De la Aire al Poder: Comprendiendo el Motor de Turbina a Gas

Principio de funcionamiento de la turbina de gas

El compresor, impulsado por la turbina, absorbe continuamente aire de la atmósfera y lo comprime, aumentando su presión. El aire comprimido entra en la cámara de combustión, se mezcla con el combustible inyectado y quema. Después de convertirse en gas de combustión a alta temperatura, fluye hacia la turbina para expandirse y realizar trabajo. Después de realizar trabajo, la presión del gas de combustión disminuye hasta la presión atmosférica y se descarga a la atmósfera.

Por lo tanto, las tres partes principales de una turbina de gas son el compresor, la cámara de combustión y la turbina.

Un compresor de flujo axial tiene muchas palas, que tienen una forma similar a las palas de un hélice, pero se dividen en "palas móviles" y "palas fijas". Las palas móviles giran como una hélice, empujando el flujo de aire hacia atrás durante la rotación. En este momento, la presión del flujo de aire aumentará y también subirá la temperatura.

La función de las paletas fijas es guiar el flujo de aire rotativo generado por la acción de las paletas móviles de vuelta a la dirección axial y hacer que entre en el siguiente conjunto de rotores bajo el ángulo correcto. Por lo general, un conjunto de paletas móviles y un conjunto de paletas fijas se configuran alternativamente, y un conjunto de paletas móviles y un conjunto de paletas fijas se llama etapa.

Además, existe el compresor radial. Utiliza la fuerza centrífuga generada por la rotación de la turbina para empujar el flujo de aire hacia afuera, generando así un efecto de presión. Un compresor radial de una sola etapa puede tener la relación de compresión de varias etapas de compresores axiales, lo que lo convierte en una buena opción para turbinas de gas más pequeñas.

La cámara de combustión convierte la energía química del combustible en energía térmica, calentando el aire a alta presión comprimido por el compresor a una temperatura elevada para que pueda expandirse en la turbina y realizar trabajo. El combustible puede ser combustible líquido (como la gasolina) o combustible gaseoso (como el gas natural).

En la parte frontal de la carcasa de la cámara de combustión se encuentra la entrada de aire que conduce al compresor, y detrás está la salida de gases calientes que conduce a la turbina.

La función de la turbina es convertir la energía del gas de combustión a alta temperatura y alta presión en energía mecánica.

Actualmente, la mayoría de las turbinas de flujo axial se utilizan, caracterizadas por su alta potencia, gran flujo y alta eficiencia. La turbina centrífuga es una turbina de flujo radial, que se utiliza principalmente en algunas turbinas de gas de baja potencia.

Una turbina de gas es una máquina de potencia de combustión interna que utiliza un gas en flujo continuo como fluido de trabajo para hacer girar el impulsor a alta velocidad, convirtiendo la energía del combustible en trabajo útil. Es una máquina térmica con impulsor rotativo.

En el proceso principal del aire y el gas en una turbina de gas, solo hay un ciclo de turbina de gas compuesto por tres componentes principales: un compresor, una cámara de combustión y una turbina de gas, lo cual generalmente se llama ciclo simple. La mayoría de las turbinas de gas utilizan un esquema de ciclo simple.

El compresor inhala aire del ambiente atmosférico externo y lo comprime gradualmente a través de un compresor de flujo axial para aumentar la presión, y la temperatura del aire también aumenta en consecuencia; el aire comprimido se introduce en la cámara de combustión y se mezcla con el combustible inyectado para quemarse y generar un gas de alta temperatura y alta presión; luego entra en la turbina para expandirse y realizar trabajo, impulsando la turbina para que accione el compresor y el rotor de carga externa a alta velocidad, realizando la conversión parcial de la energía química del combustible gaseoso o líquido en trabajo mecánico, y generando trabajo eléctrico. El gases de escape expulsados por la turbina se descargan a la atmósfera para liberar calor naturalmente. De esta manera, la turbina de gas convierte la energía química del combustible en energía térmica, y luego convierte parte de la energía térmica en energía mecánica. Normalmente, en una turbina de gas, el compresor es accionado por el trabajo de expansión de la turbina de gas, que es la carga de la turbina. En un ciclo simple, aproximadamente entre 1/2 a 2/3 del trabajo mecánico generado por la turbina se utiliza para accionar el compresor, y el resto de 1/3 del trabajo mecánico se emplea para accionar el generador. Al iniciar la turbina de gas, primero se requiere poder externo. Generalmente, el arrancador impulsa el compresor hasta que el trabajo mecánico generado por la turbina de gas sea mayor que el trabajo mecánico consumido por el compresor. Entonces, el arrancador externo se desconecta y la turbina de gas puede funcionar de forma independiente.