1. INTRODUCCINLa necesidad de obtener energa aprovechable del modo ms eficiente ha sido, en gran medida una directriz para la humanidad desde el comienzo de la revolucin industrial. Muchos procesos patentados en norte Amrica y Europa con esta finalidad permitieron satisfacer esa necesidad. As, fueron diseadas y fabricadas mquinas basadas en diversos principios y mtodos, entre ellas las mquinas trmicas representaron unas de las tantas soluciones a este problema. Pero fue en el ao de 1872 cuando George Brayton solicit una patente para su motor listo, el cual utiliz un compresor y un ampliador separados del pistn. El funcionamiento consista en comprimir el aire calentado por el fuego interno, para luego introducirlo en el cilindro del ampliador y as sucesivamente. De aqu surgi el llamado ciclo de Brayton, cuyo trmino hoy se asocia generalmente, a la turbina de gas. Es por lo anterior, que es importante para el ingeniero mecnico conocer profundamente los conceptos y principios que rigen el funcionamiento de las turbinas de gas. Por cuanto lo ms seguro, que en su futuro trabajo se encontrar con el uso y mantenimiento de este tipo de equipos. De aqu, la necesidad de conocer a profundidad, desde el punto de vista terico y prctico sobre estas mquinas de combustin. 1.1. Concepto de Turbina a gas Es una turbomquina motora, cuyo fluido de trabajo es un gas. Como la compresibilidad de los gases no puede ser despreciada, las turbinas a gas son turbomquinas trmicas. Comnmente se habla de las turbinas a gas por separado de las turbinas porque, aunque funcionan con sustancias en estado gaseoso, sus caractersticas de diseo son diferentes y si se considera, que al tratarse de este tipo de fluidos, no ocurrira una transformacin de fase, en cambio cuando se habla de vapores s [3]. Las turbinas de gas son usadas en los ciclos de potencia como el ciclo Brayton y en algunos ciclos de refrigeracin. 1.2 Principio de Funcionamiento Turbina a gas simpleUna turbina de gas simple est compuesta de tres secciones principales: un compresor, un quemador y una turbina de potencia. Las turbinas de gas operan en base en el principio del ciclo Brayton, en donde aire comprimido es mezclado con combustible y quemado bajo condiciones de presin constante. El gas caliente producido por la combustin se le permite expandirse a travs de la turbina y hacerla girar para llevar a cabo trabajo. En una turbina de gas con una eficiencia del 33%, aproximadamente 2/3 del trabajo producido se usa para comprimir el aire. El otro 1/3 est disponible para generar electricidad, impulsar un dispositivo mecnico, etc. [1].1.3 Ventajas de la turbina a gas Muy buena relacin potencia vs. Peso y tamao. Bajo costo de instalacin. Rpida puesta en servicio. Es una mquina rotante (no tiene movimientos complejos como son los movimientos roto alternativos de los motores de combustin interna). Al ser una mquina rotante el equilibrado de la misma es prcticamente perfecto y simple, a diferencia de mquinas con movimiento alternativos. Menos piezas en movimiento (comparado con los motores de combustin interna). Menores prdidas por rozamiento al tener menores piezas en movimiento. Sistema de lubricacin ms simple por lo expresado anteriormente. Bajas presiones de trabajo (es la mquina trmica que funciona a ms baja presiones) El proceso de combustin es continuo y se realiza a presin constante en la cmara de combustin (diferente a los motores de combustin interna) Pocos elementos componentes: compresor, cmara/s de combustin y turbina propiamente dicha. No necesitan agua (diferente a las turbinas a vapor que requieren de un condensador). Permiten emplear diferentes tipos de combustibles como kerosene, gasoil, gas natural, carbn pulverizado, siempre que los gases de combustin no corroan los labes o se depositen en ellos. El par motor es uniforme y continuo.1.4 Desventajas de la turbina a gasBajo rendimiento trmico (alto consumo especfico de combustible) debido a: Alta prdida de calor al ambiente que se traduce por la alta temperatura de salida de los gases de escape por chimenea, entre 495C a 560 C. Gran parte de la potencia generada por la turbina es demandada por el compresor axial, en el orden de las partes, o sea un 75% de la potencia total de la turbina.1.5 Clasificacin de las turbinas a gasLas turbinas a gas, al igual que las turbinas a vapor, se clasifican en: Turbinas a gas de accin Turbinas a gas de reaccin En las turbinas de accin la cada total de presin de los gases de combustin se produce en las toberas que estn ubicadas antes del/los estadios mviles y fijos de la misma. De esta manera se produce una transformacin de energa de presin a energa de velocidad (energa cintica) en los gases. La presin de los gases dentro de la turbina, estadios mviles y fijos, permanece constante. En las turbinas de reaccin, en cambio, la cada de presin de los gases de combustin se produce tanto en las toberas, como en los estadios mviles y fijos que componen la misma. La presin de los gases dentro de la turbina, estadios mviles y fijos, va disminuyendo. Tambin las turbinas a gas se clasifican de acuerdo al nmero de estadios mviles, en cuyo caso pueden ser: Turbinas a gas mono etapa (un solo estadio mvil). Turbinas a gas multi etapas (varios estadios mviles).

Igualmente cabe otra clasificacin, la cual est en funcin del nmero de ejes de la turbina, pudiendo en este aspecto clasificarlas como: Turbinas a gas de un solo eje Turbinas a gas de dos ejes

1.6 Ciclo de la turbina de gas

FIGURA 1.2 Turbina de gas de ciclo cerradoFIGURA 1.1 Turbina de gas de ciclo abierto

El ciclo de turbina de gas abierto puede modelarse como un ciclo cerrado,como se indica en la Figura. 1.2 empleando las suposiciones de aire estndar. En este caso los procesos de compresin y expansin permanecen iguales, pero el proceso de combustin se sustituye por uno de adicin de calor a presin constante desde una fuente externa. Mientras que el proceso de escape de reemplaza por otro de rechazo de calor a presin constante hacia el aire ambiente. El ciclo ideal que el fluido de trabajo experimenta en este ciclo cerrado es el ciclo Brayton, el cual est integrado por cuatro procesos internamente reversibles:1-2 Compresin isotrpica (en un compresor)2-3 Adicin de calor a presin constante 3-4 Expansin isotrpica (en una turbina)4-1 Rechazo de calor a presin constante. Los diagramas de T-S y P-V de un ciclo Brayton ideal se muestran en la Fig. 1.3. Observe que los cuatro procesos del ciclo Brayton se ejecutan en dispositivos de flujo estacionario, por lo tanto deben analizarse como procesos de flujo estacionario. Cuando los cambios en las energas cintica y potencial son insignificantes, el balance de energa para un proceso de flujo estacionario puede expresarse, por unidad de masa, como:

(1.1)

Por lo tanto, la transferencia de calor hacia y desde el fluido de trabajo es:

(1.2)

y,(1.3)

Entonces, la eficiencia trmica del ciclo Brayton ideal bajo las suposiciones de aire estndar fro se convierte en:

Los procesos 1-2 y 3-4 son isoentrpicos, por lo que P2 = P3 y P4 = P1. Por lo tanto,

Al sustituir estas ecuaciones en la relacin de eficiencia trmica y al simplificar, se obtiene que:

(1.4)

Donde:

Es la relacin de presin y k la relacin de calores especficos. En la Ec. (1.4) se muestra que las suposiciones de aire estndar frio la eficiencia trmica de un ciclo Brayton ideal depende de la relacin de presin de la turbina de gas y de la relacin de calores especficos del fluido de trabajo. La eficiencia trmica aumenta con ambos parmetros, que tambin es el caso para las turbinas de gases reales. La temperatura ms alta en el ciclo ocurre al final del proceso de combustin (estado 3) y est limitada por la temperatura mxima que los alabes de la turbina pueden resistir. Esto tambin limita las relaciones de presin que pueden utilizarse en el ciclo. Para una temperatura de entrada fija de la turbina T3, la salida de trabajo neto por ciclo aumenta con la relacin de presiones, alcanza un mximo y despus empieza a disminuir. Por lo tanto, debe haber un compromiso entre la relacin de presin (por consiguiente la eficiencia trmica) y la salida de trabajo neto. Con una menor salida de trabajo por ciclo se necesita una tasa de flujo msico ms grande (y de este modo un sistema mayor) para mantener la misma salida de potencia, lo cual no puede ser econmico. En muchos diseos comunes la relacin de presin de turbinas de gas vara de 11 a 16.

FIGURA 1.3 Diagrama T-s y P-v para un Ciclo Brayton Ideal

Existe una cierta dificultad de conseguir materiales que soporten temperaturas elevadas, al tiempo que mantienen unas determinadas caractersticas tcnicas.1.7 Parmetros termodinmicos de funcionamientoA continuacin se indican los valores reales aproximados de funcionamiento de una turbina a gas ciclo simple.TABLA 1.1 Parmetros termodinmicos de funcionamientoPARMETROS DE FUNCIONAMIENTO TEMPERATURA (C)PRESIN (kg/cm2)

Aire entrada compresor axial (punto 1)151

Aire salida compresor axial (punto 1)31610

Relacin de compresin-------10/1

Gases de combustin entrada turbina (punto 3)1.10010

Gases de combustin entrada turbina (punto 3)495 a 5601

1.7.1 Compresor de aireLos compresores utilizados en las turbinas a gas son del tipo giratorio, pudiendo ser: Compresores centrfugos. Compresores axiales.Compresores axiales. En el compresor axial, como su nombre lo indica, el flujo de aire es axial, o sea paralelo al eje del mismo. El rotor del compresor axial est formado por varias ruedas mviles donde los alabes estn montados en discos, tal como se observa en el esquema de la Figura. 1.4 Las ruedas estn ensambladas entre s mediante tornillos guas axiales que permiten el apriete correspondiente, formando de esta manera el rotor del compresor axial. Entre cada estadio mvil del rotor se ubica un estadio fijo del estator, o sea que en la direccin del eje del compresor se suceden alternativamente un estadio.

FIGURA 1.4 Rotor de un compresor axial

La compresin del aire se produce al pasar ste a travs de un estadio fijo y uno mvil, por lo tanto el compresor est formado por un gran nmero de escalonamientos de compresin.

Como en el caso de las turbinas a gas, o a vapor, los compresores axiales pueden ser: Compresores axiales de accin. Compresores axiales de reaccin.La relacin de compresin est dada por el cociente entre la presin de salida del aire del compresor y la presin a su entrada:

(1.5)

Donde: P2= presin de salida P1=presin de entrada1.8 Sistema de combustinEl sistema de combustin provisto en las turbinas a gas puede ser de dos tipos: Turbinas a gas monocmara. Turbinas a gas multicmaras.1.8.1 Las turbinas con diseo monocmaras, como es el caso del fabricante Asea -Brown Boveri (ABB), la cmara se ubica en posicin perpendicular al eje de la mquina.1.8.2 En el caso de las turbinas multicmaras, diseo General Electric (GE), las cmaras se ubican en forma concntricas (paralelas) al eje de la mquina Las cmaras de combustin de las turbinas a gas han sido objetos de permanentes desarrollos a fin de lograr una eficiente combustin y por otro lado asegurar bajas emisiones contaminantes, especialmente en contenidos de xidos de nitrgeno (NO y NO2) En la cmara de combustin se produce la oxidacin del combustible desarrollndose muy altas temperaturas, por arriba de los 3.000 F. Entre las funciones esenciales que debe obtenerse en la cmara de combustin se puede mencionar: Estabilizar la llama dentro de una corriente de gases que se encuentran a alta velocidad, de manera que sta se mantenga estable. Asegurar una corriente de gases continua hacia la turbina Mantener una temperatura constante de los gases de combustin que ingresan a la misma. Lograr la mxima eficiencia de combustin, es decir producir la menor cantidad de inquemados: CO; CH y MP (material articulado u holln) La cada de presin dentro de la cmara debe ser la menor posible a fin de minimizar las cadas de presin entre el compresor axial y la turbina.El sistema de combustin est formado por: Bujas de encendido. Tubos pasa llama. Detectores de llama.Normalmente se instalan dos bujas y dos detectores de llama. En el caso de turbinas a gas multicmaras el encendido se produce en una de las cmaras de combustin creando un aumento de presin dentro de ella, forzando a los gases calientes que se producen a pasar a travs de los tubos pasa llama al resto de las cmaras, propagando de esta manera la ignicin en todas ellas en un tiempo no mayor a 2 segundos.Los detectores de llama, ubicados diametralmente opuestos a las bujas, constituyen el sistema de deteccin de llama, emitiendo una seal de control cuando el proceso de ignicin ha sido completado.

La Figura.1.5 indica un esquema de una cmara de combustin diseo del fabricante General Electric (GE), donde se observa: a) el ingreso del aire para la combustin, b) el aire para refrigeracin del material con que est construido el tubo de llamas, normalmente de acero inoxidable y c) el aire de dilucin que al incorporarse a la corriente de gases calientes de la combustin reducen su temperatura al valor para el cual han sido seleccionados los materiales del primer estadio de toberas fijas

FIGURA 1.5 Cmara de combustin diseo del fabricante General Electric (Cortesa de General Electric Co.)

2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERALRealizar un estudio de los parmetros termodinmicos y operacionales de la turbina de gas al variar la carga, manteniendo la velocidad constante.

2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS1. Identificar los diferentes componentes de una turbina de gas.2. Conocer las caractersticas de una turbina de gas y la instrumentacin necesaria para su operacin.3. Evaluar experimentalmente el comportamiento de la turbina al variar la carga a velocidad constante.

3. MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS3.1 Materiales Peso muerto: 25 lbs. Diesel. Aire.3.2 Equipos Utilizados Banco de prueba: Turbina de Gas. Tablero de control integrado por:a) Indicador de presin a la entrada del compresorApreciacin: 1 lbf/in2 0.05 kg/cm2 Capacidad: 20 lbf/in2 1.5 kg/cm2

b) Indicador de presin a la salida del compresorApreciacin: 0.1 kg/cm2 2 lbf/in2Capacidad: 4 kg/cm2 60 lbf/in2c) Indicador de temperatura del aire a la salida del compresorApreciacin: 5 CCapacidad: 300 C d) Manmetros diferencialesa. Depresin del Venturi: (Kerosene)Apreciacin: 0.1 in 0.2 cmb. Presin de los gases de escape de la turbina: (Kerosene)Apreciacin: 0.1 in 0.2 cmc. Depresin en la cmara de combustin: (Mercurio)Apreciacin: 0.1 in 0.2 cme) Termmetro a la entrada del VenturiApreciacin: 1 CRango: -35 hasta 50 C Dinammetro o freno Marca: Heenan & Froude LTD Worcester England.Apreciacin: 0.2 lbs.Rango: 0 - 50 lbs. TacmetroApreciacin: 100 rpmCapacidad: 5000 rpm CaudalmetroApreciacin: 1Lts Medidor de presin de aceiteApreciacin: 5 psiCapacidad: 80 psi Medidor de temperatura de aceiteApreciacin: 10CRango: (30 120) C

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALPara el arranque de la turbina

1. Asegurarse que el depsito de combustible este lleno.2. Abrir la llave de paso que comunica el tanque con el cilindro graduado de vidrio y esperar que el tanque se llene de combustible.3. Abrir la vlvula que se encuentra en la parte inferior derecha del tablero de control, lo que permite el paso de combustible hacia la turbina.4. Verificar que el lubricante del crter de la turbina este en los lmites recomendados. Que este a la altura exacta de la marca superior de la varilla de aceite, si es necesario completar con el aceite del grado y especificaciones recomendadas.5. Retirar las tapas o capuchas protectoras de la entrada del aermetro y del tubo de escape.6. Asegurarse que no haya carga aplicada al freno hidrulico. Para esto girar la manivela de carga del freno en sentido anti horario hasta llegar al tope, en esta posicin el freno est totalmente descargado.7. Verificar que la vlvula de desahogo del compresor de la turbina este totalmente cerrada.Nota: Si la vlvula est abierta la turbina no alcanza la presin necesaria en el compresor para estabilizarse. 8. Abrir las llaves de paso del freno hidrulico de entrada y salida completamente.9. Abrir la vlvula que suministra el agua al enfriador de aceite de la turbina y controlar el flujo.10. Asegurarse que la presin en la tubera de agua sea igual o superior a 15 psi (1,05 kgf/cm2).11. Conectar bornes positivo y negativo de la batera de alimentacin.12. Encender en el panel de control, pirmetro digital en el switch principal al lado del pirmetro y el switch secundario para la alarma de seguridad por exceso de temperatura del escape.13. Colocar los interruptores de la caja de control DRY CICLE (ciclo seco) y WET CICLE (ciclo hmedo) en la posicin RUN (marcha). IGNITION INSTRUMENTAL en la posicin ON (encendido).14. Girar la llave del interruptor de encendido en sentido horario hasta la posicin ON (encendido) luego seguir el giro hasta la posicin START (arranque); inmediatamente que el motor de arranque comience a funcionar, soltar la llave, la cual regresara hasta la posicin ON (encendido). El motor continuara funcionando hasta que la turbina genere su propia energa para funcionar, luego de esto el motor de arranque se desconecta automticamente.15. Si la turbina no enciende despus de 30 segundos, girar la llave hacia la posicin OFF (apagado). Bajo ninguna circunstancia intente encender de nuevo la turbina hasta que el rotor este completamente parado, de lo contrario el mismo puede causar severos daos. Espere 10 minutos antes de hacer otro intento, ya que el combustible acumulado en la cmara de aire principal puede causar una explosin en el encendido, lo cual va en detrimento de los componentes del equipo; es necesario esperar a que se escurra el combustible por la vlvula de drenaje.16. Nunca debe hacerse girar la turbina a ms de 46.000 3.000 rpm 3.000 20 rpm indicadas en el tacmetro del freno hidrulico.17. La vlvula de salida del agua en el dinammetro debe ser ajustada para que cuando funcione a plena carga la misma abandone el dinammetro a 60 C a una temperatura inferior; la vlvula de entrada debe por supuesto permanecer completamente abierta.

Para apagar la turbina1. Retirar la carga del freno, girando la manivela de la carga en sentido antihorario, hasta llegar al tope. Advertencia: Podran ocurrir daos en el rotor de la turbina si esta instruccin no es observada.2. Girar la llave del interruptor hacia la posicin OFF (apagado). 3. Abrir la vlvula de desahogo del compresor de la turbina para que ayude a detenerse, despus de detenido volver a cerrarla para que no entre ningn objeto extrao que pueda ocasionar daos.4. Cuando la turbina est completamente detenida, cerrar la vlvula de suministro de combustible del tablero y la vlvula que se encuentra debajo del mismo.5. Pasar todos los switches de los ciclos DRY, WET (seco y hmedo), y el de ayuda de IGNITION (encendido) a la posicin OFF (apagado).6. Cerrar la vlvula de suministro y salida de agua del freno y esperar que se enfri la turbina en un lapso de 3mn para cerrar la vlvula de suministro del agua.7. Reponer capucha protectora en la entrada del tubo medidor venturi de aire y esperar a que el ducto de aire se enfre para colocar igualmente el protector en la punta de dicho ducto. Advertencia: Es sumamente importante colocar los protectores al ducto de admisin de aire y al tubo de escape para evitar la entrada de cualquier objeto extrao o animal al interior de la misma. Esto puede ocasionar daos considerables al equipo al ponerlo en funcionamiento.

5. RESULTADOSTabla 5.1. Datos ExperimentalesCarga aplicada (Lbs)Temp. Entrada venturiDepresin venturi (cm kerosene)Temp. Salida compresorPresin de salida compresor (psi)Presin entrada compresor (psi)

353123,5168208

453123,3171208

553121,8170208

653120,5170208

Tabla 5.2. Continuacin de datos Experimentales.Carga aplicada(Lbs)Depresin de cmara (cm hg)Presin de escape (pulgKerosene)Temp. Escapetiempo de consumo de 1 lt de combustible

356,96,74631,48

456,57,34781,35

555,46,65101,3

655,85,95481,24

Tabla 5.3 Parmetros caractersticos obtenidos de la turbina a gas analizada.Carga aplicada(Lbs)Parmetro de velocidad de compresorPotencia al freno(BKW) (KW)Flujo msico del aire (Lb/s)Flujo combustible(Lb/s)Relacin aire combustible

3574,927217,39641,406042570,016942982,98712396

4574,927222,36681,406042570,0192614072,99793311

5574,927227,33721,328645730,0203314865,34918783

6574,927232,30761,289947310,0217837259,21609253

Tabla 5.4 Continuacin de parmetros caractersticos de la turbina a gas analizada.Carga aplicada(Lbs)Relacin de compresinRelacin de expansinEficiencia del compresorEficiencia de la turbinaEficiencia de CombustinRendimiento trmico (%)

352,4482540962,2568906170,7121951220,6509391080,6233509485,389590361

452,4482540962,2556681630,7121951220,6256675470,6158214716,095370052

552,4467439352,2540598330,6790697670,6348811350,613846357,057796902

652,4455706542,2447074420,6636363640,6389894090,6013883347,784963855

Tabla 5.5 Continuacin de parmetros caractersticos de la turbina a gas analizada.Carga aplicada(Lbs)Rendimiento ideal del ciclo(%)Relacin de TemperaturasRelacin de TrabajosConsumo especifico de CombustiblePar Motor

350,2260061920,3362831860,1065042321,5903673565,713312166

450,2260061920,3153526970,128272731,4062195577,345687071

550,2260061920,2974559690,1501494191,2144623448,978061975

650,2260061920,2843779230,1709696621,10102355410,61043688

Tabla 5.6 Datos obtenidos del balance Trmico de la turbina de gas analizada.Carga aplicada(Lbs)Energa de combustible(Kj/min)Energa til(Kj/min)Perdida por friccin(Kj/min)Perdida por transferencia de calor(Kj/min)

3519366,666721043,784228,14136-1765,884536

4522016,842171342,008228,14136-74,81169436

5523240,000061640,232228,14136647,4797123

6524900,000071938,456228,141361076,884679

Figura 5.1. Comportamiento de parmetros de estudio en la turbina a gas.

Figura 5.2. Representacin de la variacin de potencia con respecto al par motor.

6. ANALISIS DE RESULTADOS

En la TABLA 5.1 se pudo observar que a medida que se fu aumentando la carga a la turbina, la temperatura de entrada en el tubo venturi, la presin de salida y la presin de entrada en el compresor del sistema se mantuvieron constantes, ya que la turbina trabaj a una velocidad constante, siendo sus valores 31C, 20 psi y 8 psi respectivamente. Seguidamente en la TABLA 5.2 al igual que en la anterior, a medida que se fu aumentando la carga de la turbina el tiempo en consumir 1 l de combustible fu disminuyendo en el sistema.Luego en la TABLA 5.3 a la 5.5se anotaron los diferentes parmetros termodinmicos y operacionales de la turbina de gas obtenidos de los clculos correspondientes, en donde se pudo observar que algunas variables se mantuvieron constantes y otras variaron de acuerdo con el aumento de la carga al sistema, para luego ser graficadas las curvas de los parmetros obtenidos con respecto al aumento de carga. As como tambin para la TABLA 5.6

Para un mayor entendimiento se describirn a continuacin las grficas obtenidas: La FIGURA 5.1 presenta una serie de curvas, donde se representa la relacin de todas las eficiencias relacionadas al funcionamiento de la turbina de gas con respecto a la carga aplicada. Analizando detalladamente cada una de las curvas que se presentan, se tiene por ejemplo un comportamiento casi constante en la eficiencia de combustin presentando un pequeo decremento, dicho comportamiento es irregular a que ya que generalmente al mayor consumo de combustible, producto del aumento de las exigencias de carga la eficiencia de la combustin debera aumentar, este comportamiento es el esperado debido a que a mayor carga aplicada existe una mayor potencia en la mquina, lo que produce un aumento de la temperatura en la cmara de combustin, con lo cual provoca una mejor combustin y por ende mayor eficiencia. Por otra parte, las eficiencias de las turbinas y el compresor son opuestas en cuanto a valor en este caso, siendo la de este ltimo mayor en comparacin con la primera. Esto dice que la turbina aprovecho menos el fluido de estudio para convertirlo en trabajo, quizs esto pudo haber sido producto de las irreversibilidades presentes en el mismo o por efectos de errores en la determinacin de relacin de expansin. Al detallar las curvas, se demuestra grficamente lo expresado anteriormente. El mximo rendimiento de la turbina fue de 65,09% para una carga de 35 lbm y el del compresor coincidi en 71,12%. En cuanto al rendimiento trmico del ciclo, se puede notar que este aumenta proporcional a la carga que se aplica. Este comportamiento era de esperarse ya que en las condiciones en las que opera el ciclo, la carga aplicada ocasiona como consecuencia un aumento en la salida de los gases de escape, lo que contribuye a una buena combustin obtenindose as un mejor rendimiento. Para la presente experiencia, el sistema obtuvo un rendimiento mximo de 7,78% que puede considerarse un tanto bajo en relacin al que tienen comnmente las turbinas a gas. El rendimiento del ciclo ideal permanece constante en 22,6 %. Tambin se observa el flujo msico de aire y combustible en funcin de la carga aplicada. Dichos consumos realizados por la turbina muestran un comportamiento poco lgico en relacin al consumo de flujo aire, ya que estos tienden a disminuir a medida que aumenta la carga, situacin que debera presentarse de manera contraria, puesto que a mayor carga, mayor es el requerimiento de aire y combustible para producir potencia. En cuanto al consumo de combustible, la curva generada ofrece una descripcin acorde con la realidad, ya que esta refleja un ligero aumento de flujo de combustible producido por el aumento de la carga, condicin que resulta lgica debido a que cuando la carga aumenta, el sistema requiere de un mayor flujo de combustible para garantizar la demanda de potencia.

Por ultimo LA FIGURA 5.2 nos presenta de forma breve la relacin existente entre el par torsional y la potencia al freno, y como ambas aumentan de forma casi proporcional a medida que la carga aplicada aumenta.

Guillermo Tranquini C.I: 21612411

6. ANALISIS DE RESULTADOS.Al observar las diferentes tablas y figuras en donde se plasmaron los resultados obtenidos se pueden notar diferentes aspectos, con respecto a las TABLAS 5.1 y 5.2 se puede decir que son los datos experimentales con los cuales se hicieron los clculos pertinentes para realizar el estudio, en las TABLAS 5.3, 5.4 y 5.5 se colocaron todos los parmetros caractersticos calculados. En la TABLA 5.1 Y 5.2 se puede notar que las presiones tanto de entrada como de salida del compresor se mantuvieron constante a medida que fue aumentado la carga, la temperatura de los gases de escape fueron aumentando a medida que la carga del freno fue aumentando y el tiempo en el cual se consuma un litro de combustible fue disminuyendo a medida que la carga aplicada fue aumentando. Con respecto a los parmetros que se observan en las TABLAS 5.3, 5.4 y 5.5 se puede acotar que presentan o un comportamiento constante a medida que la carga va aumentando, o que el comportamiento del mismo varia a medida que la carga va aumentando. Con respecto a la TABLA 5.6 se puede decir lo mismo que se dijo para las 3 ltimas tablas. Ahora con respecto a la FIGURA 5.1 se puede notar que los flujos msicos ah representados tuvieron comportamientos diferentes, el de combustible presento un comportamiento prcticamente constante a medida que fue variando la carga, mientras que el de aire presento al principio un comportamiento constante y luego tuvo una disminucin, pasando a las eficiencias plasmadas en la figura, se puede notar que la eficiencia de la combustin presento una pequea disminucin, esta tuvo un comportamiento prcticamente lineal a medida que se aumento la carga, mientras que si se observa el comportamiento de la eficiencia de la turbina se puede notar que decrece y luego tiene un pequeo crecimiento pero no supera su eficiencia mxima, y por ultimo la eficiencia del compresor presentaron comportamiento constante en las primeras cargas y en las ultimas dos present una cada y termino comportndose prcticamente de manera lineal. Con respecto al rendimiento trmico del ciclo estudiado se puede decir a medida que aumenta la carga este va aumentando, esto era de esperarse ya que las temperaturas de escape aumentan a medida que la carga aumenta. Y con respecto al rendimiento del ciclo ideal este se mantuvo de manera constante a lo largo de toda la experiencia. Con respecto a la FIGURA 5.2 es fcil notar que a medida que la carga aumenta el par motor y la potencia del freno aumentan a su vez.Victor LpezCI: 21172456

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Conclusiones: La turbina a gas est formada primordial mente por un compresor, una cmara de combustin y una turbina.

La turbina de gas es una planta que produce una alta potencia por unida de peso o tamao Las turbinas de gas tiene eficiencias bajas si se comparan con ciclos de motores de combustin interna Las turbinas tienen la facultad de aprovechar 1/3 de la energa proporcionada por un combustible

A medida que se requiera generar una mayor energa ser necesario el incremento en la proporcin del flujo de aire que entrega la potencia

.el l aumento el flujo de aire se debe ser proporcional al aumento en el flujo del combustible a fin de lograr en la cmara de combustin una reaccin homognea

La potencia al freno es directamente proporcional a la carga aplicada, es decir, que al aumentar la carga aumenta la potencia al freno.

La eficiencia de la turbina decar por efectos de diferentes factores como la friccin, la transferencia de calor hacia los alrededores, las cadas de presin, entre otros

La temperatura de los gases de escapes se incrementan a medida que aumenta la potencia al freno

Recomendaciones:

Reparar el banco de pruebas de turbina de gas y vapor para poder generar una experiencia de aprendizaje mas amplia con respecto al tpico.

Tener sumo cuidado a la hora de tomar valores de las curvas caractersticas de la turbinas de gas y vapor

Y realizar medidas de variables con los instrumento de medicin adecuados

Guillermo Tranquini C.I: 21612411

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

Conclusiones: Las presiones de entrada y salida del compresor se mantienen constantes. La turbina a gas est conformada principalmente por un compresor, una cmara de combustin y una turbina. A medida que la carga aumenta la potencia del freno aumenta. A medida que la carga aumenta el par motor aumenta. Para aumentar la produccin de energa es necesario aumentar el flujo msico del aire. Para lograr una combustin homognea es necesario una buena relacin entre el flujo msico del aire y el flujo msico del combustible. La potencia al freno es directamente proporcional a la carga aplicada, es decir, que al aumentar la carga aumenta la potencia al freno. La temperatura de los gases de escapes se incrementan a medida que aumenta la potencia al freno. La friccin en el eje, la transferencia de calor a los alrededores y las cadas de presin son factores que influyen en el rendimiento de la turbina.

Recomendaciones: Reparar el sistema de turbina a gas en el laboratorio, con el fin de poder observar el funcionamiento de la misma.

Victor LpezCI:21172456

8. BIBLIOGRAFA

1. Avallonee, Eugene & Teodore Baumeister III. Manual del Ingeniero Mecnico. 9na Edicin. Editorial McGraw-Hill.

2. Cengel Y. A., Transferencia de Calor. 2da Edicin. McGraw-Hill/Interamericana Editores, S.A. de C.V. (2004).

3. Wikipedia, Turbina a Gas. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/turbina a gas.

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