Transformacion de un Turbo Compresor a Turbina Gas

(67.98)Trabajo Profesional de Ingeniería Mecanica A
"Transformación de un TurboCompresor a Turbina Gas"
Realizado por los alumnos
TRAVERSO, Paulo Luis ( padrón78528 )
COLOMBO, Luis Federico ( padrón78284 )
.
El trabajo se presentó el lunes 11 de diciembre de 2006,
a las 18 hs.
Tutores del trabajo: Ing. Efrain LEDESMA,
Ing . José Pablo CEBREIRO
( 042-02 ) "Transformación de un TurboCompresor a Turbina Gas".
Autores: TRAVERSO, Paulo Luis
COLOMBO, Luis Federico
Tutores: Ing. Efrain LEDESMA,
Ing . José Pablo CEBREIRO
Resumen:
El objeto del presente trabajo profesional fue la construcción de una turbina de gas a partir de un turbocompresor de camión existente. Se buscó

obtener una instalación de pequeñas dimensiones, de sencillo ensamble y funcionamiento, para utilizarla didácticamente, y eventualmente para un
futuro desarrollo de un generador.
El elemento faltante para obtener una turbina de gas era la cámara de combustión, ya que un turbocompresor como
el utilizado, posee un compresor centrífugo y turbina radial vinculadas por un eje.
En el trabajo se buscó utilizar el compresor centrífugo del turbocompresor para que comprima aire, el cual se utiliza luego para el quemado de
combustible dentro de la cámara de combustión. Los gases calientes productos de la combustión se expanden en el conjunto tobera-turbina del
turbocompresor. La potencia útil generada por la turbina es utilizada enteramente para mover el compresor, es decir, el sistema se estabilizará cuando
la potencia de la turbina sea igual a la del compresor (teóricamente, ya que hay pérdidas por rozamiento, viscosidad, etc.).
El diseño se basó en el ciclo de Brayton simple, que modeliza el funcionamiento del compresor-turbina, y de la cámara de combustión.
También se debieron diseñar y construir, un sistema de lubricación y un sistema de encendido, e idear también un sistema para hacer girar al conjunto
compresor-turbina, durante el arranque.
Por otro lado se instrumento la instalación con 3 termocuplas que miden temperatura en lugares significativos, un manómetro que mide la presión
dentro de la cámara, y un segundo manómetro que mide la presión de aceite de lubricación.
En el trabajo se buscó, a partir del mapa del compresor, que el punto de trabajo del mismo, se correspondiera con la utilización normal de dicho
compresor en un motor de combustión interna.. Con esa información, se establecieron las dimensiones básicas de la cámara de combustión de la
turbina de gas. Se determinaron también los caudales de combustible (GLP) y de aire primario, secundario y terciario, como así también las
dimensiones y número de agujeros necesarios para el ingreso de estos tres últimos.
Posteriormente se estimaron los parámetros del ciclo termodinámico de la turbina de gas, debiéndose determinar
la temperatura adiabática de llama, y el estudio de los diferentes intercambios de calor, dentro de la cámara de combustión, y hacia el exterior, a fin
de determinar las temperaturas de los puntos característicos del ciclo de Brayton simple.
En cuanto a la parte constructiva, se debió tener especial cuidado en la soldadura de los materiales (aceros inoxidables), y en el diseño y construcción
de la parte final de la cámara de combustión, donde esta se acopla con
el caracol de la turbina. En cuanto al sistema de lubricación, se decidió respetar los parámetros de presión y temperatura, con los cuales normalmente
opera el turbocompresor utilizado, en un motor de combustión interna.
Para el suministro de lubricante, se diseño un mecanismo que utiliza una bomba eléctrica.
En cuanto al diseño del circuito de combustible, se partió de la presión de alimentación de una garrafa normal de GLP, y se trató de utilizar
componentes comerciales en la construcción del conjunto del pico de alimentación de dicho combustible, colocado en la cámara de combustión.
En cuanto a los ensayos de la turbina, se debió corregir experimentalmente los porcentajes de aire primario, secundario y terciario, como así también
el caudal de combustible, a fin de dismimuir la temperatura de los gases en el ingreso de la turbina, para garantizar la durabilidad de la misma. Luego
de las modificaciones, se logró una temperatura de salida de la turbina de alrededor de 650 °C, cifra que se consideró razonable.
Si bien el funcionamiento y puesta en marcha de la turbina han sido más que satisfactorios, no se alcanzó la presión de la cámara de combustión
prevista (alrededor de 2 atmósferas manométricas), debido a que la turbina utilizada no esta diseñada para operar con un salto de presión como el
previsto. Para corregir esto, se debería cambiar el diseño de conjunto turbina del turbo - compresor y/o aumentar la presión de descarga de la misma.
Se destaca que ambas alternativas, están fuera del trabajo original, el cual además imponía la utilización de un turbocompresor de serie como el
utilizado, debido a las limitaciones de tiempo y fondos.

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