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Generacin Termoelctrica con Turbinas de Gas65.17 - Centrales Elctricas FI UBA - 2011

DISEO COMPACTO Y LIVIANO

EXCELENTE DISPONIBILIDAD

SIMPLICIDAD, VERSATILIDAD ALTA DENSIDAD DE POTENCIA

FACIL INSTALACION

BAJA VIBRACION

LARGA VIDA UTIL

POCO MANTENIMIENTO

COMBUSTIBLE: GAS NATURAL O DESTILADOS DE PETROLEO SEGN EL DISEOINTRODUCCION

ETAPAS DEL CICLO: INDUCCION -> COMPRESION -> COMBUSTION -> EXPANSION

CICLO DE COMBUSTION CONTINUA (A DIFERENCIA DEL OTTO)

CICLO BRAYTON: INDUCCION Y COMPRESION DEL AIRE ATMOSFERICO MEZCLADO CON EL COMBUSTIBLE EXTRACCION DE ENERGIA EN ALTERNADOR ACCIONAR AL COMPRESOR LIBERAR GASES A LA ATMOSFERA

TIPOS DE TURBINAS DE GAS

TIPOS DE TURBINAS DE GASAERODERIVADASINDUSTRIALESTURBINA DE GASADAPTACION DE LA AVIACION PARA EL USO INDUSTRIALDISEO COMPACTO, LIVIANO PERMITIENDO SER ENSAMBLADA EN FABRICA Y MINIMZAR LOS TIEMPOS DE PUESTA EN MARCHA. ALEACIONES DELGADAS, CARAS Y LIVIANAS PARA LA CARCAZA.RAPIDA VARIACION DE CARGA Y TOLERAN NUMEROSOS ARRANQUES/PARADAS (BAJA CAPACIDAD TERMICA)BAJA FLEXIBILIDAD PARA UTILIZAR DISTINTOS COMBUSTIBLES (DISEO COMPACTO DE LA CAMARA DE COMBUSTION)RAPIDA ACELERACION (BAJO MOMENTO DE INERCIA).CAJA REDUCTORA (TURBINA DE ALTA VELOCIDAD)RELACIONES DE COMPRESION 15:1MAYOR MANTENIMIENTO MATERIALES DE ALEACIONES POBRES, MAS ECONOMICOS, PERO REQUIEREN MAYOR ESPESOR.GRADIENTE DE CARGA LIMITADO PARA EVITAR STRESS TERMICO QUE RESULTA EN UN MAYOR MANTENIMIENTOACELERACION MAS LENTA Y MAYOR CUPLA DE ARRANQUE (INERCIA CONSIDERABLEMENTE MAYOR).EL DISEO DE LA CAMARA DE COMBUSTION NO QUEDA LIMITADO POR PESO O ESPACIO, SIENDO CAPACES DE QUEMAR DISTINTOS COMBUSTIBLES.RODAMIENTOS MENOS EXIGIDOS, CON ACEITES LUBRICANTES MINERALES (MENOR COSTO).MENOR REQUERIMIENTO DE MANTENIMIENTO.RELACIONES DE COMPRESION ENTRE 20:1 A 30:1

TIPOS DE TURBINAS DE GASAERODERIVADASINDUSTRIALESTURBINA DE GAS

TIPOS DE TURBINAS DE GASEL COMPRESOR DE AIRE Y TURBINA, AMBOS EN UN EJE COMUN ROTANDO A MISMA VELOCIDADIMPOSIBILIDAD EN EL CAMBIO DE VELOCIDAD DE ROTACION PARA LOGRAR MEJOR RENDIMIENTO DEL COMPRESOR ANTE DIFERENTES ESTADOS DE CARGA.Es el diseo usual en las grandes turbinas comerciales de generacin elctrica.

TIPOS DE TURBINAS DE GASLa turbina de expansin se encuentra dividida en 2 secciones, la primera o turbina de alta presin, se encuentra unida al compresor axial al que proporciona la potencia necesaria para su funcionamiento.La segunda seccin comparte eje con el generador, aprovechndose la energa transmitida en la generacin de electricidad. PERMITEN LA OPERACIN A VELOCIDAD VARIABLE ENTRE 60-100% DE LA VELOCIDADEsta configuracin permite mejorar la eficiencia por medio de la optimizacin de las secciones de alta baja presin de del ciclo. RESPUESTA TRANSITORIA INFERIOR A LA SINGLE SHAFT tecnologa utilizada en aeroderivadas y turbinas de pequea potencia, y ofrece un mejor comportamiento frente a variaciones de carga.

INSTALACION BASICA

1-> 2 COMPRESIN ISOENTROPICA DEL GAS (AIRE) 2-> ADICION DE CALOR A PRESION CONSTANTE3-> EXPANSION ISOENTROPICA DEL GAS HASTA LA PRESION AMBIENTE4-> CALOR ENTREGADO A LA ATMOSFERA A PRESION CONSTANTE

INDUCCION Y COMPRESION DEL AIRE ATMOSFERICO (COMPRESOR)MEZCLA CON EL COMBUSTIBLE (CAMARA DE COMBUSTION)EXTRACCION DE ENERGIA EN ALTERNADOR (TURBINA) Y ACCIONAR AL COMPRESORLIBERAR GASES A LA ATMOSFERA

CICLO TERMODINAMICO

RENDIMIENTOSE DEFINE RELACION DE PRESION:EN PROCESOS ADIABATICOS:EL RENDIMIENTO AUMENA CON:RELACION DE PRESION

TEMPERATURA AMBIENTE

RENDIMIENTO SEGN RELACION DE COMPRESION:

RENDIMIENTOCONSUMO ESPECIFICO SEGN TIPO:

LA OPERACION REAL DE LA TG DIFIERE DEL CICLO BRAYTON IDEAL POR LAS IRREVERSIBILIDADES:EN EL COMPRESOR TURBINAFRICCION EN RODAMIENTOSPERDIDA DE PRESION EN LOS ALABES Y CAMARA DE COMBUSTION

RENDIMIENTOEL COMPRESOR CONSUME APROXIMADAMENTE ENTRE UN 40-80% DEL TRABAJO GENERADO POR LA TURBINAEL RENDIMIENO DEL CICLO PUEDE VARIAR DE MANERA SIGNIFICATIVA CUANDO BAJA EL RENDIMIENTO EN COMPRESOR Y TURBINA.

EL FLUJO DEL GAS (AIRE) VARIA PROPORCIONAL CON LA DENSIDAD DEL AIRE. DETERMINADO PORALTITUD, TEMPERATURA AMBIENTE, HUMEDAD, PERDIDAS EN EL DUCTO DE AIRE DE ALIMENTACION

LA DENSIDAD DEL AIRE DISMINUYE CON EL AUMENTO DE ALTITUD.CADA 300 MSNM, EL FLUJO DE GAS DISMINUYE UN 3.5%

=> LA TURBINA DISMINUYE SU CAPACIDAD RENDIMIENTO

EL AUMENTO DE LA TEMPERATURA AMBIENTE DISMINUYE SIGNIFICATIVAMENTE EL RENDIMIENTO DE LA TG.

BAJA LA DENSIDAD DEL AIRE Y EL COMPRESOR REQUIERE MAS POTENCIA, DEJANDO MENOS DISPONIBLE A LA TURBINA.

APROXIMADAMENTE DISMINUYE 1% POR CADA C

SOLAR TURBINE ABB

RENDIMIENTO

EL AUMENTO DE LA HUMEDAD AMBIENTEEL VAPOR DE AGUA, ES MAS LIVIANO QUE EL AIRE, DE MANERA QUE EL FLUJO MASICO SE VE REDUCIDO PARA UNA VELOCIDAD DE ROTACION DETERMINADA.ENTONCES, SE REDUCE LA RELACION DE COMPRESION

RENDIMIENTOTIPO DE COMBUSTIBLE:E COMBUSTIBLE LIQUIDO QUEMA MAS CALIENTE Y DE MANERA MENOS EFICIENTE QUE EL COMBUSTIBLE GASEOSOEL RENDIMIENTO DISMINUYE APROXIMADAMENTE 1.3%

EL AUMENTO DE LAS PERDIDAS POR CAIDA DE PRESION EN LA ADMISION DISMINUYE SIGNIFICATIVAMENTE LA POTENCIA DESARROLLADA POR LA TG.

BAJA LA DENSIDAD DEL AIRE Y EL COMPRESOR REQUIERE MAS POTENCIA, DEJANDO MENOS DISPONIBLE A LA TURBINA.

RENDIMIENTOin H20 = 0.187 cmHg

CONDICIONES DE REFERENCIA ISO PARA ESPECIFICACION DE TGs:

EJ TG QUE FUNCIONAR BAJO CONDICIONES DISTINTAS A ISO:

CONDICIONES DISTINTAS A ISO:

RENDIMIENTOPower = 10,000 x 0.983 x 0.956 x 0.984 x 0.997 = 9,219 hp (6,873 kW)

Heat rate = 7,770 x 1.015 x 1.007 x 1.003 =7,966 Btu/hp-h (11,269 kJ/kWh)FACTORES DE CORRECION DEL FABRICANTE:

OPERACIN A CARGA PARCIAL:

RENDIMIENTO

Elementos De Las Turbinas a Gaslabes

DISEO QUE DEBE SOPORTAR GRAN ESTRES TERMICO

Tipos de Refrigeracin: Por conveccin o por CapasConveccin: el calor es transferido desde la sup. Del labe al aire refigerante mediante mtodos convectivos. (Generadores de turbulencia Long y transv) o por el paso de aire por las superficien interna a travs de orificios existentes en los labes.Por Capas: aire comprimido a alta presin atraviesa orificios confeccionados en la sup. Del labe, direccionando el flujo de aire hacia la sup. Externa del labe. El aire luego se mezcla con los gases de escape.

Materiales: Aleaciones en base a Niquel. Pequeos contenidos de cromo mejoran mucho su resistencia a la corrosin. Se utilizan labes monocristalonos para evitar problemas de bordes de granos, que por las condiciones de operacin generan problemas de creep, fatiga, stress, etc.

Elementos De Las Turbinas a Gas

Elementos De Las Turbinas a GasMoving bladeStationary blade

Elementos De Las Turbinas a GasCmara de CombustinEl aire que abandona el compresor ingresa A CADA UNO DE LOS QUEMADORES Tres tipos posibles: - ANULAR - TUBO-ANULAR - SILOCon el flujo de aire (estabilizado) que sale del compresor y con suministro continuo de combustible se PRODUCE la combustin de la mezcla.La longitud de la cmara de combustin QUEDA determinada en funcin de flujo involucrado en el ciclo. Se puede reducir utilizando ms cmaras en paralelo, produciendo mayor nmero de llamas ms cortas.Las paredes de la cmara de combustin estn sometidas elevadas temperaturas, debiendo tener una excelente refrigeracin para evitar dilataciones de los materiales.Pueden estar refirgerados por agua o aire (compresor)La inyeccin de Agua es utilizada para la reduccin de los NOX originados por los puntos calientes de la llama.

Elementos De Las Turbinas a GasCMARA COMBUSTION - ANULAR En este caso la cmara consiste en un cilindro orientado axialmente instalado alrededor del eje. Tiene un nico tubo de llama y entre 15 y 20 inyectores. Consiguen una buena refrigeracin de los gases de combustin y bajas perdidas de carga, aunque su distribucin de temperaturas y mezcla combustible/comburente es menos uniforme que en cmaras tuboanulares.Este diseo se utiliza por los fabricantes Alstom y Siemens, y en general en turbinas aeroderivadas.

Elementos De Las Turbinas a GasCMARA COMBUSTION TUBO-ANULARUna serie de tubos distribuidos alrededor del eje de forma uniforme conforman este diseo de cmara de combustin. Cada una posee un nico inyector y buja. Tienen mejor resistencia estructural que las anulares, pero menor rendimiento y mayor peso. Adems si una de ellas deja de funcionar y no es detectado, pueden producirse grandes diferencias de temperaturas en la estructura. Esta tecnologa es utilizada en sus diseos por Siemens, Mitshubishi y General Electric.

Elementos De Las Turbinas a GasCMARA COMBUSTION TUBO-ANULARThe world-class gas turbine combines the best features of the existing product lines and technology advancements. single-shaft SGT-8000H innovative 375 MW gas turbine.

Elementos De Las Turbinas a GasCMARA COMBUSTION SILO

Elementos De Las Turbinas a GasCMARA COMBUSTION

Elementos De Las Turbinas a GasCOMBUSTION CON AIRE PRIMARIO, MODO DIFUSION COMBUSTION CON EXCESO DE AIRE, MEZCLA POBRE, MODO LEAN-LEANTRANSICION A COMBUSTION PREMEZCLADA (LEAN-LEAN EXTENDIDO)COMBUSTION PREMEZCLADA, MODO PREMIX

Elementos De Las Turbinas a Gas

Mejoras al cicloINTERCOOLING:PERMITE ENFRIAR EL AIRE QUE POR LA COMPRESION ENTRA A ELEVADA TEMPERATURA A LA CAMARA DE COMBUSTION.MEDIANTE EXTRACCIONES A LA ETAPA DE BAJA PRESION Y ENFRIADO MEDIANTE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR, ES POSIBLE REDUCIR LA TEMPERATURA DE DESCARGA DEL COMPRESOR DE ALTA PRESION.DE ESTA MANERA SE LOGRAN MAYORES RELACIONES DE COMPRESION (EJ: TG GE LMS100 rc: 42:1 Y =44%)EL RENDIMIENTO AUMENTA DEBIDO A QUE EL COMPRESOR CONSUME MENOS TRABAJO Y AUMENTA EL DISPONIBLE PARA LA TURBINA.

Mejoras al cicloINTERCOOLING: LMS100

Highsimple cycle, base load efficiency (44%)

Fast startcapability delivers 100 MW in 10 min

Excellent hot day performance

Load followingand cycling capabilities

Excellent part-load performance

Aeroderivative design allows for high reliability and availability

Mejoras al cicloRECALENTAMIENTO (REHEAT o AFTERBURNER)

CAMARA DE COMBUSTION ADICIONALINYECCION DE OXIGENOINCREMENTA LA TEMPERATURA MEDIA DEL FOCO CALIENTE

AUMENTA EL TRABAJO REALIZADO POR LA TURBINA

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