Turbinas a Gas

Sus principales ventajas son su pequeño peso y volumen enrelación a su potencia y la flexibilidad de su operación. Estohace que sean máquinas cuyo uso para determinadasaplicaciones, especialmente las referidas a la generación deelectricidad y a la propulsión de buques y aviones, esté enclaro aumento. Al ser máquinas rotativas presentan una claraventaja frente a los motores alternativos, por la ausencia demovimientos alternativos y de rozamientos entre superficiessólidas (como las que se dan entre pistón y camisa), lo que setraduce en menores problemas de equilibrado y menoresconsumos de aceite lubricante, que además no están encontacto con superficies calientes ni con productos decombustión.

Normalmente se entiende por turbina de gas elconjunto formado por los siguientes elementos:Compresor, responsable de la elevación de presión delfluido de trabajoSistema de aporte de calor al fluidoElemento expansor, o turbina propiamente dicha.

Sus aplicaciones son muy variadas, siendo su campo deaplicación el más amplio entre los motores térmicos.Inicialmente se utilizaron para la realización de trabajomecánico. Posteriormente se trasladaron al campo dela aeronáutica como elemento propulsor, sobre todo apartir de la segunda guerra mundial. Más tarde seutilizaron como elemento motor para la generación deenergía eléctrica, aplicación para la que se handesarrollado modelos específicos que han tratado deadaptarse a las exigencias de ese mercado.

La posibilidad de aprovechar el calor de los gases deescape para producir vapor aprovechable en laindustria como energía térmica o para producir másenergía eléctrica (en los denominados cicloscombinados gas-vapor) han provocado una auténticarevolución en el mercado de la generación eléctrica,donde la turbina de vapor ha sido la reina indiscutibledurante muchos años.

Provienen del diseño de turbinas de parafines aeronáuticos, pero adaptadas a laproducción de energía eléctrica enplantas industriales o como microturbinas. Sus principales característicasson su gran fiabilidad y su alta relaciónpotencia/peso, además cuentan con unagran versatilidad de operación y suarranque no es una operación tan críticacomo en otros tipos de turbinas degas. Pueden alcanzar potencias de hasta50 MW, moviendo los gases a una granvelocidad, pero bajo caudal. Sucompacto diseño facilita las operacionesde sustitución y mantenimiento, lo quehace viable que se lleven acaborevisiones completas en menoresintervalos de tiempo.

La evolución de su diseño se ha orientadosiempre a la producción de electricidad,buscándose grandes potencias y largosperiodos de operación a máxima carga sinparadas ni arranques continuos.Su potencia de diseño puede llegar a los 500MW, moviendo grandes cantidades de aire abajas velocidades, que puedenaprovecharse en posteriores aplicaciones decogeneración. Su mantenimiento deberealizarse in si-tu debido a su gran tamaño ypeso, buscándose alargar lo más posible enel tiempo las revisiones completas delequipo.

Turbina de cámara de combustión tipo silo

En estos diseños la cámara aparecedispuesta sobre la parte superior de laturbina. Los inyectores se instalanatravesando el techo superior de la cámara,y los gases de escape llegan a la turbina deexpansión por una abertura inferiorconectada a ésta. Su diseño no está muyexpandido, y se restringe a turbinas de H2 yotros combustibles experimentales.

Turbina de cámara de combustión anularEn este caso la cámara consiste en un cilindroorientado axialmente instalado alrededor del eje.Tiene un único tubo de llama y entre 15 y 20inyectores. Consiguen una buena refrigeración delos gases de combustión y bajas perdidas decarga, aunque su distribución de temperaturas ymezcla combustible/comburente es menos

uniforme que en cámaras tubo anulares.

Turbina de cámara de combustión tubo anularUna serie de tubos distribuidos alrededor del ejede forma uniforme conforman este diseño decámara de combustión. Cada una posee unúnico inyector y bujía. Tienen mejor resistenciaestructural que las anulares, pero menorrendimiento y mayor peso. Además si una deellas deja de funcionar y no es detectado,pueden producirse grandes diferencias detemperaturas en la estructura. La pieza detransición, que es la que recoge todos los gasesde combustión para dirigirlos a la turbina deexpansión, es una parte delicada de lainstalación.

Turbina mono ejeEl compresor, turbina de expansión y

generador giran de forma solidaria conun único eje de rotación. La velocidad degiro es en la inmensa mayoría de loscasos de 3000 rpm, forzado por lafrecuencia que debe tener el rotor delgenerador eléctrico al verter a la redgeneral (50 Hz). Es el diseño usual en lasgrandes turbinas comerciales degeneración eléctrica.

La turbina de expansión se encuentradividida en 2 secciones, la primera oturbina de alta presión, se encuentra unidaal compresor axial al que proporciona lapotencia necesaria para sufuncionamiento. La segunda seccióncomparte eje con el generador,aprovechándose la energía transmitida enla generación de electricidad. Estatecnología es utilizada en Aero derivadas yturbinas de pequeña potencia, y ofrece unmejor comportamiento frente avariaciones de carga.