El funcionamiento de una turbina de gas, paso a paso
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
⚙️ 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.
🔧 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.
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💡sistema de aporte de calor
💡elemento expansor
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💡mantenimiento
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.
Transcripts
una turbina de gas es una máquina
térmica que transforma la energía
química contenida en un combustible en
energía mecánica esa energía mecánica
habitualmente la tendremos a nuestra
disposición en un eje en ese eje
nosotros podemos Conectar a continuación
un generador eléctrico podremos conectar
un compresor una bomba o una hélice de
un barco Para aprovechar esta energía
mecánica que ha producido la turbina de
gas
la turbina de gas debe ser un hombre no
al combustible que utiliza puesto que
puedo utilizar varios puedo utilizar
combustibles líquidos puede utilizar
queroseno puede utilizar
puedo utilizar gasóleo o puedo utilizar
su combustible más habitual que es el
gas natural
debe su nombre no al combustible debe su
nombre al fluido que circula a través de
la turbina entra aire ese aire tiene un
proceso de elevación de presión y de
elevación de temperatura sale a 11
temperatura determinada Pero siempre es
un fluido gaseoso el que se mueve a
través de la turbina
las turbinas de gas son Turbo máquinas
que de modo general pertenecen al grupo
de máquinas térmicas generadoras y cuya
franja de operación va desde pequeñas
potencias 5 kilovatios para
microturbinas hasta 500 megavatios para
los últimos desarrollos
sus principales ventajas son El pequeño
peso y volumen en relación a su potencia
y la flexibilidad de su operación Esto
hace que sean máquinas cuyo uso para la
determinadas aplicaciones especialmente
referidas a la generación de
Electricidad y a la propulsión de buques
y aviones esté en claro aumento
al ser máquinas rotativas presentan una
Clara ventaja frente a los motores
alternativos por la ausencia de
movimientos alternativos y de
rozamientos entre superficies sólidas
como las que se dan entre pistón y
camisa
lo que se traduce en menores problemas
de equilibrado y menores consumos de
aceite lubricante que además no están en
contacto con superficies calientes ni
con productos de combustión
comparadas con las turbinas de vapor las
turbinas de gas apenas tienen
necesidades de refrigeración lo que
facilita enormemente su instalación
además de su baja inercia térmica les
permite alcanzar su plena carga en
periodos de tiempo muy cortos lo que les
hace ideales para determinadas
aplicaciones en las que se requiere
variaciones de Carga rápida regulación
de red o abastecimiento de picos de
demanda
esta simplicidad comparada con las
turbinas de vapor y con motores
alternativos otorga a las turbinas de
gas dos ventajas adicionales un
mantenimiento sencillo Comparado con
otras máquinas térmicas y una elevada
fiabilidad
en efecto la reducción de las
necesidades de lubricación y
refrigeración la continuidad del proceso
de combustión y la ausencia de
movimientos alternativos hace que la
probabilidad de fallo disminuye 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
no obstante también tiene algunos
inconvenientes importantes en los que
hay que destacar dos la alta velocidad
de rotación y su bajo rendimiento entre
el 30 y el 40% Comparado con los motores
alternativos diesel algunos
desarrollados ya alcanzan el 50% de
rendimiento o con las turbinas de vapor
varones del 40% son muy normales
Normalmente se entiende por turbina de
gas el conjunto formado por los
siguientes elementos filtros de aire de
admisión compresor responsable de la
elevación de presión del fluido de
trabajo
sistema de aporte de calor al fluido
elemento expansor o turbina propiamente
dicha
escape rotor carcasa cojinetes
rodamientos sistemas auxiliares sus
aplicaciones son muy variadas siendo el
más amplio campo de aplicación entre los
motores térmicos
inicialmente se utilizaron para la
realización de trabajo mecánico
Posteriormente se trasladaron al campo
de la aeronáutica como elemento
propulsor sobre todo a partir de la
Segunda Guerra Mundial
más tarde se utilizaron masivamente como
elemento motor para la generación de
energía eléctrica
aplicación para la que se han
desarrollado modelos específicos que han
tratado de adaptarse a las exigencias de
ese mercado
la posibilidad de aprovechar el calor de
los gases de escape para producir vapor
aprovechable la industria como energía
térmica o para producir más energía
eléctrica en los denominados ciclos
combinados gas vapor ha provocado una
auténtica Revolución en el mercado de la
generación eléctrica donde la turbina de
vapor había sido la reina indiscutible
durante muchos años
una turbina de gas tiene tres partes
claramente diferenciadas la primera
parte es el compresor en el compresor se
va a producir la elevación de la presión
del gas esa se utiliza habitualmente un
compresor de tipo axial hay turbinas que
utilizan otro tipo de compresor pero el
más habitual en casi todos los modelos
es un compresor de tipo axial que va a
producir esta elevación normalmente con
relaciones de presión que va a ir entre
1,10 o 1:30 eso son el rango más
habitual
por supuesto se habrá elevado
ligeramente la temperatura
si de media encontraremos que el aire se
introduce a 25 grados en la salida lo
tendremos al entorno de las 200 250 300
grados dependiendo de la relación de
compresión de la turbina pero en la
cámara de combustión vamos a buscar
Elevar mucho más la temperatura vamos a
elevarlo a temperaturas que rondan los
1000 grados 200 1300 hasta 1700 grados
en los modelos más avanzados con esta
elevación de la presión en el compresor
y esta elevación tan brusca de la
temperatura que se da en la cámara de
combustión lo que hemos hecho en el
fluido que circula a través de la
turbina es acumular mucha energía
potencial que ahora podremos transformar
en otras cosas en otros tipos de energía
la primera transformación que vamos a
realizar va a ser transformarlo en
energía cinética eso lo va a realizar
las toberas y para después se
transformar esa energía cinética
trasladarla a los árabes y los álabes se
van a encargar de trasladarla al rotor
produciendo la energía rotativa que al
final es el objetivo que pretende la
turbina a lo largo de este sencillo
vídeo hemos pretendido demostrar que una
turbina de gas no es un elemento
complejo Por supuesto que es un equipo
de alta tecnología que requiere me ha
requerido a lo largo de la historia de
la humanidad un desarrollo muy fuerte
desde aproximadamente 19 momentos en el
que empiezan a desarrollarse hasta el
año en el que nos encontramos
la evolución ha sido poderosa pero para
el técnico de operación y mantenimiento
es fácil entender qué es lo que sucede
dentro de una turbina no debe tener
ningún miedo a entender cuál es el
proceso que se sigue Porque todo lo que
ocurre dentro está perfectamente a su
alcance él puede entender tanto qué es
lo que ocurre como ser capaz de
diagnosticar de una manera sencilla
cuando la turbina está teniendo un
comportamiento normal e incluso tratar
de diagnosticar por qué puede estar
teniendo este comportamiento normal
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