Turbina a Gas

JJGL

Facilitador Juan José González López

[email protected]

INTRODUCCION AL FUNCIONAMIENTO DE

TURBINAS DE GAS

UNIVERSIDAD DEL ZULIA

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE MECANICA

DEPARTAMENTO DE ENERGIA

1

JJGL

INTRODUCCION AL FUNCIONAMIENTO DE TURBINAS DE GAS JULIO 2009

2

• Introducción, la energia su uso y formas de generarla

• La turbina de gas, clasificación.

• Turbina de gas para generar potencia, ciclos

termodinámicos.

• Efectos de las condiciones ambientales en el

funcionamiento de las turbinas de gas.

• Componentes de las turbinas de gas.

• Evolución de las turbinas de gas.

• Funcionamiento fuera de diseño.

• Aspectos de mantenimiento.

PROGRAMACION

JJGL


3

FORMAS DE GENERACION DE POTENCIA

JJGL


4

JJGL


5

JJGL


6

JJGL


7


JJGL


8


JJGL


9


JJGL


10


JJGL


11


JJGL


12

CL

AS

IFIC

AC

IÓN

DE

LA

S T

UR

BIN

AS

DE

GA

S

AP

LIC

AC

IÓN

EN

AV

IAC

IÓN

A

PL

ICA

CIÓ

N

IND

US

TR

IAL

TURBOHELICE

TURBOREACTOR

TURBOFAN

INDUSTRIAL PESADA

INDUSTRIAL LIVIANA

y MICROTURBINAS

AERODERIVADOS

JJGL


CLASIFICACIÓN SEGÚN EL TIPO DE EJE

UN SOLO EJE EJE PARTIDO

JJGL


PR

ES

ION

VOLUMEN

1

2

3 Pmax

Pat

4

TE

MP

ER

AT

UR

A

ENTROPIA

1

2

3 Tmax

Tmin

4

QU

EM

AD

OR

C

OM

PR

ES

OR

2

1

2

2122-12-1 CC2

1hhWQ

12122-1 TT*CphhW-

2

2

2

3233-23-2 CC2

1hhWQ

23 TT*Cp 233-2 hhQ

TU

RB

INA

2

3

2

4344-34-3 CC2

1hhWQ

43434-3 TT*CphhW

23

1243

C

ct

TT

TTTT

Q

WW

η

1

TRABAJO

NETO COMPRESOR

TURBINA

4

QUEMADOR

Turbina de gas Ciclo Simple

1

TRABAJO

NETO COMPRESOR

TURBINA

4

QUEMADOR

2 3

Tmax Tmin

JJGL


BAJA

_

T

ALT

BAJA

ALT

BAJAALT

ALT

ct

Q

Q

Q

QQ

Q

WW

1η

TE

MP

ER

AT

UR

A

ENTROPIA

1

2

3 Tmax

Tmin

4

23

3

2COB

_

23COB

_3

2

ALTss

Tds

T ssT TdsQ

14

4

1BAJA

_

14BAJA

_4

1

BAJAss

Tds

T ssT TdsQ

ALT

_

BAJA

_

23ALT

_14BAJA

_

ALT

BAJA

T

T

ssT

ssT

Q

Q

111η

ALT

_

T

JJGL


PR

ES

ION

VOLUMEN

1

3

4 4

TE

MP

ER

AT

UR

A

ENTROPIA

1

4

23

14

23

1423

TT

TT1

TT

TTTT

η

γ

γη

1

121

2

2

32

1

41

PP

11

TT

11

1T

T*T

1T

T*T

11

1

2

1

2

T

T

P

P

1

4

3

4

3

T

T

P

P

2

3

1

4

4

3

1

2

4

3

1

2

T

T

T

T

T

T

T

T

P

P

P

P

Y

2

2

3 3 3 3 3 3 3 3 3

1

TRABAJO

NETO COMPRESOR

TURBINA

4

QUEMADOR


1

TRABAJO

NETO COMPRESOR

TURBINA

4

QUEMADOR

2 3

3 Tmax

Pmax

Pat

Tmin

JJGL


BAJA

_

T

ALT

BAJA

ALT

BAJAALT

ALT

ct

Q

Q

Q

QQ

Q

WW

1η

TE

MP

ER

AT

UR

A

ENTROPIA

1

2

3 Tmax

Tmin

4

23

3

2COB

_

23COB

_3

2

ALTss

Tds

T ssT TdsQ

14

4

1BAJA

_

14BAJA

_4

1

BAJAss

Tds

T ssT TdsQ

ALT

_

BAJA

_

23ALT

_14BAJA

_

ALT

BAJA

T

T

ssT

ssT

Q

Q

111η

ALT

_

T

JJGL


JJGL


PROCESO ECUACIONES

ISOMETRICO

ISOBARICO

ISOTERMICO

TE

MP

ER

AT

UR

A

ENTROPIA

1

2

PR

ES

ION

VOLUMEN

1

2

5511 *P*PCONST*P1

5

5

1

P

P

CONSTT

R

P

1

4

1

4

T

T

1

3

1

3

3

3

1

1

T

T

P

P

P

T

P

T

P

TCONST

5

3

4

3

4

5

JJGL


TE

MP

ER

AT

UR

A

ENTROPIA

1

2

3

4

γγη

1

r

11

La eficiencia solo depende de la relación de

presión y del coeficiente de expansión

isentrópica g

EF

ICIE

NC

IA

Relación de presión r

1

TRABAJO

NETO COMPRESOR

TURBINA

4

QUEMADOR


1

TRABAJO

NETO COMPRESOR

TURBINA

4

QUEMADOR

2 3

Tmax

Tmin

JJGL


3

TE

MP

ER

AT

UR

A

ENTROPIA

1

2

Tmax

4

1243N TTCpTTCpW

1

P

P

PP

11*

T

T

T*Cp

W

1

2

431

3

1

N

γγ

γγ

1

1

1

3

T

Tt

4

3

1

2

P

P

P

Pr

1234N AreaW

1r

r

11*t

T*Cp

W

1

N

γγ

γγ

1

1

El trabajo neto depende las

temperaturas máxima y mínimas y

de las propiedades del Cp y g del

fluido de trabajo

El trabajo neto específico depende

de relación de temperatura máxima

y mínima t

1

TRABAJO

NETO COMPRESOR

TURBINA

4

QUEMADOR


1

TRABAJO

NETO COMPRESOR

TURBINA

4

QUEMADOR

2 3

Tmin

JJGL


3

TE

MP

ER

AT

UR

A

ENTROPIA

1

2

Tmax

Tmin

4

0W

1r

0W 1tr

1rr

11*t

T*Cp

W

1

N

γγ

γγ

1

1

Para cada valor de t constante se tiene que:

1tr

12maxW tr

W n

/Cp

T1


W=> 0 cuando r=> 1

W=>0 cuando

W=Wmax cuando

maxW

1

TRABAJO

NETO COMPRESOR

TURBINA

4

QUEMADOR


1

TRABAJO

NETO COMPRESOR

TURBINA

4

QUEMADOR

2 3

JJGL


1243N TTCpTTCpW

ENTROPIA

3

TE

MP

ER

AT

UR

A

1

2

Tmax

Tmin

4

5

x

1

2 3

4

5

x

43

12

x3

1243

TT

TT1

TTCp

TTCpTTCp

η

t

r1

t

TT1

TT1t

1TT1

TT1T

1TTT1

1

12

21

12

343

121

γγ

η

x3 TT*CpQ

Ciclo Simple con Regeneración

JJGL


1243N TTCpTTCpW

Cuando r => 1 h=1-1/t i.e.

la eficiencia de Carnot

ENTROPIA

3

TE

MP

ER

AT

UR

A

1

2

Tmax

Tmin

4

5

x

1

2 3

4

5

x

t

r1

t

TT1

1

12

γγ

η

x3 TT*CpQ

Cuando eficiencia

es igual a la eficiencia del ciclo sin

regeneración

1*2tr

Cuando la

regeneración no es aplicable

1*2tr


Efi

cie

ncia


2’

3’

4’

JJGL


6

6543t TTCpTTCpW

i54 PPP max53 TTT

γγγγ 11

miniimax

maxPP

1

PP

12CpTW

ENTROPIA 7443o TTCpTTCpW

to6574 WWTTTT

6

5

4

3

P

P

P

P

64

6

5

4

3 TTT

T

T

T

γγ 21

r

11T*Cp*2TTCp*2W 343tmax

Expansión en una Turbina con recalentamiento

Desde Pmax Y Tmax Hasta una Pmin

Proceso de Expansión con Recalentamiento T

EM

PE

RA

TU

RA

3 Tmax 5

4

7

Pmax

Pmin

Pi

Para que el trabajo sea máximo

2

min

i

min

max

66

i

i

3

6 P

P

P

P

P

1

P

P

P

P

P

1

JJGL


5

6

3

TE

MP

ER

AT

UR

A

ENTROPIA

1

2

4

1

3

T

Tt


Efi

cie

nc

ia

W n

/Cp

T1

43tmax TTCp*2W

1243N TTCpTTCp*2W

4523 TTCpTTCpQ

4323

1243

TTTT

TTTT*2η

Ciclo de Recalentamiento 1

2 4

6

3 5

Tmax

Tmin

JJGL


3

TE

MP

ER

AT

UR

A

ENTROPIA

1

2

4

La eficiencia de este ciclo es

normalmente más alta que la del ciclo

simple y la del ciclo simple con

regeneración

El trabajo neto específico es igual

al del ciclo de recalentamiento

5

6

x


Efi

cie

ncia

1243N TTCpTTCp*2W

4345x3 TT*Cp*2TT*CpTT*CpQ

43

12

43

1243

TT*2

TT1

TT*2

TTTT*2

η

1

2 x 3

4 5

6

Ciclo de Recalentamiento y Regeneración

Tmax

Tmin

JJGL


2b

i2b2a PPP min2b1 TTT

ENTROPIA

Wc Es mínimo cuando Pi =(P2*P1) .5

.5

1

2

2b

2c

1

2a

P

P

P

P

P

P

2c2a

2b

2c

1

2a TTT

T

T

T

γ21γ

min

max112ac

P

P*T*2CpTTCp*2W

Compresión con interenfriamiento

Desde Pmin Y Tmin Hasta una Pmax

Compresión con interenfriamiento

Proceso de

Compresión con Interenfriamiento

TE

MP

ER

AT

UR

A

Tmin 1

2

2a 2c

Pmax

Pmin

Pi

2b2c12ac TTCpTTCpW

1T

T1

TT

CpTWmin

2c

min

2aminc

2P

P

P

PCpTW

γ1γ

i

max

γ1γ

min

iminc

2a212aco TTCpTTCpW

JJGL


2b

3

TE

MP

ER

AT

UR

A

ENTROPIA

1 Tmin

4

12a43N TTCp*2TTCpW

El trabajo neto específico depende de relación

de temperatura máxima y mínima t y de las

propiedades del Cp y g del fluido de trabajo

2a 2c

1

2a 2b

2c

3

4

γγ 21

1

2112ac

P

P*T*2CpTTCp*2W

2c3 TT*CpQ

2c3

12a43

TT

TT2TT

η

Ciclo Interenfriamiento

Tmax

JJGL


3

TE

MP

ER

AT

UR

A

ENTROPIA

1 Tmin

4 2a

2b

2c

x

1

2a 2b

2c 3

4 x

12a43N TTCp*2TTCpW

γγ 21

1

2112ac

P

P*T*2CpTTCp*2W

43 TT*CpQ

43

12a

43

12a43

TT

TT21

TT

TT2TT

η

Ciclo Interenfriamiento y Regeneración

Tmax

JJGL


3

TE

MP

ER

AT

UR

A

ENTROPIA

1

2

Tmax

Tmin

4

5

6

2a

2b

2c

γγ 21

1

2112ac

P

P*T*2CpTTCpγ*2W

γγ 21

r

11T*Cp*2TTCp*2W 343tmax

432c3 TTCpTTCpQ

1

2a 2b

2c

3

4

5

6

T4TTT

TTTT

32a3

12a43η

Ciclo Interenfriamiento y Recalentamiento

Tmax

JJGL


3

TE

MP

ER

AT

UR

A

ENTROPIA

1

2a

Tmin

4

1243N TTCp*2TT2CpW

1234N AreaW 5

6 x

1

2a 2b

2c 3

4 5

6 x

2b

2c

43 TTCp*2Q

43

12a

43

12a43

TT

TT1

TT

TTTT

η

t

r1

TT1t

1TT1

34

12a

γγ

η21

Ciclo Interenfriamiento, Recalentamiento y Regeneración

Tmax

JJGL


El funcionamiento del ciclo real difiere del ideal por las siguientes razones:

a)Debido a que las velocidades en las turbomáquinas son elevadas, el cambio de energía cinética no

siempre se puede despreciar en el balance de energía de cada componente. Para considerar los

términos de energía cinética se uso la definición de entalpía de estancamiento o de parada.

b)Los procesos de expansión y compresión en las turbomáquinas son irreversibles por lo que difieren del

proceso ideal, deben ser modelados usando la eficiencia correspondiente.

c)La fricción del fluido provoca perdidas de presión en los ductos de interconexión en los componentes y

en equipos que idealmente se consideran a presión constante, como los intercambiadores y cámaras de

combustión.

d)Los intercambiadores de calor se deben considerar diferencias de temperatura, lo que origina que el

intercambiador no sea 100% efectivo.

e)Se deben considerar las perdidas originadas en los acoplamientos y rodamiento de los ejes y cojinetes

además de la potencia consumida por los equipos auxiliares.

f)La suposición de un fluido de trabajo como gas perfecto no es realista ya que su Cp varia como función

de la temperatura y la composición.

g)Para la evaluación de la eficiencia del ciclo, no es valida la idealización del intercambiador de calor con

la fuente de alta temperatura, es necesario considerar que no todo el calor aportado por el combustible

es usado para el incremento de la temperatura del fluido de trabajo, además la composición cambia

después del proceso en la cámara, sin embargo la suposición de flujo másico constante se considera

valida para cálculos preliminares, ya que el aumento de la masa en la turbina se ve compensado por la

sangría en el compresor por efecto de enfriamiento de los discos y los álabes de la turbina .

Medios para considerar las irreversibilidades en los componentes

JJGL


2Chh 20

h0 es la entalpia de estancamiento

h es la entalpia estática

C es la velocidad del fluido

Para un gas perfecto

2CpCTT 2

0 T0 es la Temperatura de

estancamiento

T es la Temperatura estática

C es la velocidad del fluido

Condiciones de estancamiento T

EM

PE

RA

TU

RA

ENTROPIA

T0

Ti

C2/2

Cp

Para conocer el orden de magnitud de la temperatura

dinámica en el aire

C=100 m/s. =>

K5)kgK/(kJ*005.1*2

sm100

Cp2

C 2

222

i

0

Ecuación de la energía para flujo permanente, adiabático y sin trabajo

desde un pto. i con velocidad C a un pto. 0 sin velocidad

0CC2

1hhWQ 2

i

2

0i00-i0-i

JJGL


Condiciones de estancamiento (presión)

TE

MP

ER

AT

UR

A

ENTROPIA

T0

T

C2/2

Cp

1

γγ

T

T

P

P 00

12

0

1*

P*2

C*1*PP

γγ

γ

γρ

γ

γρ 1*

P*2

C*1

C*2*T

C1

T

C*2CT

T

T 2

p

2p

2

0

1

RC p

T Rρ

P

JJGL


Condiciones de estancamiento Presión de estancamiento y Presión dinámica

TE

MP

ER

AT

UR

A

ENTROPIA

T0

T

C2/2

Cp

/2C*ρPP 2*

0

De la ecuación de Bernoulli (Presión dinámica incompresible)

Para C= velocidad del sonido

RTCRTC 25.0

1.8929*RT*2

RT*ρ

P

P0

1γγ

γρ

1.7RT)/(2*RT1/(2P)C*1P

P 2*

0 ρργρ

11

γγ

γ

γ*

P*2

C*ρ1

P

P 2

0

JJGL


2

TE

MP

ER

AT

UR

A

1

01

02’

02

CpC 22

1

Cp2C21

Proceso real de Compresión

0102

0102'

0

ossc

TTCp

TTCp

h

h

η

sc

r

11

010102

TTT

2

1

2

2122-12-1 CC2

1hhWQ 0102 TThhW 01022-1 Cp

Cp

hosCp

h0

ENTROPIA

JJGL


03

'0403

0403

0

0

TTCp

TTCp

h

h

s

ltotal/tota

γγltotal/totaη1

04

03

030403

P

P

11T*TT

3

4

4

TE

MP

ER

AT

UR

A

04’

3

4

Cp2C 23

04

Cp2C24

T03-T

04

Proceso real de Expansión Salida a la atmosfera

4’

'403

0403

s

0estatica/total

TTCp

TTCp

h

h

1

4

03

03/0403

P

P

11T*TT estaticatotal

T03-T

04’

T03-T

4’

2

3

2

4344-34-3 CC2

1hhWQ 040304034-3 TThhW Cp

ENTROPIA

La energía cinética del escape es perdida Se dispone de dispositivos que usan la energía

Cinética del escape

JJGL


4

4

5

difusor

TE

MP

ER

AT

UR

A

4

5

04 05

CpC 22

5

CpC 22

4

Proceso real de Expansión Con Difusor

Aplicando primera ley al difusor

0CC2

1hhWQ 2

4

2

5455-45-4

0405 hh

0CACA 54

5454 CCAA

ENTROPIA

P05P4

=T05´ T4

𝛾𝛾−1

= 1 −

T05´ − T4T4

𝛾𝛾−1

𝞰𝑖𝑑 =T05´ − T4T04 − T4

=> T05´ − T4 = 𝞰𝑖𝑑 T04 − T4

T04 − T4 =C42

2 Cp

= 1 − 𝞰C42

2CpT4

γγ−1

𝐓𝟎𝟓´

𝞰𝑑 =P05 − P4P04 − P4

= 𝞰𝑖𝑑

JJGL


3

4

4

5

difusor

3

4

4

TE

MP

ER

AT

UR

A

4’

3

03

4

Cp2C 23

5

04 05

CpC 22

4

T03-T

04

T03-T

04

04’

CpC 22

5

CpC 22

4


ENTROPIA

JJGL


3

4

4

5

TE

MP

ER

AT

UR

A

4’

3

03

4

Cp2C 23

Cp2C25

5

04 05 difusor

T03-T

04

04’

T03-T

04’

'0403

0403

s0

0

TTCp

TTCphh

ltotal/tota

γγltotal/totaη1

04

03

030403

P

P

11T*TT

4'03

0403

s

0

TTCp

TTCp

h

h

estaticatotal/

γγticatotal/estaη1

4

03

030403

P

P

11T*TT

CpC 22

4

T03-T

4’


ENTROPIA

JJGL


3

4

4

5

TE

MP

ER

AT

UR

A

ENTROPIA

4’

3

03

4

Cp2C 23

Cp2C25

04 05

difusor

T03-T

04

05’

T03-T

05’

05'03

0403

0s

0

TTCp

TTCphh

ltotal/totaη

γ1γ

at

03

03ltotal/tota0403

P

P

11T*TT η

4'03

0403

s

0

TTCp

TTCp

h

h

estaticatotal/

γγticatotal/estaη1

4

03

030403

P

P

11T*TT

CpC 22

4

T03-T

4’


JJGL


'3T

Relación entre la eficiencia global y la eficiencia de una etapa

Proceso real de Compresión

4321ab ΔTΔTΔTΔTTTΔT

'

4

'

3

'

2

'

1

n

1i

'

ia

'

b ΔTΔTΔTΔTΔTTTΔT'

n

i

i

1

TT

i

'

i

ΔT

ΔTi 4321 i

'

4

'

3

'

2

'

1

'

4

'

3

'

2

'

1 ΔTΔTΔTΔT1ΔTΔTΔTΔT

ΔT iηηηηη 4321

ΔT

ΔT '

total '

4

'

3

'

2

'

1 ΔTΔTΔTΔTΔT

1i<

ENTROPIA

a

b

b’

2T

1T

3T

4T

'1T

'2T

'4T

'T

T

ΔT

ΔT '

total

TE

MP

ER

AT

UR

A

JJGL


b

a

'3T

Relación entre la eficiencia global y la eficiencia de una etapa

Proceso real de Expansión

4321ba ΔTΔTΔTΔTTTΔT

'4

'3

'2

'1

n

1i

'i

'ba TTTTTTT'T

n

i 1

iTT

'

iΔT

ΔTi 4321 i

'4'3

'2

'1i TTTTT

'T

Ttotal

'4'

3

'

2

'

1 TTTT

Tηi

>

ENTROPIA

b’

2T

1T

3T

4T

'1T

'2T

'4T

' ΔT T

'totalT

T

'44

'33

'22

'11 T*T*T*T*T

TE

MP

ER

AT

UR

A

JJGL


P

dP*

γ

1γ*TdT '

'dT

RTP ν

CPν

Ecuación de estado

Proceso isentrópico

P

RTν

CP

RTP

CRTP γγ-1

γγ

γ-1

1

CRTP

γγ

γ- 11

CLnRTLnPLn

Rγ

γ γ1

1 CLnTLnPLn 0T

dT

P

dP

γ

γ1 '

P

dP

γ

1-γ

T

dT '

T

'dTT

PROCESO COMPRESION INFINITESIMAL ISENTROPICA PARA UN GAS PREFECTO

Aplicando logaritmo

DERIVANDO

JJGL


dT

dT '

c

P

dP*

1*TdT

P

dP)

1(

T

dT ''

P

dP*

1

T

dT*

dT

P

dP*

1*T

cc

γ

γ

P

dP*

11

T

dT

c

'dTdT

PROCESO COMPRESION INFINITESIMAL REAL PARA UN GAS PREFECTO

JJGL


P

dP*

11

T

dT

c

2

1

2

1

*11

P

dP

T

dT

c

c

11

1

2

1

2

PP

TT

1

1

11

1

2

1

1

2

c

PP

PP

c

1

TT

1T

T

TT

TT

1

2

1

'

2

12

1

'

2

)/TLn(T

)/PLn(P

12

12

1

c

PROCESO COMPRESION REAL PARA UN GAS PREFECTO

c

11

1

2

1

2

PP

LnT

TLn

1

2

ENTROPIA

TE

MP

ER

AT

UR

A

2´

JJGL


'dT

dTexp

P

dPTdT

P

dP

T

dT'

*1

*)1

( '

T

dT

P

dP*

P

dP*T

dT

1

*1

expexp

'dTdT

PROCESO EXPANSION INFINITESIMAL REAL PARA UN GAS PREFECTO

JJGL


4

3

exp

4

3

*1

P

dP

T

dT

1exp

)/PLn(P

)/TLn(T

43

43

PROCESO EXPASION REAL PARA UN GAS PREFECTO

4

3

ENTROPIA

TE

MP

ER

AT

UR

A

T

dT

P

dP*

1exp

exp

1

4

3

4

3

PP

TT

1

43

1

43

3

'

4

34

'

43

43exp

/

11

/

11

/1

/1

exp

PP

PP

TT

TT

TT

TT

exp

1

3

4

3

4

PP

LnT

TLn

4´

JJGL


Variación de la eficiencia Isentrópica de Compresor y Turbina

respecto de la relación de presión para una eficiencia politrópica de 85%

JJGL

INTRODUCCION AL FUNCIONAMIENTO DE TURBINAS DE GAS JULIO 2009 Cp=Cv+R

Cp/Cv=g Cp= gR/(g-1)

Aire:

Cpa = 0.24 Btu/(lbm R) o 1.005 kJ/(kg K)

g= 1.4 => g/(g- 1) = 3.5

Raire=0.287kJ/(kg K)

Gas de Combustión :

Cpg = 0.2744 Btu/(lbm R) o 1.148 kJ/(kg K)

g= 1.333 => g/(g- 1) = 4.0

Raire =8.3143

kJkgmol ∗ K

28.97kg

kgmol

= 0.287kJ

kg ∗ K = 0.287

kPas ∗ 𝑚3

kg ∗ K

JJGL


GAS Cp y Cv (kJ/kg K) Cp y Cv (kJ/m3 K)

Oxígeno Cp = 0.9203 + 0.0001065 T Cp = 1.3138 + 0.00015777 T

Cv = 0.6603 + 0.0001065 T Cv = 0.9429 + 0.00015777 T

Nitrógeno Cp = 1.024 + 0.00008855 T Cp = 1.2799 + 0.00011067 T

Cv = 0.7272 + 0.00008855 T Cv = 0.9089 + 0.00011067 T

Aire Cp = 0.9956 + 0.00009299 T Cp = 1.2866 + 0.0001201 T

Cv = 0.7058 + 0.00009299 T Cv = 0.9157 + 0.0001201 T

Vapor de agua Cp = 1.833 + 0.0003111 T Cp = 1.4733 + 0.0002498 T

Cv = 1.3716 + 0.0003111 T Cv = 1.1024 + 0.0002498 T

CO2 Cp = 0.8654 + 0.0002443 T Cp = 1.699 + 0.0004798 T

Cv = 0.6764 + 0.0002443 T Cv = 1.3281 + 0.0004798 T

JJGL


Gas Masa

molecular

r kg/m3

AIRE (sin CO2) 28.9640 286.900 1.2930

AMONIACO 17.0310 488.100 0.7714

CO2 44.0000 188.800 1.9780

ARGÓN 39.9440 208.300 1.7840

ETILENO 28.0310 296.800 1.2605

HIDROGENO 2.0156 4.127 0.0899

HELIO 4.002 2.080 0.1785

METANO 16.0310 518.800 0.7168

NITRÓGENO 28.0160 2968.000 1.2505

CO 28.0000 297.000 1.2500

OXIGENO 32.0000 259.900 1.4290

Kkg

JR

*

JJGL


Valor Calorífico Inferior (LHV)

Combustible MJ/m3 para gases

MJ/kg para líquidos

Btu/ft3 para gases

Btu/lb para líquidos

GASES

Gas Natural 35.40 @ 39.12 950 @ 1050

Metano 33.94 911

Etano 60.77 1.631

Propano 87.67 2.353

Butano 115.54 3.101

Hidrogeno 10.17 273

Hydrogen sulphide 23.14 621

LIQUIDOS

Oil Diesel 45.36 19.500

Kerosen 41.87 18.000

Distilado 44.89 19.300

Crudo 44.66 19.200

JJGL


Tabla 2.1. Calor Especifico Cp como una función cúbica de la temperatura absoluta de 373 K a

1273 K Cp = a + bT + cT 2 + dT 3 kJ/(kgK)

Rel. Comb/aire a × 100 b × 10−4 c × 10−7 d × 10−10

0.0 0.99653 −1.6117 +5.4984 −2.4164

0.01 1.0011 −1.4117 +5.4973 −2.4691

0.02 1.0057 −1.2117 +5.4962 −2.5218

JJGL


Valores típicos para Cp y g de gases de Gases de Combustión

JJGL


0T298CpaHf)298T(Cpgf1 f2503

0)hfh()hm( f02a03ii

El combustible de referencia empleado en los cálculos es un

hidrocarburo liquido hipotético que contiene 13.92 % de H y

86.08% de C, por lo que la relación estequiométrica

combustible/aire es 0.068 y tiene un valor calorífico inferior es

de 43100 kJ/kg. Estas características se aproximan a una

kerosina.

JJGL

INTRODUCCION AL FUNCIONAMIENTO DE TURBINAS DE GAS JULIO 2009 Combustible/aire

Combustible/aire

ft=2.0443776e- 5*DT

+7.08072e-09*(DT*TE)

+4.5960214e-9*(DT^2)

Tdado para

Tdado para

real

teórico

f

fb

JJGL


1

TRABAJO

NETO COMPRESOR

TURBINA

4

QUEMADOR


1

TRABAJO

NETO COMPRESOR

TURBINA

4

QUEMADOR

2 3

Eficiencia y trabajo Específico del Ciclo Simple

JJGL


-17.78

537.78

1093.33

1648.89

Te

mp

era

tura

T03

°C

JJGL


3

TE

MP

ER

AT

UR

A

1

2

Tmin

4

5 x


Tmax

1

2 x

3 4

5

JJGL


Ciclo de Recalentamiento y Regeneración

JJGL


Comparación de ciclos prácticos Simple (a) y Regenerativo (b)

JJGL


JJGL


77

JJGL


78

JJGL


79

TURBINA

JJGL


80

MAPA ADIMENSIONAL DE COMPORTAMIENTO DE UNA TURBINA DE GAS

JJGL


81

CAMARAS DE COMBUSTION COMPONENTES

JJGL


82


JJGL


83


JJGL


84


JJGL


85


JJGL


86


JJGL


87


JJGL


88


JJGL


89


JJGL


90


JJGL


91


JJGL


92


JJGL


93

EVOLUCION DE LAS TG

CICLO COMBINADO

JJGL


94

EVOLUCION DE LAS TG

JJGL


95

EVOLUCION DE LAS TG

JJGL


96

Buscar

EVOLUCION DE LAS TG

JJGL


97

EVOLUCION DE LAS TG

JJGL


98

SITEMA DE ENFRIAMIENTO DE LOS ALABES DE LAS TURBINAS

JJGL


99

JJGL


100

EVOLUCION DE LAS TG

JJGL


101

EVOLUCION DE LAS TG

JJGL


102

EVOLUCION DE LAS TG

JJGL


103

JJGL


104

JJGL


105

MATERIALES EN LAS TURBINAS DE GAS

JJGL


106

EVOLUCION DE LAS TG

JJGL


107

EVOLUCION DE LAS TG

ACTUALIZACION DE UN MODELO

JJGL


108

EVOLUCION DE LAS TG

ACTUALIZACION DE UN MODELO

JJGL


109

MODIFICACIONES A LAS TURBINAS DE GAS: INYECCION DE AGUA

JJGL


110

LM6000PC No-VIGV Performance

SL 60% Rel Hum 5+v +10 losses Nat. Gas Water 25 ppm 3600 rpm

26000

28000

30000

32000

34000

36000

38000

40000

42000

44000

46000

48000

50000

52000

40 50 60 70 80 90 100 110

PC Model

SPRINT

Enhanced SPRINT

MODIFICACIONES A LAS TURBINAS DE GAS: INYECCION DE AGUA

JJGL


111

JJGL


112

JJGL


113

1) Regulador de velocidad;

2) Variador de velocidad

3) Pistón del inyector

4) Bomba principal

5) Compuerta de descarga

6) Orificio calibrado

7) Pulsador

8) Válvula de arranque

9) Alimentación del circuito

de seguridad

10) Embrague de

embalamiento

11) Botón de

enclavamiento

12) Desenclavamiento

manual

13) Relé de seguridad;

14) Válvula de seguridad

magnética

15) Termo elemento

16) Regulador de

temperatura

17) Salida engrase

alimentación;

18) Bomba de combustible

19) Termostato de

seguridad

20) Interruptor de presión

de aceite del circuito

de seguridad

SISTEMA DE CONTROL DE LAS TURBINAS DE GAS

JJGL


114

FUNCIONAMIENTO FUERA DE DISEÑO

JJGL


115

FUNCIONAMIENTO FUERA DE DISEÑO

JJGL


116

COMPORTAMIENTO EN ARRANQUES Y PARADAS

JJGL


117

COMPORTAMIENTO EN ARRANQUES Y PARADAS

JJGL


118

NOMENCLATURA DE GE

JJGL


119

JJGL


120

JJGL


121

JJGL


122

JJGL


123

JJGL


124

JJGL


125

JJGL


126

FACTOR DE MANTENIMIENTO SEGÚN TIPO DE COMBUSTIBLE

JJGL


127

JJGL


128

JJGL


129

JJGL


130

JJGL


131

JJGL


132

JJGL


133

JJGL


134

JJGL


135

JJGL


136

JJGL


137

JJGL


138

Números adimensionales de turbomáquinas

4/3

2/1

sgH

NQN

3D*N

Q Número de caudal

22 D*N

H*g Número de Energía

TRANSFERIDA

53DN

P Número de

Potencia = VELOCIDAD ESPECIFICA

RPM

= VELOCIDAD ESPECIFICA

RADIANES 4/3

2/1

sgH

Q

RT

ND # Mach

rotatorio

JJGL


139

Números adimensionales de turbomáquinas

4/3

2/1

sgH

Q

01

02

P

P

4/3

2/1

sgH

NQN

01

2

01

PD

RTm # de flujo

másico

Número de Energía

TRANSFERIDA

RT

ND # Mach

rotatorio = VELOCIDAD ESPECIFICA

RPM

JJGL


140

Turbina a Gas

Documents

Transcript of Turbina a Gas