sus ventajas incluyen un bajo peso y volumen en relación a su potencia, y una operación flexible.
🚀 Su uso en generación de electricidad y propulsión de buques y aviones está en aumento.
🔄 Carecer de movimientos alternativos y rozamientos reduce problemas de equilibrado y consumos de lubricante.
🌡️ Requieren menos refrigeración en comparación con turbinas de vapor, facilitando la instalación.
⏱️ Poseen baja inercia térmica, lo que permite alcanzar rápidamente su carga plena.
🛠️ Ofrecen un mantenimiento sencillo y alta fiabilidad, con posibilidades de alta disponibilidad y rendimiento.

Q & A

¿Qué es una turbina de gas?
-Una turbina de gas es una máquina térmica que transforma la energía química contenida en un combustible en energía mecánica, que luego se puede utilizar para conectar un generador eléctrico, compresor, bomba o hélice de un barco.
¿Qué tipos de combustibles pueden utilizarse en una turbina de gas?
-Una turbina de gas puede utilizar combustibles líquidos como queroseno o gasóleo, pero su combustible más habitual es el gas natural.
¿Cómo se relaciona la turbina de gas con el aire?
-El aire entra en la turbina de gas, donde pasa por un proceso de elevación de presión y temperatura antes de convertirse en un fluido gaseoso que se mueve a través de la turbina.
¿Cuál es el rango de potencia de las turbinas de gas?
-Las turbinas de gas operan en una amplia gama de potencias, desde microturbinas de 5 kilovatios hasta turbinas de hasta 500 megavatios en los últimos desarrollos.
¿Cuáles son las ventajas principales de las turbinas de gas en términos de peso y volumen?
-Las turbinas de gas tienen un pequeño peso y volumen en relación a su potencia, y ofrecen una gran flexibilidad en su operación, lo que las hace ideales para aplicaciones específicas como la generación de electricidad o la propulsión de buques y aviones.
¿Por qué las turbinas de gas son preferibles a los motores alternativos en términos de mantenimiento?
-Las turbinas de gas presentan menos problemas de equilibrado y menores consumos de aceite lubricante debido a la ausencia de movimientos alternativos y rozamientos entre superficies sólidas.
¿Qué ventajas ofrecen las turbinas de gas en comparación con las turbinas de vapor en términos de refrigeración y tiempo de carga?
-Las turbinas de gas tienen pocas necesidades de refrigeración y una baja inercia térmica, lo que les permite alcanzar su plena carga en periodos de tiempo muy cortos, facilitando su instalación y adaptación a variaciones de carga rápida.
¿Cuáles son las ventajas adicionales de las turbinas de gas en términos de mantenimiento y fiabilidad?
-Las turbinas de gas ofrecen un mantenimiento sencillo y una elevada fiabilidad debido a la reducción de las necesidades de lubricación y refrigeración, y la ausencia de movimientos alternativos.
¿Cuál es el rendimiento típico de una turbina de gas y cómo se compara con otros motores?
-El rendimiento de una turbina de gas suele estar entre el 30% y el 40%, lo que es inferior en comparación con los motores alternativos diesel que pueden alcanzar el 50% de rendimiento o con las turbinas de vapor, que suelen tener un rendimiento del 40%.
¿Qué elementos componen una turbina de gas y qué función desempeñan?
-Una turbina de gas está compuesta por filtros de aire de admisión, compresor, sistema de aporte de calor al fluido, elemento expansor o turbina propiamente dicha, escape rotor, carcasa, cojinetes y rodamientos, y sistemas auxiliares, cada uno con una función específica en el proceso de energía.
¿Cómo se han adaptado las turbinas de gas para la generación de energía eléctrica y cómo han influido en el mercado?
-Las turbinas de gas se han adaptado para la generación de energía eléctrica, desarrollando modelos específicos que se ajustan a las exigencias del mercado. La posibilidad de aprovechar el calor de los gases de escape ha provocado una revolución en el mercado, donde antes predominaban las turbinas de vapor.

Outlines

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⚙️ Transformación de energía en una turbina de gas

Una turbina de gas es una máquina térmica que convierte la energía química del combustible en energía mecánica. Esta energía mecánica se utiliza habitualmente en un eje para conectar generadores eléctricos, compresores, bombas o hélices. La turbina de gas no debe su nombre al combustible utilizado, sino al fluido que circula a través de ella, que es siempre un gas. Las turbinas de gas son turbomáquinas que pertenecen al grupo de máquinas térmicas generadoras, con aplicaciones que van desde pequeñas microturbinas de 5 kW hasta desarrollos de 500 MW. Sus ventajas incluyen un peso y volumen reducidos en relación a su potencia y una gran flexibilidad operativa, lo que las hace cada vez más populares en la generación de electricidad y la propulsión de barcos y aviones. Además, las turbinas de gas tienen menores necesidades de lubricación y refrigeración en comparación con las turbinas de vapor, lo que facilita su instalación y mantenimiento. Sin embargo, también presentan inconvenientes como la alta velocidad de rotación y un rendimiento relativamente bajo en comparación con motores alternativos y turbinas de vapor.

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🔧 Componentes y funcionamiento de una turbina de gas

Una turbina de gas se compone de tres partes principales: el compresor, la cámara de combustión y el expansor o turbina. El compresor eleva la presión del gas utilizando generalmente un compresor axial, con una relación de presión típica de 1:10 a 1:30. La temperatura del aire aumenta en el compresor y se eleva aún más en la cámara de combustión, alcanzando temperaturas de hasta 1700 grados en modelos avanzados. Esta energía acumulada en el fluido se transforma primero en energía cinética y luego en energía rotativa, que es el objetivo principal de la turbina. Aunque las turbinas de gas son equipos de alta tecnología, su funcionamiento puede ser comprendido y diagnosticado por técnicos de operación y mantenimiento, lo que facilita su manejo y reparación.

Mindmap

Keywords

💡turbina de gas

Una turbina de gas es una máquina térmica que convierte la energía química contenida en un combustible en energía mecánica. Es central en el tema del video, ya que se describe cómo esta turbina puede ser utilizada para generar electricidad, impulsar barcos y más. En el guion, se menciona que 'la turbina de gas debe ser un hombre no al combustible que utiliza', destacando su versaatilidad en el uso de diferentes tipos de combustibles.

💡energía mecánica

Es la energía que se produce tras la transformación de la energía química en la turbina de gas. En el video, se indica que esta energía mecánica es accesible en un eje y puede ser conectada a un generador eléctrico, un compresor, una bomba o una hélice de barco, lo que ilustra su importancia en la conversión de energía.

💡combustible

El combustible es cualquier material que puede quemar para liberar energía. En el guion, se destaca que las turbinas de gas pueden utilizar varios tipos de combustibles, como queroseno, gasóleo o gas natural, lo que subraya su flexibilidad operativa.

💡turbo máquina

Las turbinas de gas son consideradas turbo máquinas, una clase de máquinas que operan basadas en el principio de la turbulencia de fluidos. En el video, se menciona que 'las turbinas de gas son Turbo máquinas, que pertenecen al grupo de máquinas térmicas generadoras', lo que indica su función principal en la generación de energía.

💡potencia

Se refiere a la cantidad de energía que puede ser producida o utilizada. El guion describe que las turbinas de gas operan en una amplia gama de potencias, desde microturbinas de 5 kilovatios hasta turbinas de hasta 500 megavatios, mostrando su amplio rango de aplicaciones.

💡generación de electricidad

Es uno de los principales usos de las turbinas de gas, como se describe en el guion: 'hacen que sean máquinas cuyo uso para la determinadas aplicaciones especialmente referidas a la generación de electricidad esté en claro aumento'. Esto destaca la relevancia de las turbinas de gas en la producción de energía eléctrica.

💡rendimiento

El rendimiento de una turbina de gas se refiere a la eficiencia con la que convierte la energía química en energía mecánica. El guion menciona que el rendimiento de las turbinas de gas es 'entre el 30 y el 40%', lo que es inferior en comparación con otros tipos de motores, como los diesel.

💡sistema de aporte de calor

Este sistema es parte integral de la turbina de gas y se utiliza para elevar la temperatura del fluido de trabajo antes de que ingrese al elemento expansor. En el guion, se describe cómo 'sistema de aporte de calor al fluido' es una parte esencial del proceso de la turbina de gas.

💡elemento expansor

El elemento expansor es la parte de la turbina donde el fluido de trabajo se expande y libera energía, que luego se convierte en energía cinética. El guion lo menciona como 'elemento expansor o turbina propiamente dicha', lo que indica su función en la transformación de la energía.

💡ciclos combinados gas vapor

Este término se refiere a un proceso de generación de electricidad más eficiente que utiliza el calor de los gases de escape de una turbina de gas para producir vapor y generar más electricidad. El guion describe cómo 'la posibilidad de aprovechar el calor de los gases de escape para producir vapor... ha provocado una auténtica revolución en el mercado de la generación eléctrica'.

💡mantenimiento

El mantenimiento es un aspecto clave en el funcionamiento de las turbinas de gas, como se destaca en el guion: 'una instalación de generación eléctrica basada en una turbina de gas puede alcanzar con facilidad valores de disponibilidad superiores al 95%, y valores de fiabilidad cercanos al 99% si la instalación está bien diseñada, bien construida, bien operada y con un adecuado mantenimiento'. Esto muestra la importancia del mantenimiento en asegurar la confiabilidad y la longevidad de las turbinas de gas.

Highlights

Una turbina de gas es una máquina térmica que transforma energía química en energía mecánica.

La energía mecánica se puede usar para conectar un generador eléctrico, compresor, bomba o hélice de un barco.

La turbina de gas puede utilizar varios combustibles, incluyendo queroseno, gasóleo y gas natural.

Las turbinas de gas son turbomáquinas que pertenecen al grupo de máquinas térmicas generadoras.

La operación de turbinas de gas abarca desde pequeñas potencias de 5 kilovatios hasta 500 megavatios.

Sus principales ventajas incluyen un pequeño peso y volumen en relación con la potencia, y flexibilidad de operación.

Las turbinas de gas son ideales para aplicaciones que requieren generación de electricidad y propulsión de buques y aviones.

Presentan una clara ventaja frente a motores alternativos por la ausencia de movimientos alternativos y rozamientos.

Las turbinas de gas tienen menos necesidades de refrigeración en comparación con las turbinas de vapor.

Llevan a una baja inercia térmica, lo que permite alcanzar su plena carga en periodos de tiempo cortos.

Ofrecen un mantenimiento sencillo y una elevada fiabilidad, con una baja probabilidad de fallo.

Las instalaciones de generación eléctrica con turbinas de gas pueden alcanzar disponibilidad superior al 95% y fiabilidad cercana al 99%.

También presentan desventajas, como una alta velocidad de rotación y un bajo rendimiento entre el 30 y el 40%.

Las turbinas de gas componen un conjunto que incluye filtros de aire, compresor, sistema de aporte de calor y escape rotor.

Inicialmente utilizadas para trabajo mecánico, luego se trasladaron al campo de la aeronáutica como elemento propulsor.

Se utilizaron masivamente como motor para la generación de energía eléctrica y se adaptan a las exigencias del mercado.

La posibilidad de aprovechar el calor de los gases de escape ha provocado una revolución en la generación eléctrica.

Una turbina de gas tiene tres partes diferenciadas: compresor, cámara de combustión y turbina propiamente dicha.

El compresor es de tipo axial y produce una elevación de presión con relaciones que van entre 1,10 y 1:30.

La cámara de combustión eleva la temperatura a alrededor de 1000 a 1700 grados para acumular energía potencial.

Las turberas transforman la energía potencial en cinética y luego a energía rotativa.

Las turbinas de gas son fáciles de entender para el técnico de operación y mantenimiento.