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Turbinas de gas

Una Turbina de Gas, es una turbomáquina motora, cuyo fluido de trabajo es un gas. Como la compresibilidad de los gases no puede ser despreciada, las turbinas a gas son turbomáquinas térmicas. Comúnmente se habla de las turbinas a gas por separado de las turbinas ya que, aunque funcionan con sustancias en estado gaseoso, sus características de diseño son diferentes, y, cuando en estos términos se habla de gases, no se espera un posible cambio de fase, en cambio cuando se habla de vapores sí.

Las turbinas de gas son usadas en los ciclos de potencia como el ciclo Brayton y en algunos ciclos de refrigeración.

Es común en el lenguaje cotidiano referirse a los motores de los aviones como turbinas, pero esto es un error conceptual, ya que éstos son turboreactores los cuales son máquinas que, entre otras cosas, contienen una turbina de gas.

  
01 Ciclos termodinámicos 
Características técnicas y empleo de las turbinas de gas
Ciclo teórico de una turbina de combustión interna; funcionamiento
Ciclo teórico de una turbina de combustión sin recuperador (Ciclo Brayton)
Influencia del recalentamiento de los gases durante la expansión
Expansión isotérmica
Influencia de la refrigeración en el proceso de compresión
Compresión isotérmica
Ciclo teórico de una turbina de gas de una etapa con recuperador
Ciclo real de una turbina de gas de una sola etapa sin regenerador
Consideraciones económicas
Ciclo real de una turbina de gas simple con regenerador
Ciclo de una turbina de gas de varias etapas en la compresión y en la expansión
Ciclo de dos etapas de compresión con refrigeración intermedia y regeneración
Ciclo de dos etapas de expansión con recalentamiento y regeneración
Ciclo de n etapas de compresión y m etapas de expansión
Ciclo con refrigeración durante la compresión isoterma
Ciclo Erickson


  
02 CURVAS CARACTERISTICAS, PÉRDIDAS DE CARGA, REGULACIÓN, CICLOS CERRADOS 
Curvas características de las turbinas de gas en diversos regímenes de funcionamiento
Curvas características del compresor
Curvas características de la turbina
Límites de funcionamiento
Perturbaciones en el funcionamiento de la instalación
Influencia de la pérdida de carga durante la combustión en el rendimiento de la turbina
Variación del rendimiento del ciclo cuando varían los rendimientos del compresor y de la turbina
Regulación de las turbinas de una línea de ejes
Regulación a velocidad constante
Regulación a velocidad variable
Influencia de la temperatura exterior en el funcionamiento de la turbina
Regulación de la turbina de gas de dos ejes
Alternador en el eje de baja presión
Alternadoror en el eje de alta presión
Mecanismo de regulación del grupo turbocompresor
Mecanismo de regulación de un grupo con una línea de ejes
Mecanismo de regulación de un grupo con dos líneas de ejes
Ventajas de la turbina de combustión en la generación de energía
Ciclos en circuito cerrado
Ciclos de una turbina de gas en circuito cerrado
Comportamiento de los gases utilizados en la turbina de circuito cerrado

  
03 COMPRESORES CENTRÍFUGOS 
Elementos constructivos de las turbinas de gas
Turbocompresores centrífugos
El rodete de un turbocompresor centrífugo
El sistema difusor de un turbocompresor centrífugo
Relación de compresión máxima en una etapa de un compresor centrífugo
Relación de compresión máxima en un turbocompresor centrífugo de varios escalonamientos
Compresión isentrópica en el rodete
Compresión adiabática real en el rodete
Compresión adiabática en el sistema difusor
Determinación del nº de escalonamientos de un turbocompresor centrífugo
Nº de álabes de un turbocompresor centrífugo
  
04 COMPRESORES AXIALES 
Introducción
Incremento de la presión teórica en un escalonamiento de turbocompresor axial
Rotor de un turbocompresor axial
Estator de un turbocompresor axial
Factor de disminución de trabajo en los turbocompresores axiales
Grado de reacción de un turbocompresor axial
Coeficientes de diseño de un turbocompresor axial
Formas básicas del perfil de un turbocompresor axial
Nº de escalonamientos de un turbocompresor axial
Dimensiones principales de un turbocompresor axial de diámetro exterior constante
Procedimiento de cálculo de un turbocompresor axial
Diseño refrigerado de un turbocompresor axial
Conductos de entrada a los compresores
Conductos de entrada subsónicos
Conductos de entrada supersónicos
Difusor supersónico
Compresores axiales en turborreactores
Motores de doble flujo, Turbofan
El turbocompresor supersónico

  
05 REFRIGERACIÓN DE LOS ALABES 
Alabes de la corona móvil
Refrigeración de la turbina
Refrigeración de los álabes de turbinas axiales
Refrigeración por líquidos
Refrigeración por aire
Refrigeración por impacto
Refrigeración por transpiración
Transmisión de calor en álabes refrigerados por convección
Evaluación del coeficiente de transmisión de calor interior por convección
Evaluación del coeficiente de transmisión de calor exterior por convección

  
06 CÁMARAS DE COMBUSTIÓN
IIntroducción
Aire utilizado en el proceso de combustión
Análisis del proceso de combustión
Cámaras de combustión tubulares
Cámaras de combustión anulares
Cámaras de combustión tubo-anulares
Turbinas de gas industriales
Estabilidad de la combustión
Inyectores centrífugos
Inyector con torbellinador
Inyector de dos toberas
Inyector de dos etapas
Inyector con retorno
Grado de atomización
Gasto de combustible
Sistemas de encendido
Dimensionado de las cámaras de combustión
Recuperadores


  
07 PERDIDAS EN LA CÁMARA DE COMBUSTIÓN Y EN LOS ALABES DE LA TURBINA
ÁPérdidas de carga en la cámara de combustión
Rendimiento de una cámara de combustión
Pérdidas en los álabes de la turbina
Determinación del ángulo de salida del álabe
Influencia de la compresibilidad
Relación de expansión libre
Influencia del ángulo de ataque

  
08 APLICACIONES 
Sobrealimentación de motores y calderas
Ciclo combinado turbina de vapor y turbina de gas
Turbina de gas con instalación de turbina de vapor aguas abajo
Instalación combinada con caldera en horno a presión
Otras aplicaciones industriales de la turbina de gas
Generador de gas de pistones
Motores de propulsión por turbina de gas
Propulsión por reacción
Turborreactores
Turborreactor de un flujo
Turborreactor de dos flujos
  
09 CONTAMINACIÓN POR TURBINAS DE AVIACIÓN 
Formación de contaminantes
Impacto del dimensionamiento de las cámaras de combustión sobre la contaminación
Reducción de la contaminación
Algunas tecnologías utilizadas para reducir la contaminación
Tecnología actual
Nuevas tecnologías
  
Ejercicios y problemas 
Cálculo de los parámetros del aire en los puntos característicos del ciclo, rendimiento del ciclo, rendimiento de la turbina con y sin regeneración, trabajo y potencia, revoluciones por minuto, potencia al freno del compresor, temperatura del aire a la salida, gasto másico, determinación del ciclo, eficiencia isentrópica del compresor, eficiencia de la planta

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