Clasificacion de Las Turbinas de Gas

CLASIFICACION DE LAS TURBINAS DE GAS

Turbinas de Accioacuten El cambio o salto entaacutelpico o expansioacuten es realizada en los aacutelabes directores o las toberas de inyeccioacuten si se trata de la primera etapa de un conjunto de turbinas estos elementos estaacuten sujetos al estator En el paso del vapor por el rotor la presioacuten se mantendraacute constante y habraacute una reduccioacuten de la velocidad

Turbinas de Reaccioacuten La expansioacuten es decir el salto entaacutelpico del vapor puede realizarse tanto en el rotor como en el estator cuando este salto ocurre uacutenicamente en el rotor la turbina se conoce como de reaccioacuten pura

FUNCIONAMIENTO DE LAS TURBINAS

Turbina de accioacuten

En la turbina de accioacuten en la que los chorros de la turbina estaacuten sujetos a un punto dentro de la carcasa de la turbina y las palas estaacuten dispuestas en los bordes de ruedas que giran alrededor de un eje central El vapor pasa a traveacutes de las boquillas y alcanza las palas Eacutestas absorben una parte de la energiacutea cineacutetica del vapor en expansioacuten lo que hace girar la rueda y con ella el eje al que estaacute unida La turbina estaacute disentildeada de forma que el vapor que entra por un extremo de la misma se expande a traveacutes de una serie de boquillas hasta que ha perdido la mayor parte de su energiacutea interna

Turbina de reaccioacuten

En la turbina de reaccioacuten la energiacutea mecaacutenica se obtiene de la aceleracioacuten del vapor en expansioacuten Las turbinas de este tipo cuentan con dos grupos de palas unas moacuteviles y las otras fijas Las palas estaacuten colocadas de forma que cada par actuacutea como una boquilla a traveacutes de la cual pasa el vapor mientras se expande Las palas de las turbinas de reaccioacuten suelen montarse en un tambor en lugar de una rueda El tambor actuacutea como eje de la turbina

SISTEMA DE GENERACION ldquoTURBOGENERADORrdquo

Tornaflecha Es el equipo mecaacutenico que tiene la funcioacuten de girar el rotor del turbogenerador a una velocidad de 22 RPM antes y despueacutes de un arranque

Excitador Es del tipo sin escobillas el cual tiene integrado un generador magneacutetico permanente conectado directamente sobre la flecha

Generador eleacutectrico Son generadores siacutencronos trifaacutesicos con excitacioacuten sin escobillas es del tipo horizontal rotor de polos lisos corriente alterna de 3 fases 13800 volts CA 60 HZ de frecuencia y 134 MW de potencia y una velocidad de 3600 RPM El generador es enfriado por hidroacutegeno a una presioacuten de 207 kPa con una pureza de 99 Su funcioacuten es transformar la energiacutea mecaacutenica que le proporciona la turbina en energiacutea eleacutectrica

Turbocompresor Es el equipo principal de la central el cual convierte la energiacutea caloriacutefica en energiacutea mecaacutenica el cual estaacute compuesto de compresor axial de 19 pasos fijos y 19 pasos moacuteviles la caacutemara de combustioacuten con 16 y 14 toberas en cada turbina esto ya que en esta central se cuenta con dos diferentes modelos de turbinas de W501D24 con 16 tubos 16 canastos de combustioacuten y 16 ductos de transicioacuten y la turbina modelo W501D5 que cuenta con 14 toberas 14 canastos de combustioacuten y 14 ductos de transicioacuten

SISTEMA DE ARRANQUE

Es el sistema de arranque que requiere una turbina de gas para iniciar la aceleracioacuten hasta una velocidad de 2300 RPM el cual estaacute compuesto de los siguientes equipos en un periacuteodo de 2 minutos

Motor de arranque Es del tipo jaula de ardilla de 1500 HP el cual opera 4160 volts de corriente alterna a una velocidad de 1800 RPM cuenta con dos chumaceras una a cada extremo y tiene lubricacioacuten tipo inundado

Convertidor de par Es un sistema mecaacutenico utilizado para convertir hidraacuteulicamente la velocidad del motor de arranque hacia el conjunto del rotor del turbogenerador el cual al acelerar progresivamente alcanzaraacute una velocidad de 2300 RPM

Lubricacioacuten y enfriamiento del sistema de arranque Dicho sistema estaacute compuesto por un tanque de almacenamiento con capacidad de 800 Lt de aceite hidraacuteulico el cual es bombeado por una bomba tipo tornillo a una presioacuten de 625 kPa pasando primeramente al convertidor de par y posteriormente al panel de enfriamiento regresando posteriormente al depoacutesito de aceite Este aceite opera a una temperatura maacutexima de 313 2 ordmK (44 ordmC)

Control de motores Este tablero eleacutectrico contiene dos interruptores de arranque y paro de la bomba de aceite y del ventilador de enfriamiento

SISTEMA MECAacuteNICO

Los componentes de este sistema estaacuten instalados en la parte inferior y exterior de un paquete mecaacutenico y consta de los siguientes equipos

bull Aire para instrumentos

bull Bomba principal de lubricacioacuten sistema duacuteplex

bull Bomba auxiliar de lubricacioacuten

bull Filtros de aceite lubricante

bull Bomba de aceite de sellos

bull Extractores de vahos

bull Tanque principal de lubricacioacuten

Aire para instrumentos Es suministrado por un compresor reciacuteprocamente en ldquoVrdquo que trabaja a una presioacuten de descarga de 290 kPa Esta presioacuten es suministrada a cada uno de los instrumentos que controlan a la turbina como son vaacutelvulas neumaacuteticas reguladores interruptores y otros depoacutesitos de control de turbina de gas

Bomba principal de lubricacioacuten Este sistema cuenta con un sistema duacuteplex con el fin de evitar cualquier disparo de maacutequina en caso de falla por la bomba principal la segunda bomba entraraacute automaacuteticamente al detectar baja presioacuten en el sistema evitando con esto un disparo de maacutequinas Dichas bombas trabajan a una presioacuten de 862 kPa un flujo de 17978 ltmin a una velocidad de 3530 RPM y son del tipo vertical centriacutefugas de un solo paso

Bomba auxiliar de lubricacioacuten Este equipo trabaja con una corriente directa proporcionada por un banco de bateriacuteas que suministran la energiacutea para su operacioacuten en un caso de emergencia por ejemplo una falla en el suministro de corriente alterna dicha bomba suministraraacute el aceite necesario

a las chumaceras del turbogenerador y sellos de aceite evitando con esto dantildeos a la turbina por falta de aceite teniendo un flujo de 1400 ltmin y una presioacuten de 103 kPa y es del tipo centriacutefuga vertical

Filtros de aceite de lubricacioacuten Estos filtros son del tipo cartucho los cuales se encargan de detener las partiacuteculas suspendidas en el aceite teniendo una presioacuten diferente de operacioacuten de 138 a 173 kPa Este filtro contiene un total de 20 cartuchos en la siguiente imagen se muestras dichas bombas

SISTEMA ELEacuteCTRICO Y DE CONTROL

Recibe este nombre ya que se encuentran instalados los interruptores de todos los motores eleacutectricos a excepcioacuten del interruptor del motor de arranque Estaacuten colocados en tableros a los cuales se los llama centro de control de motores de corriente directa y alterna Se encuentra tambieacuten en este paquete el sistema de control de la turbina y del generador

La disposicioacuten del paquete eleacutectrico y de control se compone del siguiente equipo

A Bateriacuteas

B Regulador de voltaje

C Consola local de operadores

D Panel de relevadores

E Cargador de bateriacuteas

A continuacioacuten se describen las caracteriacutesticas y funciones de estos equipos

Regulador de voltaje Es un sistema de excitacioacuten estaacutetica el cual proporciona control de excitacioacuten en las escobillas del excitador controlando la salida de corriente hacia el generador Recibe la energiacutea del generador de imanes permanentes localizado en la flecha del generador rectifica y lo regresa al campo estacionario de las escobillas del excitador El Regulador de voltaje puede ser desconectado abriendo el interruptor de campo en forma manual o en forma automaacutetica desde el panel de control del operador

Panel de relevadores de proteccioacuten del generadorEl generador estaacute protegido por medio de relevadores para lo siguiente un relevador diferencial un relevador por falla a tierra dos relevadores auxiliares de paro total con seguro un relevador de secuencia negativa un relevador de potencia inversa relevador de sobrecorriente cuatro relevadores auxiliares

Un wattorimetro se encuentra instalado en el generador para integrar la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica de este generador Todos los demaacutes aparatos de medicioacuten de los paraacutemetros del generador se encuentran en la consola del operador

Bateriacuteas y cargador de baterias

El cargador de bateriacuteas cumple con dos funciones que son proporcionar energiacutea al bus de corriente directa durante la operacioacuten normal y mantener una carga de flotacioacuten en el banco de bateriacuteas Puede proporcionar 200 A a 125 volts de corriente directa el cargador contiene un rectificador de estado soacutelido y un voltiacutemetro y un amperiacutemetro al frente los cuales indican los valores a la salida del cargador La energiacutea que se le suministra es corriente alterna a 480 volts en 3 fases

Las bateriacuteas se encuentran en el cuarto de bateriacuteas al final del paquete eleacutectrico Para seguridad del personal no hay aberturas entre este cuarto y el de control El acceso al compartimento estaacute al frente y son dos puertas Son dos bancos de bateriacuteas de 125 volts formado por 62 bateriacuteas de celda de plomo con aacutecido conectado en serie

Panel del sistema contra incendioEste sistema proporciona proteccioacuten de la planta de generacioacuten y de su equipo auxiliar contra dantildeos por fuego Consiste de un actuador automaacutetico de polvo quiacutemico para el aacuterea de chumacera de la turbina y de un actuador automaacutetico de un Aloacuten 1301 para los paquetes eleacutectricos mecaacutenico de combustible y de turbina Una vez que se ha activado el sistema contra incendio cerraraacuten todas las persianas de ventilacioacuten y se dispararaacute la unidad El sistema de proteccioacuten consta de elementos sensoriales de calor en los compartimentos o paquetes sistema de rociacuteo y componentes asociados sirena alarma sonora y luminosa con luces rojas estacioacuten de botones para operacioacuten manual mecanismo retardador de la descarga panel de control y tuberiacuteas de interconexioacuten cableado eleacutectrico

SISTEMA DE CONTROL DEL TURBOGENERADOREl sistema de control de la turbina de gas es un sistema computarizado hiacutebrido analoacutegicodigital utilizando una integracioacuten de componentes hidraacuteulicos neumaacuteticos y eleacutectricos Las caracteriacutesticas principales del sistema de control son proporciona control centralizado de velocidad automaacutetica temperatura y potencia para el generador de la turbina de gas en todos los escalones de operacioacuten desde el arranque a la maacutexima capacidad de carga Busca los valores analoacutegicos previamente seleccionados vigila el estado de los contactos Tambieacuten sentildeala una alarma cuando se exceden los liacutemites de una operacioacuten segura o cuando ocurre cualquier disturbio serio en la planta Controla la potencia de la turbina para satisfacer la demanda mientras variacutea la salida del generador Los cambios de carga estaacuten incluidos dentro del sistema de control del panel del operador

El control se basa en un liacutemite de combustible que estaacute calculado de la medicioacuten de lo siguiente

Velocidad de la turbina Salida de potencia Presioacuten de la caacutemara de combustioacuten Temperaturas medidas en los puntos seleccionados

Se tiene estipulaciones para mantener el oleaje dentro del margen y para controlar la aceleracioacuten durante el arranque y mientras se lleva la turbina a plena carga Esto se logra manteniendo la temperatura del ciclo controlando la velocidad de la turbina-generador y controlando la carga y la relacioacuten de carga

Este sistema de control contiene los siguientes equipos

Gabinete de interruptores y manoacutemetros Consola local del operador Teletipo Controlador Controlador local de mantenimiento Panel remoto del operador

El equipo de control de la turbina se puede usar para correr la turbina automaacutetica y manualmente La interrelacioacuten entre los varios componentes causaraacute una respuesta a los botones seleccionados en el panel de operador El panel y el teletipo proporcionan indicacioacuten de temperatura presioacuten y velocidad para ayudar a la operacioacuten de la turbina Una velocidad inaceptable alertaraacute al operador con una alarma y una condicioacuten severa tambieacuten dispararaacute la turbina

Panel local del operadorEl panel del operador montado en la consola del operador proporciona control automaacutetico y manual y medicioacuten de paraacutemetros para la operacioacuten de la turbina consta de los siguientes controles

Interruptor de botoacuten Interruptores de botoacuten con laacutempara indicadora Laacutemparas indicadoras de botoacuten

SISTEMA DE COMBUSTIBLE

Este tipo de turbinas estaacute disentildeado para operar con gas natural y diesel pero debido a la facilidad del suministro de gas natural por parte de la Refineriacutea Miguel Hidalgo para esta central dicho sistema cuenta con los siguientes equipos utilizando 28192 msup3hr de gas a plena carga

Filtro de gas principalVaacutelvulas de seguridadVaacutelvulas de control de flujoVaacutelvulas aisladorasVaacutelvulas manuales

Filtro de gas principal Es un filtro ciliacutendrico tipo cartucho de alta eficiencia fabricado con una fibra de celulosa soportado internamente con un nuacutecleo de acero al carboacuten y armado con tipo siega del mismo material con ldquoOrdquo ring y cubierta exterior de malla metaacutelica para detener partiacuteculas de 03 micras o maacutes

Vaacutelvula aisladora Es tipo bola de apertura raacutepida de posicioacuten cerrado-abierto opera neumaacuteticamente por medio de un actuador de diafragma Su funcioacuten es mantener cerrada hermeacuteticamente cuando la unidad estaacute fuera de servicio

Vaacutelvulas manuales Se encuentran colocadas antes de las vaacutelvulas de seguridad y control las cuales son usadas cuando se tiene fuera de servicio la unidad esto para dar mantenimiento a las vaacutelvulas de control y seguridad estas vaacutelvulas son de marca Tuffline de 6rdquo y 4rdquo

SISTEMA DE ENFRIAMIENTOPara poder manejar y controlar las altas temperaturas con que operan cada una de las turbinas de gas es necesario contar con diferentes sistemas de enfriamiento que a continuacioacuten se indican

Enfriamiento de generador eleacutectrico y excitador Enfriamiento de aceite de lubricacioacuten Enfriamiento de rotor y segmentos de vena de turbina

Enfriamiento del generador eleacutectrico y excitador

Para poder mantener una temperatura de 34715 ordmK (74 ordmC) como temperatura de operacioacuten es necesario contar con un sistema de enfriamiento cerrado el cual se realiza por medio de un enfriador horizontal con tubos aletados El enfriador es del tipo inducido con un aacuterea de tubos de 150695 ftsup2 (140 m2) circulando agua como fluido de enfriamiento a una temperatura de salida de 33815 ordmK (65 ordmC) y una presioacuten de 206 kPa la longitud de los tubos es de 24 ft (731 m) y un diaacutemetro de 1pulg (254 cm) El ventilador es del tipo propela con un diaacutemetro de 9 ft (274 m) y una velocidad de 268 RPM Con 10 aspas de aluminio cada ventilador Este sistema tambieacuten cuenta con una bomba centriacutefuga horizontal la cual hace circular el agua que succiona de un tanque pasaacutendolo por el

generador eleacutectrico y posteriormente por el enfriador como se indicoacute para el enfriamiento de generador y excitador se tiene un circuito cerrado

Enfriador de aceite de lubricacioacuten principal

Este equipo se encarga de enfriar el aceite que pasa por las chumaceras de carga del excitador generador eleacutectrico y turbocompresor y posteriormente llega al tanque de aceite principal dicho enfriador es de tipo horizontal con tubos aleteados con las siguientes caracteriacutesticas aacuterea de los tubos 202 msup2 con un total de flujo enfriado de 25 m3min Trabajando a una presioacuten de 270 kPa con una temperatura de entrada de 33515 ordmK (62 ordmC) y una temperatura de salida de 32315 ordmK (50 ordmC) la longitud de los tubos es de 29 ft (883 m) con un diaacutemetro de 1pulg (254 cm) y un material de fabricacioacuten A-214 consta tambieacuten de 2 ventiladores tipo propela de 9 aspas de aluminio cada uno girando a una velocidad de 248 rpm

Enfriamiento de rotor y segmentos de vena de turbina

Este sistema opera de la siguiente forma el primero se realiza por medio de un enfriador aire-aire tipo horizontal forzado con una temperatura de entrada de 70015 ordmK (427 ordmC) y 52315 ordmK (250 ordmC) de salida y una presioacuten de entrada de 12 MPa con una longitud de los tubos de 12 ft (365 m) el tubo es aleteado con un diaacutemetro de 1 frac14rdquo el material del tubo es 7030 Cu-N Este enfriador manda aire friacuteo a los pasos de los alabes moacuteviles de la rueda numero 1 y 2 de la turbina y las ruedas moacuteviles 3 y 4 son enfriados por la excitacioacuten de aire del compresor del paso Nordm 12 sin pasar ninguacuten enfriador

SISTEMA DE GENERACION DE VAPOR (RECUPERADOR)

En estos equipos se llevan acabo la produccioacuten de vapor aprovechando el calor remanente de los gases de combustioacuten a la salida de la turbina de gas El recuperador es tipo vertical y circulacioacuten forzada y consta de sobrecalentador evaporador de alta y baja presioacuten economizador y quemadores posteriores no cuenta con by-pass de gases de combustioacuten

Datos teacutecnicos caracteriacutesticos U1-U2-U4-U5

Fabricante Foster Wheeler

Flujo de vapor 202273 kgh

Presioacuten de vapor 88 MPa

Temperatura agua de alimentacioacuten 510 ordmC

Temperatura de entrada de gases 3044 ordmC

Temperatura de salida de gases 685 ordmC

A la atmoacutesfera 1461 ordmC

Equipos auxiliaresde los recuperadores de calor

Domo de alta presioacuten Con una presioacuten de disentildeo de 10 MPa capacidad 202378 kgh una superficie de calefaccioacuten de 6649 msup2 una temperatura de disentildeo de 61645 ordmK (3433 ordmC) longitud 116 m y diaacutemetro de 17 m en este domo de alta presioacuten se realiza la separacioacuten de agua-vapor

Domo de baja presioacuten Es el recipiente en el cual es almacenada el agua desmineralizada que es suministrada por las bombas de condensado que es tomada del condensador principal Estas bombas tienen las siguientes caracteriacutesticas tipo centriacutefuga vertical de 6 pasos y un flujo de 1113 lts presioacuten de descarga 17 MPa Npsh miacutenimo requerido 124 kPa y una velocidad de 1770 RPM Estas bombas suministran el agua al domo de alta presioacuten con las dimensiones de capacidad 52270 lt longitud 854 m y un diaacutemetro de 274 m y una presioacuten de 98 kPa

Deareador Tiene la funcioacuten de eliminar el oxiacutegeno de gas carbono disuelto en el agua a fin de proteger el recuperador de calor contra las corrosiones teniendo como caracteriacutesticas los siguientes datos Tipo spray presioacuten de 12 MPa temperatura 47715 ordmK (204 ordmC)

El recuperador consta de 2 evaporadores de baja 2 economizadores 2 evaporadores de alta presioacuten y 2 sobrecalentadores de alta presioacuten de caldera Se llena con agua desmineralizada por medio de una bomba de agua de alimentacioacuten que succiona el agua del domo de baja presioacuten y lo suministra al domo de alta presioacuten hacieacutendola pasar por el economizador donde va adquiriendo calor de los gases de combustioacuten para elevar su temperatura teniendo las siguientes caracteriacutesticas Tipo centriacutefuga horizontal presioacuten de succioacuten 125 MPa presioacuten de descarga 1055 MPa flujo 245280 lth Npsh requerido 72 kPa y una velocidad de 3578 RPM

Como equipo auxiliar del recuperador cuenta con una bomba de recirculacioacuten que succiona y descarga el agua en el domo de alta presioacuten adquiriendo calor de los gases de combustioacuten durante la recirculacioacuten (domo-bomba evaporador de alta presioacuten-domo) y retornando en forma de vapor saturado Esta bomba tiene las siguientes caracteriacutesticas tipo horizontal centriacutefuga presioacuten de succioacuten 104 MPa presioacuten de descarga 14 MPa temperatura 57715 ordmK (304 ordmC) y flujo 246044 ltmin

Dentro de los equipos auxiliares tambieacuten se cuenta con vaacutelvulas de control manuales de seguridad asiacute como tuberiacuteas las cuales forman parte tambieacuten de un recuperador de calor de estas caracteriacutesticas

Quemadores posteriores es un equipo que permite incrementar la temperatura de los gases de entrada al recuperador de calor por medio de la combustioacuten de gas natural con el exceso de oxiacutegeno contenido en los gases de escape de la turbina de gas Con este incremento de temperatura por los quemadores se incrementa la capacidad de flujo de vapor en el recuperador de calor y asiacute la capacidad de generacioacuten de la turbina de vapor crece en un 20 aproximadamente caracteriacutesticas tipo rejilla con 8 quemadores con un flujo de gas (consumo) 543439 msup3h y una capacidad caloriacutefica de 398 W

SISTEMA DE COMBUSTION

Este sistema de combustioacuten estaacute formado por

Casa de filtros o entrada de aire de compresor auxiliar

Suministro de gas natural

Casa de filtros o entrada de aire al compresor

Esta entrada de aire de la atmoacutesfera hacia el compresor auxiliar se realiza por medio de la casa de filtros la cual estaacute formada por una estructura metaacutelica de 9 m de ancho 9 m de largo y 11 m de altura teniendo un aacuterea de filtracioacuten de 102 m2 para atrapar las partiacuteculas suspendidas en el aire Cada casa de filtros contiene 360 prefiltros de 24x24x2rdquo de fibras tejidas de algodoacuten y sinteacuteticas retiene partiacuteculas mayores a una micra

Por lo tanto la cantidad de aire necesario que succiona el compresor axial es de 355 kgseg A una presioacuten de 80 kPa y una temperatura de 29815-37015 ordmK (25-97 ordmC) La presioacuten de gas a la entrada de la caacutemara de combustioacuten es de 960 kPa al llegar a la caacutemara de combustioacuten para que en esa zona se realice la combustioacuten entre el aire atomizado y el gas natural

SISTEMA DE TRANSFORMADORES PRINCIPALES Y SUBESTACIOacuteN

El voltaje de generacioacuten de cada unidad es elevado de 138 a 230 kV en un transformador principal de aquiacute la energiacutea pasa a los buses de subestacioacuten para ser transmitida a los centros de consumo Los transformadores principales de todas las unidades son marca Westinghouse trifaacutesicos con una capacidad de 140 MV impedancia de 173 con un enfriamiento tipo forzada

TIPOS DE TURBINAS DE GAS

Turbinas De Un Solo Eje en estas turbinas el generador de gas y la seleccioacuten de potencia son accionados por el mismo eje solidario

Turbinas De Dos Ejes De esta forma se obtiene mayor comodidad de regulacioacuten por ejemplo puede utilizarse una turbina de velocidad constante para accionar el generador y otra de velocidad variable para accionar el compresor Ademaacutes esto permite reducir el tamantildeo del reductor o incluso eliminarlo Turbinas Axiales cuando los gases fluyen coaxialmente al eje de las maquinas Son las de construccioacuten mas complicadas destacaacutendose sobre todo su elevado rendimiento

Turbinas Radiales los gases fluyen radialmente en relacioacuten con el eje de la maquina Son las maacutes utilizadas para pequentildeas potencias ya que conjugan una notable sencillez constructiva con un disentildeo robusto faacutecil mantenimiento y coste menor que las axiales

Turbinas Industriales presentan una elevada relacioacuten pesopotencia asiacute como un disentildeo conservador que permite un mantenimiento relativamente barato y una vida larga de sus componentes lo que encarece su precio El nivel de ruido generado es menor que el de las aeroderivadas mientras que su rendimiento es ligeramente superior La relacioacuten de compresioacuten media se situacutea alrededor de 151

Turbinas Aeroderivadas este tipo de turbinas derivan de la aviacioacuten destacan por su ligereza y por las elevadas prestaciones a las que son sometidas lo que obliga a un mantenimiento mucho mas especializado y constante la relacioacuten de compresioacuten medida se situacutea alrededor de 181 mientras que la potencia maacutexima puede ser de 35 MW

COMPONENTES PRINCIPALES DE LAS TURBINAS DE GAS

Conducto De Admisioacuten De AireEste conducto toma el aire atmosfeacuterico y lo conduce hasta la etapa de compresioacuten En este conducto el aire es tratado pues de lo contrario las impurezas que transporta el aire pueden atacar a la turbina de gas producieacutendole erosioacuten ensuciamiento y corrosioacuten

Enfriador EvaporativoPara poder aumentar la densidad del aire y que de esta forma pueda introducirse un mayor caudal maacutesico del mismo y por tanto una mayor cantidad de oxigeno por metro cubico aspirado se reduce su temperatura haciendo pasar la corriente de aire a traveacutes de una cortina de agua Con este sistema se obliga a tener un control de humedad del aire a la salida del intercambiadorEl enfriamiento entre etapas de compresioacuten se emplea fundamentalmente cuando se trabaja con compresores centrifugos pues como se vera mas adelante mueven caudales de aire menores ademaacutes su forma constructiva facilita el alojamiento de los interrefrigeradores

CompresoresLos compresores empleados en las turbinas de gas son todos de tipo dinamico y no volumeacutetricos Esta formado porUn rotor o impulsor (alabes moviles) en el que se comunica movimiento a la masa de aire aspiradaUn estator o difusor (alabes fijos) en el que la velocidad se transforma en presioacuten

Se caracteriza principalmente porRelacioacuten de compresioacuten (presioacuten salidapresioacuten entrada)

Caudal de aire que circula a traveacutes de elPotencia absorbida

Pueden clasificarse comoCentriacutefugos o radialesAxiales

Caacutemara De CombustioacutenEs el lugar donde se inyecta combustibleaire es muy inferior a la estequiometrica de manera que el aire de exceso sirva para enfriar los gases de la combustioacuten y asiacute las temperaturas obtenidas no sean excesivamente levadas para los materiales de la zona posterior a la caacutemara asiacute su para el gas natural la relacioacuten de compresioacuten estiquiometrica combustibleaire seria 115 la relacioacuten utilizada se situacutea alrededor de 150

El disentildeo de la misma debe garantizar la estabilidad de la llama un encendido eficaz y una operacioacuten segura a diferentes regiacutemenes de funcionamiento Para conseguir esto la caacutemara dispone de dos zonas

La zona primaria en la que se permite la entrada de aire (aire primario) en una cantidad suficiente para producir una combustioacuten completa Para ello se crean regiones ricas en las que ademaacutes se producen recirculaciones para mantener la llama estable La introduccioacuten del combustible se realiza a traveacutes de unos inyectores que permitan una homogeneizacioacuten raacutepida de la mezcla

En la zona secundaria los gases resultantes de la combustioacuten se diluyen con maacutes aire con lo que la temperatura disminuye antes de la admisioacuten en la turbina Este caudal de aire secundario es del orden de 3 o 4 veces que el de aire comprimido

Antes de entrar en la caacutemara de combustioacuten el aire procedente del compresor es decelerado mediante unos difusores de esta manera se evitan las fuertes perdidas de carga que se dariacutean en una combustioacuten a alta velocidad (puesto que las perdidas de carga son proporcionales al cuadro de la velocidad)

Dentro de la caacutemara de combustioacuten en la zona primaria es necesario que se forme una buena mezcla del aire con el combustible inyectado en un corto recorrido por ello se recurre a la creacioacuten de turbulencias mediante alabes radiales torsionados que creen un voacutertice alrededor de la llama lo que permite por un lado la estabilidad de la misma y por otro la mezcla en la periferia del voacutertice La geometriacutea de las caacutemaras de combustioacuten esta disentildeada para unas condiciones determinadas cuando la relacioacuten combustibleaire o el gasto aire o la presioacuten en la caacutemara variacuteen debido a que las condiciones de funcionamiento de la turbina no sean las de disentildeo la eficiencia de la caacutemara se reduciraacute por ello en las turbinas industriales se colocan vaacutelvulas que regulan la proporcioacuten combustibleaire seguacuten las condiciones de operacioacuten Las caacutemaras se construyen con aleaciones resistentes a altas temperaturas por ejemplo niacutequel-molibdeno-cromo

Existen tres dispositivos principales de situar la caacutemara de combustioacuten en las turbinas de gas

Disposicioacuten Tubular el aire procedente del compresor se divide en una serie de corrientes separadas cada una de las cuales alimenta a una caacutemara de combustioacuten Estas caacutemaras se encuentran espaciadas alrededor del eje que se une el compresor y la turbina y esta alimentada con su propio chorro de combustible procedente de una liacutenea de alimentacioacuten comuacuten Este tipo de disposicioacuten es adecuada cuando se trabaja con compresores centriacutefugos pues el caudal de aire ya sale dividido en varias corrientes

Disposicioacuten Anular existe una uacutenica caacutemara que rodea el eje del rotor de esta manera se aprovecha al maacuteximo el espacio existente entre el compresor y la turbina teniendo por ello menores peacuterdidas de carga Sin embargo la distribucioacuten de combustible es menos homogeacutenea y estructuralmente es maacutes deacutebil Disposicioacuten Tubo-Anular es una combinacioacuten de las dos anteriores la caacutemara misma es anular mientras que los tubos de llama son individuales

SISTEMA DE LUBRICACIOacuteN

Funcionamiento del Sistema Descripcioacuten y Componentes

La lubricacioacuten es una funcioacuten vital lo mismo en los motores alternativos que en los de turbina de gas y mientras realiza muchas funciones similares en ambos tipos de motores los sistemas son diferentes Es especialmente importante destacar que los lubricantes difieren y no son compatiblesLos motores alternativos tienen abundancia de piezas en movimiento tal como los eacutembolos bielas ciguumlentildeal mecanismos de actuacioacuten de las vaacutelvulas y accesorios arrastrados por engranajes y su sistema de lubricacioacuten absorbe mucho calor de las paredes del cilindro y de la parte inferior de los eacutembolos Por esta razoacuten llevan una gran cantidad de aceite y tienen un alto reacutegimen de consumo de aceite No es extrantildeo para ciertos motores en estrella grandes que lleven veinte o treinta galones de aceite de base mineral de relativamente alta densidad y usen tanto como cuatro o cinco galones por hora

Por otro lado los motores de turbina de gas tienen solo una parte baacutesica movible mas los engranajes de arrastre de accesorios El sistema de lubricacioacuten debe absorber una gran cantidad de calor la mayoriacutea del cual proviene de los cojinetes del eje de turbina Los grandes motores de turbina llevan entre cinco y ocho galones de aceite de base sinteacutetica de baja viscosidad Con idea de absorber el calor el aceite circula a traveacutes del motor a un alto reacutegimen de flujo varias veces por minuto Puesto que el aceite no tiene contacto con el aacuterea de combustioacuten y se usan sellos alrededor del eje compresorturbina se pierde muy poco por el escape Como resultado un motor de turbina no consume tanto aceite como un motor alternativo normalmente menos de una pinta por hora

Existen dos clasificaciones baacutesicas de sistemas de lubricacioacuten del motor de turbina

caacuterter huacutemedo caacuterter seco

Hay otro tipo usado en algunos motores maacutes pequentildeos disentildeado para operaciones de corta duracioacuten Este es un sistema sin retorno en el que los cojinetes se lubrican por una pulverizacioacuten a presioacuten y luego el aceite es recogido y desechado

Sistema de Lubricacioacuten de Caacuterter HuacutemedoEl sistema de lubricacioacuten de caacuterter huacutemedo se usoacute en algunos de los primeros motores de turbina pero hoy se encuentra solo en los motores pequentildeos tal como los usados en las unidades de potencia auxiliar (APU)

En un sistema de caacuterter huacutemedo el aceite presurizado se usa para lubricar el acoplamiento del rotor de turbina y los cojinetes del eje del rotor pero los engranajes de arrastre de accesorios se lubrican por barboteo por el aceite que lleva la caja de engranajes la cual sirve como depoacutesito de aceite El aceite que ha lubricado a los cojinetes se drena por gravedad y se recoge y devuelve a la caja de engranajes donde se almacena hasta que vuelve a circular a traveacutes del sistema

Algunos motores modernos principalmente el turbofan JT15D de Pratt amp Whitney of Canada y el turboheacutelice PT6 llevan su suministro de aceite en un depoacutesito que es parte integral del motor pero toda la lubricacioacuten se realiza a presioacuten y el aceite se devuelve al depoacutesito por medio de bombas de recuperacioacuten Por lo tanto estos no son motores de caacuterter huacutemedo

Sistema de Lubricacioacuten de Caacuterter Seco

El sistema de lubricacioacuten mas usado es el tipo de caacuterter seco en el que el aceite despueacutes de servir sus funciones de lubricacioacuten y refrigeracioacuten es devuelto por medio de bombas de recuperacioacuten a un depoacutesito fuera del propio motor Existen dos tipos de sistemas de lubricacioacuten de caacuterter seco el sistema de tanque caliente y el sistema de tanque friacuteo Sistema de Lubricacioacuten de Tanque Caliente

En un sistema de lubricacioacuten de tanque caliente el radiador de aceite estaacute en el subsistema de presioacuten y el aceite recuperado no es enfriado antes de ser devuelto al tanque

Sistema de Lubricacioacuten de Tanque Friacuteo

El sistema de tanque friacuteo es el mismo que el de tanque caliente excepto por la situacioacuten del radiador de aceite y las vaacutelvulas termostaacutetica y de derivacioacuten del radiador

Subsistemas del Sistema de Lubricacioacuten

Los sistemas de lubricacioacuten del motor de turbina estaacuten loacutegicamente divididos en tres subsistemas baacutesicos presioacuten recuperacioacuten y ventilacioacuten

Subsistema de presioacuten

El subsistema de presioacuten suministra la cantidad correcta de aceite de lubricacioacuten limpio a la presioacuten y temperatura adecuadas a todos los cojinetes y engranajes Consta del depoacutesito de aceite la bomba de presioacuten la vaacutelvula de alivio de presioacuten el filtro principal de aceite el radiador de aceite (para los sistemas de tanque caliente) los filtros (de uacuteltima oportunidad) de los cojinetes y los surtidores o inyectores de aceite

Subsistema de Recuperacioacuten

El subsistema de recuperacioacuten recoge el aceite despueacutes de que ha realizado sus funciones de lubricacioacuten y refrigeracioacuten y lo devuelve al depoacutesito de aceite donde puede volver a circular a traveacutes del sistema El subsistema de recuperacioacuten consta de los sumideros en los cuales se recoge el aceite procedente de los cojinetes y engranajes las distintas bombas de recuperacioacuten y el separador aire-aceite o caacutemara dwell en el depoacutesito de aceite El radiador de aceite con su vaacutelvula de derivacioacuten y su vaacutelvula termostaacutetica estaacuten en el subsistema de recuperacioacuten de los sistemas de tanque friacuteo

Subsistema de Ventilacioacuten

El subsistema de ventilacioacuten proporciona una ligera presioacuten en el aceite que se encuentra en el depoacutesito para asegurar un flujo positivo del aceite hacia la entrada de la bomba y evitar la cavitacioacuten de esta Tambieacuten ventila las distintas cavidades de los cojinetes y cajas de engranaje hacia el espacio de expansioacuten por encima del aceite en el depoacutesito para mantener una presioacuten de aire uniforme en los inyectores de aceite Esto asegura a los cojinetes un adecuado flujo de aceite

Lubricacioacuten de Rodamientos

El rodamiento se lubrica por la pulverizacioacuten de aceite desde un inyector o boquilla La boquilla lleva un orificio calibrado que asegura que la correcta cantidad de aceite se suministre al cojinete en todas las velocidades operacionales del motor Lubricacion de Rodamientos

Tras lubricar el rodamiento el aceite se drena fuera del compartimento interior y se devuelve al depoacutesito de aceite por medio de una bomba de recuperacioacuten Esta bomba tiene una capacidad considerablemente mayor que la cantidad de aceite usado para lubricar al cojinete y junto con el aceite se extrae aire de la caacutemara del cojinete La baja presioacuten en la caacutemara interior y la maacutes alta presioacuten en la caacutemara exterior origina un pequentildeo flujo de aire a traveacutes del sello de laberinto Este flujo hacia dentro del aire evita cualquier flujo de aceite hacia fuera a traveacutes del sello de aceite

Componentes Del Sistema De Lubricacioacuten

Los componentes que se describen aquiacute son geneacutericos en naturaleza y tiacutepicos de los utilizados en los motores de turbina de gas No obstante algunos componentes son uacutenicos de un motor especiacutefico y estaacuten identificados con el nombre del motor

Depoacutesitos de aceite

Los depoacutesitos de aceite usados con un motor de turbina normalmente estaacuten montados sobre el motor o proacuteximos a eacutel La Federal Aviation Regulation requiere que estos depoacutesitos tengan un tapoacuten de llenado hermeacutetico y un espacio de expansioacuten del 10 de su capacidad El depoacutesito debe disentildearse de manera tal que sea imposible llenar de forma inadvertida el espacio de expansioacuten Deposito de aceite representativo de un motor de turbina

El aceite devuelto a este depoacutesito por medio de las bombas de recuperacioacuten contiene una gran cantidad de aire y entra en el depoacutesito a traveacutes del desaireador situado en la entrada del retorno de aceite donde es arremolinado para que libere tanto aire como sea posible Este aire se usa para presurizar al depoacutesito y asegurar un suministro positivo de aceite a la entrada de la bomba principal evitando la cavitacioacuten de la bomba Una vaacutelvula de presurizacioacuten mantiene la presioacuten en el depoacutesito a aproximadamente 4 psi

En funcionamiento normal el nivel del aceite estaacute por encima del deflector horizontal y el conjunto moacutevil del tubo de toma de aceite estaacute sumergido en el aceite que no contiene burbujas de aire Las dos trampillas del deflector horizontal estaacuten normalmente abiertas pero si cualquier maniobra brusca intentase forzar al aceite fuera de la caacutemara inferior las trampillas cerrariacutean automaacuteticamente para evitar que el aceite se aparte del tubo de toma

Los dos tubos de ventilacioacuten y los conjuntos de ventilacioacuten con sus vaacutelvulas antirretorno aseguran que en cualquier maniobra el espacio por encima del aceite estaraacute siempre ventilado y que el aceite no se puede salir por las liacuteneas de ventilacioacutenEl popular motor turboheacutelice Pratt amp Whitney of Canada PT6 mostrado en la figura 20 utiliza como depoacutesito de aceite una parte del motor entre la caja de arrastre de accesorios y la seccioacuten de entrada al compresor Mientras que el depoacutesito de aceite estaacute fiacutesicamente dentro del motor el sistema de lubricacioacuten es del tipo caacuterter seco La bomba de aceite y el filtro estaacuten ambos componentes montados dentro del depoacutesito de aceite estando el filtro accesible para servicios desde el exterior

Bombas de Aceite

Las bombas de aceite usadas en el sistema de lubricacioacuten del motor de turbina son todas bombas de desplazamiento positivo porque mueven una cantidad especiacutefica de aceite cada vez que giran Existen dos funciones baacutesicas de estas bombas en un motor de turbina de gas las bombas de presioacuten producen presioacuten de aceite para lubricar a los cojinetes y engranajes y las bombas de recuperacioacuten recogen el aceite despueacutes de que este ha realizado sus funciones y lo devuelve al depoacutesito Bomba de aceite de engranajes

Bomba Gerotor

Bomba de tipo paletas

Es una praacutectica comuacuten usar varias secciones de bomba en un solo alojamiento y arrastrarlas todas ellas con el mismo eje de arrastre

Bomba de aceite de dos etapas

Vaacutelvulas de Alivio de Presioacuten de AceiteTodas las bombas de aceite usadas en los motores de turbina son del tipo de desplazamiento positivo y como resultado requieren una vaacutelvula de alivio de presioacuten para mantener constante la presioacuten de salida a medida que la velocidad del motor cambiaBomba de desplazamiento positivo

Una tiacutepica vaacutelvula de alivio se encuentra en el lado de descarga de la bomba y estaacute cargada con muelle para levantar su asiento cuando la presioacuten del aceite esteacute por encima del ajuste de la vaacutelvula El aceite que pasa a traveacutes de la vaacutelvula vuelve a la entrada de la bomba

Filtros de Aceite

Es extremadamente importante que el aceite que circula a traveacutes de un motor de turbina de gas se mantenga tan limpio como sea posible Para hacer esto el aceite se filtra despueacutes de salir de la bomba de presioacuten y una vez maacutes antes de ser pulverizado por las boquillas inyectoras Filtro de malla de alambre

La eficacia de un filtro de aceite se mide en micrones (microc) siendo un microacuten una milloneacutesima de metro o aproximadamente 39 milloneacutesima de pulgada (0 000 039) Para ver la eficacia de un filtro el ojo humano normal sin ninguacuten tipo de ayuda puede detectar objetos que tengan un diaacutemetro de aproximadamente 40 microc un cabello humano tiacutepico tiene un diaacutemetro de aproximadamente 100 microc

Filtro de discos

El filtro de fibra plegada impregnada de resina como el mostrado en la figura 26 normalmente puede eliminar contaminantes en la gama de los 15 microc Algunos filtros de aceite de motor estaacuten equipados para derivar el elemento filtrante si acaso se obstruyese Por ejemplo si el elemento en el esquema del filtro de la figura 26 se obstruyese la vaacutelvula de derivacioacuten tipo bola se desplazariacutea de su asiento y el aceite sin filtrar fluiriacutea a traveacutes del motor Si el aceite friacuteo estaacute demasiado viscoso para fluir a traveacutes del filtro mueve a la bola de su asiento y fluye a traveacutes de la vaacutelvula de derivacioacuten hasta que se calienta y disminuye su viscosidad lo suficiente como

para que fluya a traveacutes del filtro Entonces cierra la vaacutelvula de derivacioacuten y la accioacuten de filtrado queda restablecida normal Otros filtros estaacuten disentildeados con bastante capacidad para suministrar el suficiente aceite filtrado para que el motor funcione satisfactoriamente cuando el filtro estaacute parcialmente obstruidoEstos filtros tienen sobre el alojamiento un botoacuten indicador rojo que salta para informar al teacutecnico de mantenimiento que el filtro estaacute parcialmente obstruido para que se tome la adecuada accioacuten de mantenimiento

La mayoriacutea de los filtros de malla metaacutelica pueden limpiarse introduciendo los elementos filtrantes en un disolvente y soplaacutendolos con aire comprimido Algunos de los filtros de fibra plegada se limpian taponando las aberturas en ambos extremos del filtro con tapones de goma y colocando el elemento en una maacutequina especial para la limpieza con la cantidad especiacutefica del disolvente adecuado Existen maacutequinas de limpieza por ultrasonido que aplican exactamente la cantidad correcta de vibracioacuten para soltar los contaminantes Despueacutes de que el elemento ha estado en la maacutequina durante el periacuteodo de tiempo especificado se saca y se le deja secar sin soplarle con aire comprimido Filtros de Uacuteltima Oportunidad

Para asegurar que los cojinetes reciben solamente aceite limpio muchos motores tienen filtros tipo tamiz instalado justo delante de los inyectores de aceite A estos con frecuencia se les llama filtros de uacuteltima oportunidad y solamente pueden limpiarse cuando el motor se desmonta para ser revisado

Radiadores de Aceite

El sistema de lubricacioacuten de un motor de turbina de gas recoge una gran cantidad de calor de los cojinetes del eje de turbina y este calor puede transferirse bien al aire que rodea al avioacuten o al combustibleLa mayoriacutea de los primeros radiadores eran del tipo aire aceite similar en funcionamiento a los usados en los motores alternativos pero casi todos los radiadores modernos son del tipo aceite combustible Este tipo de radiador sirve un doble propoacutesito quita el calor del aceite y lo usa para calentar el combustible evitando la formacioacuten de cristales de hielo Cambiador de calor tiacutepico aceitecombustible

El combustible fluye dentro del radiador por el lado izquierdo y a traveacutes de una serie de pasajes sale por el lado derecho El aceite entra en el alojamiento de la vaacutelvula de control de temperatura y fluye a traveacutes del radiador pasando alrededor de los pasos de combustible cuatro veces Sale del radiador y fluye a traveacutes de una vaacutelvula termostaacutetica bimetaacutelica Si el aceite estaacute mas friacuteo de lo que la vaacutelvula tiene ajustado la vaacutelvula se mueve hacia la izquierda y permite que parte del aceite se derive del radiador y fluya directamente hacia la salida Durante el funcionamiento la vaacutelvula asume una posicioacuten que mantiene la temperatura del aceite correcta El calor del aceite transferido al combustible lo calienta lo suficiente para evitar la formacioacuten de cristales de hielo en el elemento filtrante de combustible

El radiador tiene una vaacutelvula de derivacioacuten cargada con muelle que permanece en su asiento para la operacioacuten normal pero si el aceite en el radiador se congelase y bloquease el flujo la vaacutelvula se desplazariacutea de su asiento y permitiriacutea que el aceite se derivase del radiador hasta que se calentase y reanudase su flujo normal

Separador de Aire-AceitePuesto que el aceite recogido por las bombas de recuperacioacuten de los compartimentos de los cojinetes contiene una gran cantidad de aire este es devuelto al depoacutesito a traveacutes de un desaireador que gira al aceite para separarle el aire El aceite de retorno fluye dentro de la bandeja del desaireador el cual forma una caacutemara en la que cualquier aire que quede seraacute separado antes de que el aceite sea recogido por la bomba de presioacuten

Algunos motores tienen un separador aire-aceite arrastrado por la caja de accesorios que quita el aceite del aire de ventilacioacuten sacado de los compartimentos de los cojinetes Este aire cargado de aceite es mecaacutenicamente lanzado al exterior contra las paredes de la caacutemara del separador donde se recoge el aceite y se drena de vuelta al caacuterter El aire libre de aceite va a la vaacutelvula de presurizacioacuten y ventilacioacuten Otros motores usan un separador intercalado en el flujo que contiene una serie de cintas de tefloacuten Estas cintas tienen una fuerte afinidad por el aceite y como los vapores de aire y aceite son forzados a traveacutes del separador el aceite se recoge sobre las cintas y se devuelve al caacuterter de aceite del motor El aire libre de aceite fluye al exterior por la liacutenea de ventilacioacuten

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS TURBINAS DE GAS

ventajas de la turbina a gas

a) Muy buena relacioacuten potencia vs peso y tamantildeob) Bajo costo de instalacioacutenc) Raacutepida puesta en serviciod) Es una maacutequina rotante (no tiene movimientos complejos como son losmovimientos roto alternativos de los motores de combustioacuten interna)e) Al ser una maacutequina rotante el equilibrado de la misma es praacutecticamenteperfecto y simple a diferencia de maacutequinas con movimiento alternativosf) Menos piezas en movimiento (comparado con los motores de combustioacuteninterna)g) Menores peacuterdidas por rozamiento al tener menores piezas en movimientoh) Sistema de lubricacioacuten maacutes simple por lo expresado anteriormentetrabajo (es la maacutequina teacutermica que funciona a maacutes bajapresiones)j) El proceso de combustioacuten es continuo y se realiza a presioacuten constante en lacaacutemara de combustioacuten (diferente a los motores de combustioacuten interna)k) Pocos elementos componentes compresor caacutemaras de combustioacuten yturbina propiamente dichal) No necesitan agua (diferente a las turbinas a vapor que requieren de uncondensador)m) Permiten emplear diferentes tipos de combustibles como kerosene gasoilgas natural carboacuten pulverizado siempre que los gases de combustioacuten nocorroan los aacutelabes o se depositen en ellosn) El par motor es uniforme y continuo

desventajas de la turbina a gasBajo rendimiento teacutermico (alto consumo especiacutefico de combustible) debido a1 Alta peacuterdida de calor al ambiente que se traduce por la alta temperatura desalida de los gases de escape por chimenea entre 495ordmC a 560 ordmC2 Gran parte de la potencia generada por la turbina es demandada por elcompresor axial en el orden de las frac34 partes o sea un 75 de la potenciatotal de la turbina

CLASIFICACION DE LAS TURBINAS A GAS

Las turbinas a gas al igual que las turbinas a vapor se clasifican en1 Turbinas a gas de accioacuten2 Turbinas a gas de reaccioacuten

En las turbinas de accioacuten la caiacuteda total de presioacuten de los gases de combustioacutense produce en las toberas que estaacuten ubicadas antes dellos estadios moacuteviles yfijos de la mismaDe esta manera se produce una transformacioacuten de energiacutea de presioacuten aenergiacutea de velocidad (energiacutea cineacutetica) en los gasesLa presioacuten de los gases dentro de la turbina estadios moacuteviles y fijospermanece constante

En las turbinas de reaccioacuten en cambio la caiacuteda de presioacuten de los gases decombustioacuten se produce tanto en las toberas como en los estadios moacuteviles yfijos que componen la mismaLa presioacuten de los gases dentro de la turbina estadios moacuteviles y fijos vadisminuyendo

Tambieacuten las turbinas a gas se clasifican de acuerdo al nuacutemero de estadiosmoacuteviles en cuyo caso pueden ser

1 Turbinas a gas mono etapa (un solo estadio moacutevil)2 Turbinas a gas multi etapas (varios estadios moacuteviles)

Igualmente cabe otra clasificacioacuten la cual estaacute en funcioacuten del nuacutemero de ejesde la turbina pudiendo en este especto clasificarlas como

1 Turbinas a gas de un solo eje2 Turbinas a gas de dos ejes

CICLO TERMODINAMICO BRAYTON TEORICO

Las transformaciones teoacutericas que se realizan en el ciclo son las siguientes1048766 La compresioacuten 1-2 representa la compresioacuten isoentroacutepica del aire que serealiza en el compresor axial1048766 La transformacioacuten 2-3 representa el proceso de combustioacuten a presioacutenconstante donde se produce el aporte de calor (Q suministrado) del medioal sistema debido a la oxidacioacuten del combustible inyectado en el punto 21048766 La transformacioacuten 3-4 representa la expansioacuten isoentroacutepica de los gases decombustioacuten que se desarrolla en la turbina1048766 No existe la transformacioacuten 4-1 En los diagramas se representa solo amodo de cerrar el ciclo ya que el ciclo BRAYTON es en realidad como seha explicado anteriormente un ciclo abierto

PUESTA EN MARCHA DE LA TURBINA A GAS

La puesta en marcha de una turbina a gas comprende una serie de secuenciasprogramadas entre las cuales podemos mencionar las maacutes importantes enorden de coacutemo se van realizando

1) Se pone en funcionamiento el sistema de lubricacioacuten a traveacutes de la bombaauxiliar de aceite la cual es energizada mediante corriente alternadisponible de la red

2) Una vez alcanzada la presioacuten adecuada de aceite se pone en marcha elmotor de arranque o tambieacuten llamado motor de lanzamiento el cual puedeser indistintamente y seguacuten los casos un motor DIESEL un motor eleacutectricode rotor bobinado o una pequentildea turbina a vapor

El eje de salida del motor se encuentra acoplado al embrague hidraacuteulico3) Estabilizadas las temperaturas del motor de lanzamiento se activa elacoplamiento mecaacutenico vinculando de esta manera el eje del motor con eleje del paquete compresor ndash turbina ndash generador eleacutectrico a traveacutes delembrague hidraacuteulico

4) Se pone en marcha el virador el cual saca del reposo a la masa rotantehacieacutendola girar a aproximadamente 3 a 5 rpm

5) Confirmado que el rotor estaacute en lenta rotacioacuten y que el acoplamiento ha sidoestablecido se inicia la etapa de aceleracioacuten del motor de lanzamiento queen el caso de que eacuteste fuera un motor eleacutectrico de rotor bobinado se vandesconectando las resistencias rotoacutericas con lo cual se incrementa elnuacutemero de vueltas del mismo

6) A medida que aumenta el nuacutemero de vueltas del motor de lanzamientoaumenta tambieacuten el de la maacutequina y generador gracias al ya mencionadoembrague hidraacuteulico

Esta situacioacuten se mantiene hasta que todo el conjunto alcanzaaproximadamente la mitad del nuacutemero de vueltas de reacutegimen de la turbina

7) Cuando se alcanza eacuteste estado de giro se habilita el ingreso de combustiblea los inyectores ubicados en las caacutemaras de combustioacuten y paralelamente seenergiza la bujiacutea de encendido producieacutendose la combustioacuten delcombustible

8) La turbina se acelera arrastrada por el motor de lanzamiento y por losgases de combustioacuten producidos

9) Cuando el nuacutemero de vueltas de la turbina supera el del motor delanzamiento eacuteste se desacopla automaacuteticamente

10) La turbina continuacutea el proceso de aceleracioacuten por siacute sola gracias ahora a losgases de combustioacuten hasta alcanzar el nuacutemero de vueltas de reacutegimen

11) Cuando se alcanza el estado de reacutegimen se transfiere el proceso delubricacioacuten a la bomba principal de aceite saliendo de servicio la bombaauxiliar

12) En estas condiciones el generador entra en paralelo con la red y empieza atomar carga hasta llegar a entregar la potencia efectiva del mismo

13) Esta operacioacuten se realiza por medio del regulador de velocidad que actuacuteasobre la bomba de combustibleEl caudal de combustible depende de la presioacuten de inyeccioacuten

DETENCION DE LA TURBINA A GAS

Las principales secuencias para sacar de servicio una turbina a gas queacciona un generador eleacutectrico son las siguientes

1) Se empieza a bajar potencia eleacutectrica en el generador actuando sobre lavaacutelvula de regulacioacuten de combustible hasta reducir la potencia a cero

2) Se saca de paralelo el generador eleacutectrico

3) Se pone en marcha la bomba auxiliar de aceite

4) Se corta el suministro de combustible con lo cual empieza el periacuteodo dedesaceleracioacuten del grupo

5) Cuando el nuacutemero de vueltas ha bajado a aproximadamente 3 a 5 rpmentra en funcionamiento el viradorEste dispositivo estaacute constituido por un motor eleacutectrico y un reductor develocidad con lo cual se alcanza un elevado par torsor suficiente para hacergirar al grupo una vez que eacuteste se ha detenidoEl proceso de giro por accioacuten del virador se realiza a fin de permitir unenfriamiento uniforme del rotor de la turbina evitando con ello que eacuteste sedeforme por diferencia de temperaturas dentro del estator de la maacutequinaEsta parte de la detencioacuten de la maacutequina es muy importante dado que sieacutesta se detiene al tener su rotor a alta temperatura se produce una zona caliente en la parte superior del eje del rotor lo cual da lugar a que eacuteste setuerza con una convexidad hacia arriba

6) Se detiene el virador cuando la temperatura en el interior de la turbina esmuy proacutexima a la temperatura ambiente

7) Se detiene la bomba auxiliar de aceite

ANALISIS DE VIBRAIONES

El intereacutes de de las Vibraciones Mecaacutenicas llega al Mantenimiento Industrial de la mano del Mantenimiento Preventivo y Predictivo con el intereacutes de alerta que significa un elemento vibrante en una Maquina y la necesaria prevencioacuten de las fallas que traen las vibraciones a medio plazo

El intereacutes principal para el mantenimiento deberaacute ser la identificacioacuten de las amplitudes predominantes de las vibraciones detectadas en el elemento o maacutequina la determinacioacuten de las causas de la vibracioacuten y la correccioacuten del problema que ellas representan Las consecuencias de las vibraciones mecaacutenicas son el aumento de los esfuerzos y las tensiones peacuterdidas de energiacutea desgaste de materiales y las maacutes temidas dantildeos por fatiga de los materiales ademaacutes de ruidos molestos en el ambiente laboral etc

Paraacutemetros de las vibraciones

Frecuencia Es el tiempo necesario para completar un ciclo vibratorio En los estudios de Vibracioacuten se usan los CPM (ciclos por segundo) o HZ (hercios)

Desplazamiento Es la distancia total que describe el elemento vibrante desde un extremo al otro de su movimiento

Velocidad y Aceleracioacuten Como valor relacional de los anteriores

Direccioacuten Las vibraciones pueden producirse en 3 direcciones lineales y 3 rotacionales

Tipos de vibraciones

Vibracioacuten libre causada por un sistema vibra debido a una excitacioacuten instantaacutenea

Vibracioacuten forzada causada por un sistema vibra debida a una excitacioacuten constante las causas de las vibraciones mecaacutenicas

A continuacioacuten detallamos las razones maacutes habituales por las que una maacutequina o elemento de la misma puede llegar a vibrar

Vibracioacuten debida al Desequilibrado (maquinaria rotativa)

Vibracioacuten debida a la Falta de Alineamiento (maquinaria rotativa)

Vibracioacuten debida a la Excentricidad (maquinaria rotativa)

Vibracioacuten debida a la Falla de Rodamientos y cojinetes

Vibracioacuten debida a problemas de engranajes y correas de Transmisioacuten (holguras falta de lubricacioacuten roces etc)

Regulador de voltaje

Panel de relevadores de proteccioacuten del generador

Panel del sistema contra incendio

SISTEMA DE CONTROL DEL TURBOGENERADOR

Panel local del operador

SISTEMA DE ENFRIAMIENTO

SISTEMA DE ARRANQUE

Es el sistema de arranque que requiere una turbina de gas para iniciar la aceleracioacuten hasta una velocidad de 2300 RPM el cual estaacute compuesto de los siguientes equipos en un periacuteodo de 2 minutos

Motor de arranque Es del tipo jaula de ardilla de 1500 HP el cual opera 4160 volts de corriente alterna a una velocidad de 1800 RPM cuenta con dos chumaceras una a cada extremo y tiene lubricacioacuten tipo inundado

Convertidor de par Es un sistema mecaacutenico utilizado para convertir hidraacuteulicamente la velocidad del motor de arranque hacia el conjunto del rotor del turbogenerador el cual al acelerar progresivamente alcanzaraacute una velocidad de 2300 RPM

Lubricacioacuten y enfriamiento del sistema de arranque Dicho sistema estaacute compuesto por un tanque de almacenamiento con capacidad de 800 Lt de aceite hidraacuteulico el cual es bombeado por una bomba tipo tornillo a una presioacuten de 625 kPa pasando primeramente al convertidor de par y posteriormente al panel de enfriamiento regresando posteriormente al depoacutesito de aceite Este aceite opera a una temperatura maacutexima de 313 2 ordmK (44 ordmC)

Control de motores Este tablero eleacutectrico contiene dos interruptores de arranque y paro de la bomba de aceite y del ventilador de enfriamiento

SISTEMA MECAacuteNICO

Los componentes de este sistema estaacuten instalados en la parte inferior y exterior de un paquete mecaacutenico y consta de los siguientes equipos

bull Aire para instrumentos

bull Bomba principal de lubricacioacuten sistema duacuteplex

bull Bomba auxiliar de lubricacioacuten

bull Filtros de aceite lubricante

bull Bomba de aceite de sellos

bull Extractores de vahos

bull Tanque principal de lubricacioacuten

Aire para instrumentos Es suministrado por un compresor reciacuteprocamente en ldquoVrdquo que trabaja a una presioacuten de descarga de 290 kPa Esta presioacuten es suministrada a cada uno de los instrumentos que controlan a la turbina como son vaacutelvulas neumaacuteticas reguladores interruptores y otros depoacutesitos de control de turbina de gas

Bomba principal de lubricacioacuten Este sistema cuenta con un sistema duacuteplex con el fin de evitar cualquier disparo de maacutequina en caso de falla por la bomba principal la segunda bomba entraraacute automaacuteticamente al detectar baja presioacuten en el sistema evitando con esto un disparo de maacutequinas Dichas bombas trabajan a una presioacuten de 862 kPa un flujo de 17978 ltmin a una velocidad de 3530 RPM y son del tipo vertical centriacutefugas de un solo paso

Bomba auxiliar de lubricacioacuten Este equipo trabaja con una corriente directa proporcionada por un banco de bateriacuteas que suministran la energiacutea para su operacioacuten en un caso de emergencia por ejemplo una falla en el suministro de corriente alterna dicha bomba suministraraacute el aceite necesario

A Bateriacuteas

Bombas de Aceite

Bomba Gerotor

Filtros de Aceite

Filtro de discos

A Bateriacuteas

Bombas de Aceite

Bomba Gerotor

Filtros de Aceite

Filtro de discos

Bombas de Aceite

Bomba Gerotor

Filtros de Aceite

Filtro de discos

Bombas de Aceite

Bomba Gerotor

Filtros de Aceite

Filtro de discos

Bombas de Aceite

Bomba Gerotor

Filtros de Aceite

Filtro de discos

Bombas de Aceite

Bomba Gerotor

Filtros de Aceite

Filtro de discos

Bombas de Aceite

Bomba Gerotor

Filtros de Aceite

Filtro de discos

Bombas de Aceite

Bomba Gerotor

Filtros de Aceite

Filtro de discos

Bombas de Aceite

Bomba Gerotor

Filtros de Aceite

Filtro de discos

Bombas de Aceite

Bomba Gerotor

Filtros de Aceite

Filtro de discos

Bombas de Aceite

Bomba Gerotor

Filtros de Aceite

Filtro de discos

Bombas de Aceite

Bomba Gerotor

Filtros de Aceite

Filtro de discos

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Clasificacion de Las Turbinas de Gas