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. En este artículo prestaremos atención a
su papel
como
productor comercial de eléctricidad., ya sea de forma
independiente,
en cogeneración junto con turbinas de vapor, o en
diseños
híbridos
con otras tecnologías renovables.
Pueden
clasificarse
según el origen de su desarrollo, por el diseño
de su
cámara de
combustión y por su número de ejes.
-Turbina
de gas aeroderivadas:
Provienen
del diseño de turbinas de para fines
aeronáuticos, pero
adaptadas a
la producción de energía eléctrica en
plantas
industriales o como
microturbinas. 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
acabo
revisiones completas en menores intervalos de tiempo.
-Turbina
de gas industriales:
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 mas 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 esta 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 al rededor 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 tuboanular: Una
serie de tubos distribuidos al rededor 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.
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