Universidad Nacional Experimental

Francisco de Miranda

Complejo Académico El Sabino

Programa de Ingeniería Industrial

Unidad curricular: Equipos máquinas e instalaciones industriales

Prof. Ing. Caracciolo Gómez. MSc.

TEMA III. Introducción a las Turbomaquinas.

Turbinas Térmicas

1. Introducción.

Las turbomaquinas son motores rotativos que convierten en energía mecánica

la energía contenida de una corriente de agua, vapor o gas. El elemento básico

de la turbina es la rueda o rotor, que cuenta con palas, hélices cuchillas

colocados alrededor de su circunferencia, de tal forma que el fluido en

movimiento produce una fuerza tangencial que impulsa la rueda y la hace girar,

esta energía mecánica se transfiere a través de un eje para proporcionar el

movimiento de una máquina, un compresor, un generador eléctrico o una

hélice. Hasta el momento las turbinas son uno de los motores más eficientes

(alrededor de 50%) con respecto a los motores de combustión interna y

algunos eléctricos. El término turbomaquina suele aplicarse también, por ser el

componente principal, al conjunto de varias turbinas conectadas a un

generador para la obtención de energía eléctrica. Las turbomaquinas se llaman

también máquinas de corriente o máquinas dinámicas y en ellas el intercambio

de energía es debido a la variación del momento cinético del fluido en su paso

por el órgano intercambiador de energía dotado de movimiento rotativo, que se

llama rodete.

Vista interior de una turbina

2. Clasificación de las Turbomaquinas.

Las turbomaquinas se clasifican según tres criterios:

a) Según la compresibilidad del fluido

Térmicas: Cuando el fluido experimenta una variación de la densidad en su

paso a través de la máquina, es decir el flujo se considera compresible.

Ejemplo. Turbinas de vapor, gas y compresores.

Turbina de vapor de flujo axial

Hidráulicas: Su diseño se hace sin tener en cuenta la variación de la

densidad o del volumen específico a través de la máquina. En estas

turbomaquinas el flujo de trabajo no necesariamente es agua aunque

etimológicamente esto es lo que signifique, ni siquiera tiene que ser líquido, el

fluido tiene que ser incompresible. Ejemplo: bombas, turbinas hidráulicas,

ventiladores.

Bomba

Turbina Francis

b) Según el intercambio de energía.

Motoras: Producen potencia expandiendo el fluido hasta una presión más

baja. Ejemplo: Turbinas de vapor, gas, hidráulicas.

Generadoras: La energía aumenta a su paso por la máquina. Absorben

potencia para incrementar la presión del fluido. Ejemplo: Bombas, compresores

y ventiladores.

c) Dirección del flujo.

Axial: Cuando la trayectoria del flujo que atraviesa la máquina es paralela al

eje de rotación.

Radial: La trayectoria del flujo está en un plano perpendicular al eje de

rotación. Ejemplo: bombas centrífugas, ventilador centrífugo, compresor

centrífugo.

Mixta: Cuando en la dirección del flujo de salida del rotor intervienen

componentes axiales y radiales de velocidad.

Cuadro comparativo de Turbomaquinas

2.1 Turbinas de Vapor.

Es una máquina de fluido en la que la energía de éste pasa al eje de la

máquina saliendo el fluido de ésta con menor cantidad de energía. La energía

mecánica del eje procede en parte de la energía que tenía la corriente y por

otra de la energía térmica disponible transformada en parte en mecánica por

expansión. Esta expansión es posible por la variación del volumen específico

del fluido que evoluciona en la máquina. Son turbomaquinas en las que sólo se

efectúa el proceso de expansión. Si bien existen turbinas a vapor del tipo radial,

la inmensa mayoría son del tipo axial. El fluido de trabajo es comúnmente el

vapor de agua, por obvias razones económicas y técnicas. En comparación con

otras máquinas (alternativas a vapor, de combustión interna) ofrecen una

mayor relación potencia/tamaño.

El trabajo disponible en la turbina es igual a la diferencia de entalpia entre el

vapor de entrada a la turbina y el de salida. El hecho de la utilización del vapor

como fluido de trabajo se debe a la elevada energía disponible por unidad de

kg de fluido de trabajo. Este ratio en el caso del agua es tres veces mayor que

en el caso del aire de forma para dos turbinas, una de vapor y otra de gas con

la misma potencia de salida se tiene que el gasto másico de la turbina de vapor

es tres veces menor que el de la turbina de gas.

Dada la gran diferencia que se debe obtener entre la presión de entrada y de

salida de la turbina es necesario producir esta expansión en distintas etapas,

escalonamientos, con el fin de obtener un mejor rendimiento de la operación. Si

sólo se realizase la expansión en una etapa las grandes deflexiones a que

tendría que estar sometido el fluido provocarían pérdidas inaceptables. Las

pérdidas en una turbina de n escalones no son iguales a la suma de las

pérdidas de n turbinas sino que son menores, ya que los escalones de la

turbina son capaces de recuperar parte de la energía degradada en el anterior

escalón para generar energía mecánica. Sin embargo a medida que aumenta

el número de escalonamientos la máquina se encarece, por lo que hay que

buscar un buen compromiso entre rendimiento y costes.

En las turbinas de vapor existen unos elementos fijos que son las toberas y los

distribuidores de álabes; si el salto entálpico se transforma totalmente en

energía cinética, la turbina es de acción y la entalpía a la salida de la tobera

para un proceso isentrópico será igual a la entalpía final del vapor; en estas

circunstancias, en los álabes dispuestos sobre el rotor o corona móvil, habrá

únicamente una transformación de energía cinética en mecánica.

Si la conversión de entalpía en energía cinética no es total, se utilizan

distribuidores de álabes, en los que tienen lugar dos tipos de transformaciones

simultáneas, por cuanto una fracción de la energía cinética adquirida en la

tobera se transforma en energía mecánica, y el resto en energía cinética y

posteriormente en mecánica. La transformación de energía cinética en energía

mecánica se produce haciendo seguir al fluido una determinada trayectoria,

(entre álabes), de forma que su velocidad absoluta disminuya; cualquier cambio

de magnitud o de dirección en dicha velocidad, tiene que ser debido al efecto

de una fuerza, que es la acción de los álabes de la corona sobre el fluido.

A su vez, se puede decir también que todo cambio en la dirección o en la

magnitud de la velocidad del fluido, originará un empuje sobre los álabes, de

forma que, para cuando éstos vayan montados sobre una corona móvil, la

potencia producida será igual al producto de la velocidad tangencial de los

álabes por la componente periférica de la fuerza.

2.1.1. Elementos de una Turbina de vapor.

Los elementos principales de una turbina de vapor son:

Rotor: Es el elemento móvil del sistema. La energía desprendida por el vapor

en la turbina se convierte en energía mecánica en este elemento. Dado que la

turbina está dividida en un cierto número de escalonamientos, el rotor está

compuesto por una serie de coronas de alabes, uno por cada escalonamiento

de la turbina. Los alabes se encuentran unidos solidariamente al eje de la

turbina moviéndose con él mecanismo de unión de los alabes del rotor al eje

del mismo.

Rodete

Estator: está constituido por la propia carcasa de la turbina. Al igual que el

rotor, el estator está formado por una serie de coronas de alabes,

correspondiendo cada una a una etapa o escalonamiento de la turbina.

Toberas: El vapor es alimentado a la turbina a través de estos elementos.

Su labor es conseguir una correcta distribución del vapor entrante/saliente

al/desde el interior de la turbina.

Regulador de velocidad: es un dispositivo para mantener una velocidad

constante en el rotor, actúa controlando o regulando el flujo de fluido en la

entrada de la turbina.

Válvula de cierre rápido: es un dispositivo que actúa en caso de

emergencia cuando el rotor alcanza velocidades por encima de la máxima

permitida o de diseño. Actúa cortando el flujo de fluido en la entrada de la

tubería.

Sistema de rotación lenta: se utiliza en turbinas de varias etapas y con ejes

largos, su función es mantener la rotación del eje hasta que éste se enfríe

luego que la turbina está fuera de servicio. Se hace con el fin de que el eje no

se doble o flexione, ya que si esto ocurre la turbina no puede ser arrancada de

nuevo. Porque si el eje se dobla los álabes móviles se encontrarían

incrustados en la carcasa y los fijos en el eje.

Sistema de lubricación: se utiliza para levantar el eje en el arranque de la

turbina y para proporcionar una película de aceite en el cojinete y el eje.

Válvula de drenaje: se utilizan para drenar las turbinas antes del arranque

ya que si existe agua, durante el arranque de la turbina se producen

deformaciones en los álabes.

2.1.2. Clasificación de las turbinas de vapor:

Se las puede clasificar según el salto térmico y según el principio operativo.

Según el salto térmico se las separa en:

Turbinas de condensación: Son las de mayor tamaño, utilizadas en

centrales térmicas. La presión de descarga puede ser inferior a la atmosférica

debido a la condensación del vapor de salida.

Turbinas de descarga atmosférica: son generalmente de baja potencia,

antieconómicas si utilizan agua tratada. No utilizan condensador de salida.

Turbinas de contrapresión: se utilizan como expansoras para reducir la

presión del vapor generando al mismo tiempo energía. Descargan el vapor a

una presión aún elevada, para ser utilizado en procesos industriales.

Según el principio operativo se distinguen las turbinas de Acción y de

Reacción, tanto de una como de varias etapas. La diferencia fundamental es

que en las turbinas de acción no hay cambio de presión en la rueda móvil,

obteniéndose el intercambio de energía por el cambio de velocidad

absoluta del fluido.

Desde el punto de vista de su funcionamiento las turbinas axiales se pueden

dividir en tres clases según el grado de reacción que presentan.

Se define grado de reacción de una turbomáquina a la relación es decir a la

disminución de entalpía en el rotor dividida por la disminución de entalpía total

(entalpía más energía cinética específica) en el escalonamiento.

Atendiendo a esto se tienen los tres casos característicos siguientes:

Turbina axial de acción con presión constante en el rotor: La presión

disminuye completamente en el estator mientras que se mantiene constante en

el rotor donde la velocidad del fluido no varía apenas salvo una leva

disminución por la fricción. R≤ 0 (Negativo ligeramente debido a la disminución

de entalpía en el rotor por la fricción).

Turbina axial de acción con entalpía constante en rotor: La entalpía es

constante en el rotor y se produce una expansión en el estator con aumento de

la velocidad del gas. En el rotor, sin embargo, la velocidad relativa es

constante. Se produce una pequeña caída de presión que no provoca un

aumento de la velocidad debido a que es debida a la fricción. R=0

Turbina axial de reacción: La expansión se produce en el estator y en el

rotor con una disminución de entalpía en el estator debido a la expansión y un

aumento de la velocidad. En el rotor también se produce expansión

aumentando la velocidad relativa del fluido. R>0 (frecuentemente en torno a

0,5).

La figura anterior muestra el esquema de una turbina de reacción axial:

1. Válvula de admisión

2. Rodete de acción en el empuje axial es nulo

3. Tambor de reacción

4. Conducto de interconexión con la presión del condensador

5. Embolo compensador

6. Laberintos del embolo compensador Ae, A1, Atk

Turbina Centrípetas:

Las turbinas radiales o mixtas presentan la siguiente evolución:

En el estator se produce una expansión aumentando la velocidad,

disminuyendo la entalpía.

En el rotor se produce un aumento de la velocidad relativa debida a la

expansión donde además se produce una caída de presión.

R>0 (frecuentemente próximo a 0,5)

2.1.3. Pérdidas en turbinas de vapor:

Las pérdidas por fricción en los conductos formados por los álabes, el disco y la

carcasa se cuantifican afectando a las velocidades de salida isentrópicas de las

ruedas fijas y móviles.

Las pérdidas que sufre la energía del vapor en las turbinas son principalmente:

La energía cinética de salida, ya que el vapor inevitablemente debe tener

cierta velocidad para salir de la turbina.

El rozamiento sobre los discos móviles.

Si la turbina trabaja con admisión parcial, el movimiento de las paletas

inactivas que giran en el vapor sin producir trabajo (pérdidas por ventilación,

“windage”)

Fugas por los espacios entre los extremos de las paletas y la carcasa

(móviles) o el disco (fijas)

Fugas por los ejes, en los laberintos

Punto de operación económica:

Las pérdidas se pueden clasificar según su variación con la potencia

desarrollada como:

Pérdidas que decrecen con el aumento de la potencia, como ser, las

pérdidas por ventilación de paletas inactivas.

Pérdidas constantes, tales como pérdidas mecánicas en cojinetes,

accionamiento de accesorios, pérdidas de calor al exterior.

Pérdidas proporcionales a la carga, tales como las fugas en los laberintos y

por los extremos de paletas.

Pérdidas que crecen con el cuadrado de la carga, como la energía cinética

de salida.

2.2. Turbinas de Gas.

Las turbinas de gas son equipos capaces de transformar la energía química

contenida en un combustible en energía mecánica, ya sea para su

aprovechamiento energético o como fuerza de impulso de aviones, automóviles

o barcos.

2.2.1. Principio de funcionamiento de una turbina a gas

Una turbina de gas es un motor térmico rotativo de combustión interna, donde a

partir de la energía aportada por un combustible se produce energía mecánica

y se genera una importante cantidad de calor en forma de gases calientes y

con un alto porcentaje de oxígeno.

La máquina sigue un ciclo abierto, puesto que se renueva continuamente el

fluido que pasa a través de ella.

El aire es aspirado de la atmósfera y comprimido para después pasar a la

cámara de combustión, donde se mezcla con el combustible y se produce la

ignición. Los gases calientes, producto de la combustión, fluyen a través de la

turbina. Allí se expansionan y mueven el eje, que acciona el compresor de la

turbina y el alternador.

Las pérdidas de energía se desprenden en forma de calor que hay que evacuar

del sistema. Normalmente no son superiores al 3% de la energía aportada.

2.2.2. Partes principales de una turbina de gas:

Las turbinas de gas pueden dividirse en:

Compresor

Cámara de combustión

Turbina de expansión

Carcasa

Además cuenta con una seria de sistemas auxiliares necesarios para su

funcionamiento, como son la casa de filtros, cojinetes, sistema de lubricación,

recinto acústico, bancada, virador, etc.

Compresor:

Su función consiste en comprimir el aire de admisión, hasta la presión indicada

para cada turbina, para introducirla en la cámara de combustión. Su diseño es

principalmente axial y necesita un gran número de etapas, alrededor de 20

para una razón de compresión de 1:30, comparada con la turbina de

expansión.

Su funcionamiento consiste en empujar el aires a través de cada etapa de

alabes por un estrechamiento cada vez mayor, al trabajar en contra presión es

un proceso que consume mucha energía, llegando a significar hasta el 60% de

la energía producida por la turbina. Para disminuir la potencia necesaria para

este proceso, puede optarse por un diseño que enfríe el aire en etapas

intermedias, favoreciendo su compresión, aunque reduce la eficiencia de la

turbina por la entrada más fría del aire en la cámara de combustión.

El control de la admisión de aire en el compresor puede realizarse según dos

posibilidades.

Turbinas monoeje: El compresor siempre gira a la misma velocidad, que

viene dada por el generador, y por lo tanto absorbe la misma cantidad de aire.

El trabajo para comprimir ese aire es el mismo, tanto si trabajamos a carga

máxima como si trabajamos a cargas más bajas, y por lo tanto producimos

menos potencia. En este caso las primeras etapas diseñan con geometría

variable, dejando pasar más o menos aire según su posición relativa, y por lo

tanto consumiendo menos potencia.

Turbinas multieje: En este caso como la velocidad de giro del compresor es

independiente del generador, la velocidad de rotación del compresor puede

regularse para una admisión adecuada de aire para cada momento.

Cámara de combustión:

A pesar de los distintos tipos de cámaras de combustión todas ellas siguen un

diseño general similar.

Cuanto mayor sea la temperatura de la combustión tanto mayor será la

potencia que podamos desarrollar en nuestra turbina, es por ello que el diseño

de las cámaras de combustión está enfocado a soportar temperaturas

máximas, superiores a los 1000 ºC, mediante recubrimientos cerámicos, pero a

su vez evitar que el calor producido dañe otras partes de la turbina que no está

diseñadas para soportar tan altas temperaturas.

Están diseñadas mediante una doble cámara:

Cámara interior: Se produce la mezcla del combustible, mediante los

inyectores, y el comburente, que rodea y accede a ésta mediante distribuidores

desde la cámara exterior en 3 fases. En la primera se da la mezcla con el

combustible y su combustión mediante una llama piloto, en el paso posterior se

introduce una mayor cantidad de aire para asegurar la combustión completa, y

por último y antes de la salida de los gases a la turbina de expansión se

introduce el resto del aire comprimido para refrigerar los gases de escape y que

no dañen las estructuras y equipos posteriores.

Cámara exterior: Se ocupa de recoger el comburente, aire, proveniente del

compresor, hacerlo circular por el exterior de la cámara interior para refrigerar

los paneles cerámicos, y a su vez distribuir la entrada de aire a la cámara

interior de forma adecuada.

Turbina de expansión:

Está diseñada para aprovechar la velocidad de salida de los gases de

combustión y convertir su energía cinética en energía mecánica rotacional.

Todas sus etapas son por lo tanto de reacción, y deben generar la suficiente

energía para alimentar al compresor y la producción de energía eléctrica en el

generador. Suele estar compuesta por 4 o 5 etapas, cada una de ellas

integrada por una corona de alabes con un adecuado diseño aerodinámico,

que son los encargados de hacer girar el rotor al que están unidos

solidariamente. Además de estos, hay antes de cada etapa un conjunto de

alabes fijos sujetos a la carcasa, y cuya misión es redireccionar el aire de salida

de la cámara de combustión y de cada etapa en la dirección adecuada hasta la

siguiente.

Los alabes deben estar recubiertos por material cerámico para soportar las

altas temperaturas, además, un flujo de aire refrigerador proveniente del

compresor los atraviesa internamente, saliendo al exterior por pequeños

orificios practicados a lo largo de toda su superficie.

Carcasa:

La carcasa protege y aisla el interior de la turbina pudiéndose dividir en 3

secciones longitudinales:

Carcasa del compresor: Está compuesta por una única capa para soporte

de los alabes fijos y para conducción del aire de refrigeración a etapas

posteriores de la turbina de gas.

Carcasa de la cámara de combustión: Tiene múltiples capas, para

protección térmica, mecánica y distribución de aire para las 3 fases en que se

introduce el aire en la combustión.

Carcasa de la turbina de expansión: Cuenta al menos con 2 capas, una

interna de sujeción de los alabes fijos y otra externa para la distribución del aire

de refrigeración por el interior de los alabes. Debe también de proveer

protección térmica frente al exterior.

Otros componentes de la turbina de gas:

Casa de filtros: Se encarga del filtrado del aire de admisión que se

introduce al compresor, se componen de 2 primeras fases de filtrado grosero, y

una última con filtro de luz del orden de las 5 micras. En este proceso se puede

aplicar diferentes tecnologías para aumentar la humedad y disminuir la

temperatura del aire.

Cojinetes: Pueden ser radiales o axiales, según sujeten el desplazamiento

axial o el provocado por el giro del eje. En ambos casos la zona de contacto

esta revestida por un material especial antifricción llamado material Babbit, el

cual se encuentra su vez lubricado. En los cojinetes axiales el contacto se

realiza en un disco anillado al eje y se montan con un sensor de

desplazamiento longitudinal, y en los radiales el contacto es directamente sobre

el eje y se utilizan 2 sensores de desplazamiento montados en ángulo para

detectar vibraciones.

Sistema de lubricación: Puede contener hasta 10.000 litros de aceite en

grandes turbinas de generación eléctrica, su misión es tanto el refrigerar como

mantener una película de aceite entre los mecanismos en contacto. El sistema

de lubricación suele contar con una bomba mecánica unida al eje de rotación,

otra eléctrica y otra de emergencia, aunque en grandes turbinas desaparece la

turbina mecánica por una turbina eléctrica extra. Entre sus componentes

principales están el sistema de filtros, el extractor de vahos inflamables,

refrigerador, termostato, sensor de nivel, presostato, etc.

Recinto acústico: Recubre todos los sistemas principales de la turbina, y su

función es aislarla de las inclemencias del tiempo y a su vez aislar al exterior

del ruido. Debe contar con un sistema contra incendios y de ventilación.

Bancada: Se construye en cemento para soportar la estructura de la turbina,

con una cimentación propia para que no se transmitan las vibraciones propias

del funcionamiento de la turbina al resto de los equipos de la planta.

Virador: El sistema virador consiste en un motor eléctrico o hidráulico

(normalmente el segundo) que hace girar lentamente la turbina cuando no esta

en funcionamiento. Esto evita que el rotor se curve, debido a su propio peso o

por expansión térmica, en parada. La velocidad de este sistema es muy baja

(varios minutos para completar un giro completo de turbina), pero se vuelve

esencial para asegurar la correcta rectitud del rotor. Si por alguna razón la

turbina se detiene (avería del rotor, avería de la turbina, inspección interna con

desmontaje) es necesario asegurar que, antes de arrancar, estará girando

varias horas con el sistema virador.

2.2.3 Clasificación de las turbinas de gas:

Turbina de gas Aero derivadas: Provienen del diseño de turbinas de para

fines aeronáuticos, pero adaptadas a la producción de energía eléctrica en

plantas industriales o como micro turbinas. Sus principales características son

su gran fiabilidad y su alta relación potencia/peso, además cuentan con una

gran versatilidad de operación y su arranque no es una operación tan crítica

como en otros tipos de turbinas de gas. Pueden alcanzar potencias de hasta 50

MW, moviendo los gases a una gran velocidad, pero bajo caudal. Su compacto

diseño facilita las operaciones de sustitución y mantenimiento, lo que hace

viable que se lleven a cabo revisiones completas en menores intervalos de

tiempo.

Turbina de gas industrial: La evolución de su diseño se ha orientado

siempre a la producción de electricidad, buscándose grandes potencias y

largos periodos de operación a máxima carga sin paradas ni arranques

continuos.

Su potencia de diseño puede llegar a los 500 MW, moviendo grandes

cantidades de aire a bajas velocidades, que pueden aprovecharse en

posteriores aplicaciones de cogeneración. Su mantenimiento debe realizarse in

si-tu debido a su gran tamaño y peso, buscándose alargar lo más posible en el

tiempo las revisiones completas del equipo.

Turbina de cámara de combustión tipo silo: En estos diseños la cámara

aparece dispuesta sobre la parte superior de la turbina. Los inyectores se

instalan atravesando el techo superior de la cámara, y los gases de escape

llegan a la turbina de expansión por una abertura inferior conectada a ésta. Su

diseño no está muy expandido, y se restringe a turbinas de H2 y otros

combustibles experimentales.

Turbina de cámara de combustión anular: En este caso la cámara

consiste en un cilindro orientado axialmente instalado alrededor del eje. Tiene

un único tubo de llama y entre 15 y 20 inyectores. Consiguen una buena

refrigeración de los gases de combustión y bajas perdidas de carga, aunque su

distribución de temperaturas y mezcla combustible/comburente es menos

uniforme que en cámaras tuboanulares. Este diseño se utiliza por los

fabricantes Alstom y Siemens, y en general en turbinas aeroderivadas.

Turbina de cámara de combustión tubo anular: Una serie de tubos

distribuidos alrededor del eje de forma uniforme conforman este diseño de

cámara de combustión. Cada una posee un único inyector y bujía. Tienen

mejor resistencia estructural que las anulares, pero menor rendimiento y mayor

peso. Además si una de ellas deja de funcionar y no es detectado, pueden

producirse grandes diferencias de temperaturas en la estructura. La pieza de

transición, que es la que recoge todos los gases de combustión para dirigirlos a

la turbina de expansión, es una parte delicada de la instalación. Esta tecnología

es utilizada en sus diseños por Mitshubishi y General Electric.

Turbina monoeje: El compresor, turbina de expansión y generador giran de

forma solidaria con un único eje de rotación. La velocidad de giro es en la

inmensa mayoría de los casos de 3000 rpm, forzado por la frecuencia que debe

tener el rotor del generador eléctrico al verter a la red general (50 Hz). Es el

diseño usual en las grandes turbinas comerciales de generación eléctrica.

Turbina multieje: La turbina de expansión se encuentra dividida en 2

secciones, la primera o turbina de alta presión, se encuentra unida al

compresor axial al que proporciona la potencia necesaria para su

funcionamiento. La segunda sección comparte eje con el generador,

aprovechándose la energía transmitida en la generación de electricidad. Esta

tecnología es utilizada en aeroderivadas y turbinas de pequeña potencia, y

ofrece un mejor comportamiento frente a variaciones de carga.

2.2.4. Rendimiento de Turbinas de Gas:

Una turbina de gas simple está compuesta de tres secciones principales: un

compresor, un quemador y una turbina de potencia. Las turbinas de gas operan

en base en el principio del ciclo Brayton, en donde aire comprimido es

mezclado con combustible y quemado bajo condiciones de presión constante.

El gas caliente producido por la combustión se le permite expandirse a través

de la turbina y hacerla girar para llevar a cabo trabajo. En una turbina de gas

con una eficiencia del 33%, aproximadamente 2/3 del trabajo producido se usa

comprimiendo el aire. El otro 1/3 está disponible para generar electricidad,

impulsar un dispositivo mecánico, etc.

Una variación del sistema de turbina simple (Brayton) es el de añadir un

regenerador. El regenerador es un intercambiador de calor que aprovecha la

energía de los gases calientes de escape al precalentar el aire que entra a la

cámara de combustión. Este ciclo normalmente es utilizado en turbinas que

trabajan con bajas presiones. Ejemplos de turbinas que usan este ciclo son: la

Solar Centaur de 3500 hp hasta la General Electric Frame 5 de 35000 hp.

Las turbinas de gas con altas presiones de trabajo pueden utilizar un

interenfriador para enfriar el aire ente las etapas de compresión, permitiendo

quemar más combustible y generar más potencia. El factor limitante para la

cantidad de combustible utilizado es la temperatura de los gases calientes

creados por la combustión, debido a que existen restricciones a las

temperaturas que pueden soportar los alabes de la turbina y otras partes de la

misma. Con los avances en la Ingeniería de los materiales, estos límites

siempre van aumentando. Una turbina de este tipo es la General Electric

LM1600 versión marina.

2.2.6. Beneficios de las turbinas de gas:

Comparativamente bajos costos de instalación por MW de salida.

Incrementa la disponibilidad de gas natural como contratos de bajo precio.

Incremento en la demanda para aplicación de capacidad pico en marcados

combinados.

La más alta eficiencia en turbinas aeroregenerativas.

La posibilidad de ubicar e instalar unidades de 1,7 a 40 MW ( o más

grandes) en semanas o meses, no años