Simulación numérica por CFD del comportamiento. en estado estable de una turbina de gas frame 7

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1 con la diaria dedicación al quehacer científico. Con esta emisión se abordan diferentes tópicos para ofrecer a nuestros lectores la oportunidad de profundizar en los conocimientos sobre algún tema en especial o bien, enterarse de los desarrollos más recientes generados por el personal de vestigación del Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE). Es conveniente señalar que los artículos contenidos en este Boletín IIE corresponden a diversas áreas de especialidad dentro de la estructura organizacional del Instituto: Supervisión de Procesos, Control e Instrumentación, Energ No Convencionales y Turbomaquinaria, lo que permitirá al lector visualizar el amplio campo donde se genera el conocimiento en el IIE. De igual modo, contamos con la participación de Ángel Fierros Palacios, director del área de Energías Alternas. Su aportación es un artículo donde se reflex na sobre el origen y el destino del final de nuestro universo; en él describe la paradoja del universo al descubrir que éste tiene un principio y un final pero, al mismo tiempo, es eterno. Por su parte, en la aportación del área de Control e Instrumentación se revisan los mecanismos específic para el diseño y desarrollo de un sistema de control activo tolerante a fallas, capaz de detectar y aislar fallas en línea de los turbogeneradores de gas y vapor de una central de generación eléctrica de ciclo combinado. Dos escritos más complementan esta edición, uno de ellos es producto de colaboración entre miembros de las áreas de Turbomaquinaria y Energías No Convencionales. Los temas tratados ofrecen, en primer lugar, una comparativa entre dos plataformas de programación en el contexto empresarial; y en segundo, los resultados de la simulación por Computing Flu Dynamics que se realizaron a la primera etapa de una turbina de gas GE Frame 7. Con el amplio abanico de temas que abordan los contenidos de este tercer número del Boletín IIE, estamos convencidos de satisfacer las expectativas de nuestros lectores con la calidad y dinamismo que se m recen. Nuestro Boletín IIE es una publicación enfocada a informar con el mayor dinamismo posible y con el presente número llegamos a la tercera edición del año. En esta ocasión procuramos reunir una serie de artículos con temas diversos que reflejen las tendencias y avances técnicos que logran con la diaria dedicación al quehacer científico. Con esta emisión se abordan diferentes tópicos para ofrecer a nuestros lectores la oportunidad de profundizar en los conocimientos sobre algún tema en especial o bien, enterarse de los desarrollos más recientes generados por el person de investigación del Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE). Es conveniente señalar que los artículos contenidos en este Boletín IIE corresponden a diversas áreas de especialidad dentro de la estructura organizacional del Instituto: Supervisión de Procesos, Control e Instrumentació Energías No Convencionales y Turbomaquinaria, lo que permitirá al lector visualizar el amplio campo donde se genera el conocimiento en el IIE. De igual modo, contamos con la participación de Ángel Fierros Palacios, director del área de Energías Alternas. Su aportación es un artículo don se reflexiona sobre el origen y el destino del final de nuestro universo; en él describe la paradoja del universo al descubrir que éste tiene un principio y un final pero, al mismo tiempo, es eterno. Por su parte, en la aportación del área de Control e Instrumentación se revisan los mecanism específicos para el diseño y desarrollo de un sistema de control activo tolerante a fallas, capaz de detectar y aislar fallas en línea de los turbogeneradores de gas y vapor de una central de generación eléctrica de ciclo combinado. Dos escritos más complementan esta edición, uno de ellos producto de la colaboración entre miembros de las áreas de Turbomaquinaria y Energías No Convencionales. Los temas tratados ofrecen, en primer lugar, una comparativa entre dos plataformas de programación en el contexto empresarial; y en segundo, los resultados de la simulación p din mismo que se merecen. Nuestro Boletín IIE es una publicación enfocada a informar con el mayor dinamismo posible y con el presente número llegamos a la tercera edición del año. En esta ocasión procuramos reunir una serie de artículos con temas diversos que reflejen las tendencia 103 Artículos técnicos Introducción Los elementos calientes de las turbinas de gas sufren desgaste acelerado debido a las altas temperaturas a las que son sometidos (unos 2000 K); esto origina termofluencia, fatiga térmica, corrosión en caliente, oxidación y deterioro de la superficie del metal de los álabes y toberas, principalmente, de la primera etapa. La extensión de vida útil de estos elementos, conformados por superaleaciones de alto costo, es una técnica que se utiliza para reducir los gastos de operación en las centrales de generación. Conocer el comportamiento de estos mecanismos durante su operación en estado estable y ciclos de paro y arranque, permite establecer los criterios para su evaluación y, en su caso, oportuna reparación. La dinámica de fluidos computacionales (CFD, por sus siglas en inglés) ha sido extensamente utilizada para analizar el flujo a través de maquinaria rotatoria en general (Wolfgang et al., 1998; Lakshminarayana, 1995; Calvert et al., 1997; Glannville, 2001). Debido a los altos costos asociados con las pruebas, los códigos CFD han sido integrados en las primeras etapas del diseño. Este artículo describe la aplicación de un software comercial de CFD para modelar el canal de flujo de la primera etapa de una turbina de gas Frame 7, mismo que consta de la modelación de las superficies de una tobera fija con ductos de enfriamiento y de un álabe móvil integrados en una etapa. El objetivo principal de este estudio es determinar la confiabilidad del modelo (CFD) de la malla tridimensional del canal de flujo con base en los resultados del comportamiento del fluido de datos de diseño. Nomenclatura Ps Presión estática Vz Componente axial de velocidad Ts Temperatura estática V Velocidad absoluta W Velocidad relativa Densidad Vr Componente radial de velocidad ui (i = 1,2,3) las componentes cartesianas de la velocidad Vt Componente tangencial de velocidad Fi Fuerza aplicada sobre el cuerpo μ Viscosidad dinámica. P Presión del fluido Método computacional CFD Las simulaciones se realizaron con el código comercial FINE TM /Turbo, un paquete de CFD especializado para aplicaciones en turbomaquinaria. Este paquete incluye la generación de los nodos, el módulo de proceso del fluido y el software de post proceso. El esquema numérico resuelve las ecuaciones 3D de Navier-Stokes Reynoldspromedio (RANS) en grids multi bloques no-ortogonales estructurados. La flexibi- Simulación numérica por CFD del comportamiento en estado estable de una turbina de gas frame 7 Alejandro Hernández R., Juan A. Roque López Hernández, Zdizslaw Mazur C. y Jesús Cordero G.

2 la diaria dedicación al quehacer científico. Con esta emisión se abordan diferentes tópicos para ofrecer a nuestros lectores la oportunidad de profundizar en los conocimientos sobre algún tema en especial o bien, enterarse de los desarrollos más recientes generados por el personal de intigación del Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE). Es conveniente señalar que los artículos contenidos en este Boletín IIE corresponden a diversas áreas de especialidad dentro de la estructura organizacional del Instituto: Supervisión de Procesos, Control e Instrumentación, Energías Convencionales y Turbomaquinaria, lo que permitirá al lector visualizar el amplio campo donde se genera el conocimiento en el IIE. De igual modo, contamos con la participación de Ángel Fierros Palacios, director del área de Energías Alternas. Su aportación es un artículo donde se reflexiosobre el origen y el destino del final de nuestro universo; en él describe la paradoja del universo al descubrir que éste tiene un principio y un final pero, al mismo tiempo, es eterno. Por su parte, en la aportación del área de Control e Instrumentación se revisan los mecanismos específicos a el diseño y desarrollo de un sistema de control activo tolerante a fallas, capaz de detectar y aislar fallas en línea de los turbogeneradores de gas y vapor de una central de generación eléctrica de ciclo combinado. Dos escritos más complementan esta edición, uno de ellos es producto de la aboración entre miembros de las áreas de Turbomaquinaria y Energías No Convencionales. Los temas tratados ofrecen, en primer lugar, una comparativa entre dos plataformas de programación en el contexto empresarial; y en segundo, los resultados de la simulación por Computing Fluid namics que se realizaron a la primera etapa de una turbina de gas GE Frame 7. Con el amplio abanico de temas que abordan los contenidos de este tercer número del Boletín IIE, estamos convencidos de satisfacer las expectativas de nuestros lectores con la calidad y dinamismo que se meen. Nuestro Boletín IIE es una publicación enfocada a informar con el mayor dinamismo posible y con el presente número llegamos a la tercera edición del año. En esta ocasión procuramos reunir una serie de artículos con temas diversos que reflejen las tendencias y avances técnicos que se ran con la diaria dedicación al quehacer científico. Con esta emisión se abordan diferentes tópicos para ofrecer a nuestros lectores la oportunidad de profundizar en los conocimientos sobre algún tema en especial o bien, enterarse de los desarrollos más recientes generados por el personal investigación del Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE). Es conveniente señalar que los artículos contenidos en este Boletín IIE corresponden a diversas áreas de especialidad dentro de la estructura organizacional del Instituto: Supervisión de Procesos, Control e Instrumentación, rgías No Convencionales y Turbomaquinaria, lo que permitirá al lector visualizar el amplio campo donde se genera el conocimiento en el IIE. De igual modo, contamos con la participación de Ángel Fierros Palacios, director del área de Energías Alternas. Su aportación es un artículo donde reflexiona sobre el origen y el destino del final de nuestro universo; en él describe la paradoja del universo al descubrir que éste tiene un principio y un final pero, al mismo tiempo, es eterno. Por su parte, en la aportación del área de Control e Instrumentación se revisan los mecanismos ecíficos para el diseño y desarrollo de un sistema de control activo tolerante a fallas, capaz de detectar y aislar fallas en línea de los turbogeneradores de gas y vapor de una central de generación eléctrica de ciclo combinado. Dos escritos más complementan esta edición, uno de ellos es ducto de la colaboración entre miembros de las áreas de Turbomaquinaria y Energías No Convencionales. Los temas tratados ofrecen, en primer lugar, una comparativa entre dos plataformas de programación en el contexto empresarial; y en segundo, los resultados de la simulación por mputing Fluid Dynamics que se realizaron a la primera etapa de una turbina de gas GE Frame 7. Con el amplio abanico de temas que abordan los contenidos de este tercer número del Boletín IIE, estamos convencidos de satisfacer las expectativas de nuestros lectores con la calidad y dinamo que se merecen. Nuestro Boletín IIE es una publicación enfocada a informar con el mayor dinamismo posible y con el presente número llegamos a la tercera edición del año. En esta ocasión procuramos reunir una serie de artículos con temas diversos que reflejen las tendencias y julio-septiembre del v D lidad de los nodos estructurados es lograda por la técnica de Full-Non Matching Connections, la cual, permite conectar arbitrariamente mallas de bloques de diferentes topologías de mallas o número de puntos entre cada uno. El algoritmo numérico utilizado es un esquema explícito de cuatro etapas Runge-Kutta (Jameson y Baker, 1984). Se utiliza una serie de técnicas de aceleración de convergencias tales como: suavización residual implícita, tiempo de paso dual y multigrid completo. La integración del espacio se desarrolla discretizando el volumen finito de centrado de celda de segundo orden, con una disipación artificial de segundo y cuarto orden. Se pueden realizar cálculos con malla burda en modo automático o en cada nivel de refinamiento de malla. Uno de los problemas que enfrenta el análisis de flujo turbulento se relaciona con la estimación del tensor de esfuerzos de Reynolds que aparece en las ecuaciones de Navier-Stokes (conjunto de ecuaciones no lineales en derivadas parciales que describen el movimiento de un fluido), por lo que se han desarrollado modelos matemáticos que permiten estimar el esfuerzo aparente. Lo anterior se basa, principalmente, en la aplicación del principio de conservación del momento lineal, determinada por la siguiente expresión: Y la aplicación de la ley de conservación de la masa, que se escribe: Los modelos de turbulencia se clasifican de acuerdo con el número de ecuaciones diferenciales de transporte usadas para las cantidades de turbulencia. Entre estos modelos se encuentran: Modelos de cero ecuaciones: Estos modelos no involucran ecuaciones de transporte para las cantidades de turbulencia, son relativamente simples y emplean el concepto de viscosidad de eddy; ésta se obtiene con experimentos de prueba y error a través de fórmulas empíricas o bien, por relación con la distribución de la velocidad promedio. Modelos de una ecuación: Con la finalidad de superar las limitaciones de los modelos de cero ecuaciones, se desarrollaron modelos que explicaran el transporte de las cantidades de turbulencia resolviendo las ecuaciones diferenciales de transporte para ellas. Estos modelos consideran el transporte difusivo y convectivo de la escala de velocidad turbulenta por lo que son superiores a los de cero ecuaciones. Modelos de dos ecuaciones: Utilizan el transporte no sólo de la escala de velocidad turbulenta sino de la escala de longitud. Emplean una ecuación de transporte para la escala de longitud la cual, permite la distribución de la escala de longitud aún en situaciones de flujo complejo. En los distintos códigos de CFD se pueden encontrar varios modelos de turbulencia que pertenecen a la clasificación anterior, pero que se diferencian por el número de ecuaciones de transporte, el refinamiento (precisión) de malla requerido, el costo (tiempo) computacional requerido para alcanzar una solución, la precisión en los cálculos y la disponibilidad con la que cuenta cada modelo. El modelo de turbulencia utilizado para este estudio fue Spalart-Allmaraz; un modelo de una ecuación de turbulencia que puede ser considerado como un puente entre el modelo algebraico de Baldwin-Lomax y los modelos de dos ecuaciones. Dicho modelo se ha vuelto popular en los últimos años, tanto por su robustez como por su habilidad para tratar flujos complejos. Al ser comparado con el Balwin-Lomax, el principal avance del modelo Spalart-Allmaraz es que el campo de viscosidad turbulenta de eddy siempre es continuo. Su ventaja sobre los modelos k- es, principalmente, su robustez y bajo uso de recursos de CPU y memoria. El principio de este modelo de turbulencia está basado sobre la resolución de una ecuación de transporte adicional para la viscosidad de eddy. Geometría y mallado La primera etapa de la turbina de gas Frame 7 de 60 MW se compone por 36 toberas fijas y 92 álabes móviles. La Figura 1 muestra la geometría de los álabes fijos y móviles que conforman la primera etapa de esta turbina. El dominio numérico fue discretizado usando una malla de multi-bloques estructurados. Esta clase de mallado ofrece una precisión numérica mayor a las mallas tetraédricas no estructuradas. Adicionalmente, se refinó la malla en zonas cercanas a la capa límite para minimizar errores numéricos (ver Figura 2). Figura 1. Tobera y álabe móvil de la primera etapa. Figura 2. Topología utilizada.

3 con la diaria dedicación al quehacer científico. Con esta emisión se abordan diferentes tópicos para ofrecer a nuestros lectores la oportunidad de profundizar en los conocimientos sobre algún tema en especial o bien, enterarse de los desarrollos más recientes generados por el personal de vestigación del Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE). Es conveniente señalar que los artículos contenidos en este Boletín IIE corresponden a diversas áreas de especialidad dentro de la estructura organizacional del Instituto: Supervisión de Procesos, Control e Instrumentación, Energ No Convencionales y Turbomaquinaria, lo que permitirá al lector visualizar el amplio campo donde se genera el conocimiento en el IIE. De igual modo, contamos con la participación de Ángel Fierros Palacios, director del área de Energías Alternas. Su aportación es un artículo donde se reflex na sobre el origen y el destino del final de nuestro universo; en él describe la paradoja del universo al descubrir que éste tiene un principio y un final pero, al mismo tiempo, es eterno. Por su parte, en la aportación del área de Control e Instrumentación se revisan los mecanismos específic para el diseño y desarrollo de un sistema de control activo tolerante a fallas, capaz de detectar y aislar fallas en línea de los turbogeneradores de gas y vapor de una central de generación eléctrica de ciclo combinado. Dos escritos más complementan esta edición, uno de ellos es producto de colaboración entre miembros de las áreas de Turbomaquinaria y Energías No Convencionales. Los temas tratados ofrecen, en primer lugar, una comparativa entre dos plataformas de programación en el contexto empresarial; y en segundo, los resultados de la simulación por Computing Flu Dynamics que se realizaron a la primera etapa de una turbina de gas GE Frame 7. Con el amplio abanico de temas que abordan los contenidos de este tercer número del Boletín IIE, estamos convencidos de satisfacer las expectativas de nuestros lectores con la calidad y dinamismo que se m recen. Nuestro Boletín IIE es una publicación enfocada a informar con el mayor dinamismo posible y con el presente número llegamos a la tercera edición del año. En esta ocasión procuramos reunir una serie de artículos con temas diversos que reflejen las tendencias y avances técnicos que logran con la diaria dedicación al quehacer científico. Con esta emisión se abordan diferentes tópicos para ofrecer a nuestros lectores la oportunidad de profundizar en los conocimientos sobre algún tema en especial o bien, enterarse de los desarrollos más recientes generados por el person de investigación del Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE). Es conveniente señalar que los artículos contenidos en este Boletín IIE corresponden a diversas áreas de especialidad dentro de la estructura organizacional del Instituto: Supervisión de Procesos, Control e Instrumentació Energías No Convencionales y Turbomaquinaria, lo que permitirá al lector visualizar el amplio campo donde se genera el conocimiento en el IIE. De igual modo, contamos con la participación de Ángel Fierros Palacios, director del área de Energías Alternas. Su aportación es un artículo don se reflexiona sobre el origen y el destino del final de nuestro universo; en él describe la paradoja del universo al descubrir que éste tiene un principio y un final pero, al mismo tiempo, es eterno. Por su parte, en la aportación del área de Control e Instrumentación se revisan los mecanism específicos para el diseño y desarrollo de un sistema de control activo tolerante a fallas, capaz de detectar y aislar fallas en línea de los turbogeneradores de gas y vapor de una central de generación eléctrica de ciclo combinado. Dos escritos más complementan esta edición, uno de ellos producto de la colaboración entre miembros de las áreas de Turbomaquinaria y Energías No Convencionales. Los temas tratados ofrecen, en primer lugar, una comparativa entre dos plataformas de programación en el contexto empresarial; y en segundo, los resultados de la simulación p din mismo que se merecen. Nuestro Boletín IIE es una publicación enfocada a informar con el mayor dinamismo posible y con el presente número llegamos a la tercera edición del año. En esta ocasión procuramos reunir una serie de artículos con temas diversos que reflejen las tendencia 105 Artículos técnicos La malla del dominio del fluido utiliza la topología O4H que admite elementos ortogonales con la superficie de los álabes. La malla fue construida usando una opción multigrid de tres niveles, lo que permite computar soluciones en malla burda interpolando resultados para inicializar subsecuentemente los cómputos con mallas medias y finas. Se utilizaron dos tipos de acoplamientos entre los nodos de los bloques: Full non matching. Este método permite la conexión de nodos entre bloques cuyos extremos no coinciden con sus nodos vecinos, lo que es particularmente útil cuando la geometría dificulta la paridad entre bloques. Matching-grids. Cuando la topología de la geometría no es muy compleja, se pueden hacer las conexiones nodo con nodo, es decir, los extremos de los bloques vecinos coinciden. El dominio de la malla del fluido incluye el claro entre el álabe móvil y la carcasa, la Tabla 1 muestra sus características. El dominio de la malla de fluido de la primera etapa (tobera y álabe móvil) es de 1, 764, 438 nodos. El total de nodos representa una malla sensiblemente fina que es función directa del parámetro adimensional (wall distance) y +. Dicho parámetro varía entre 1 a 10 en la superficie del álabe, siendo menor en la malla de fluido y un valor aceptable para la simulación con el modelo de turbulencia Spalart-Allmaraz. En la Figura 3 se presenta la topología de mallado del canal de flujo, los sólidos de la tobera y el álabe, en sus tres niveles de multigrid. Condiciones de frontera En la Tabla 2 se presentan las condiciones de frontera que se impusieron al modelo del canal de flujo, a la entrada de la tobera y a la salida del álabe móvil, así como las características del aire de enfriamiento de la tobera. En la Figura 4 se puede observar el arreglo de simulación de los ductos de enfriamiento en la tobera. Se aprecian dos hileras de ductos en el lado succión, una fila en el lado presión y otra fila de ductos en el filo de salida de la tobera. Las conexiones entre los componentes fijos y rotarios se hizo utilizando etapas de interfase. El aire de enfriamiento en los ductos de la tobera fue modelado con el módulo cooling bleed del paquete comercial. Con esto se impusieron condiciones de flujo másico constante y temperatura (extracción) sobre las celdas de la superficie exterior que se designaron como agujeros de enfriamiento, esto redujo el trabajo de construcción del sólido pues evitó construir el modelo de cada canal de enfriamiento. Las corridas fueron realizadas en una Workstation HP XW6200 de dos procesadores de 2.5 Ghz y 4 GB en RAM en plataforma Linux y se configuraron para 500 ciclos por nivel de malla. Se corrieron los tres niveles que son malla burda, malla media y malla fina. El criterio de convergencia por nivel de malla fue de -3(rms). El máximo número de iteraciones en malla fina fue de 1500 con un criterio de convergencia de -6(rms). El tiempo de cómputo fue de 15 hrs. Discusión de resultados En la Figura 5 se observa la distribución del parámetro adimensional (wall distance) y +, en la tobera como en el álabe móvil. ROW NAME row 1 (tobera) row 2 (álabe móvil) # Main Blades Number of Points Number of Layers B2B Topology Attributes Default, Attributes Default, Cells Distribution Distribution (ver Fig. 3) (ver Fig. 4) 1 st Cell Width 5.0 E E-0.6 Multigrid Levels (2,2,2) (2,2,2) (I,J,K) niveles de multigrid. Tabla 2. Parámetros impuestos como condiciones de frontera en el dominio de la malla. Condiciones de frontera a la entrada Flujo principal a la entrada Kg/s Temperatura estática a la entrada Temp Max K Temp. Min K (Perfil de temperatura) Ángulo de incidencia del flujo Vr/V=0, Vt/V=0, principal Vz/V=1 Viscosidad turbulenta m 2 /s Flujo de Aire enfriamiento Tobera Kg/s Temperatura de aire de enfriamiento tobera K Condiciones de frontera a la salida Presión estática a la salida del 472,980.3 Pa álabe móvil Velocidad de rotación 3600 rpm

4 la diaria dedicación al quehacer científico. Con esta emisión se abordan diferentes tópicos para ofrecer a nuestros lectores la oportunidad de profundizar en los conocimientos sobre algún tema en especial o bien, enterarse de los desarrollos más recientes generados por el personal de intigación del Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE). Es conveniente señalar que los artículos contenidos en este Boletín IIE corresponden a diversas áreas de especialidad dentro de la estructura organizacional del Instituto: Supervisión de Procesos, Control e Instrumentación, Energías Convencionales y Turbomaquinaria, lo que permitirá al lector visualizar el amplio campo donde se genera el conocimiento en el IIE. De igual modo, contamos con la participación de Ángel Fierros Palacios, director del área de Energías Alternas. Su aportación es un artículo donde se reflexiosobre el origen y el destino del final de nuestro universo; en él describe la paradoja del universo al descubrir que éste tiene un principio y un final pero, al mismo tiempo, es eterno. Por su parte, en la aportación del área de Control e Instrumentación se revisan los mecanismos específicos a el diseño y desarrollo de un sistema de control activo tolerante a fallas, capaz de detectar y aislar fallas en línea de los turbogeneradores de gas y vapor de una central de generación eléctrica de ciclo combinado. Dos escritos más complementan esta edición, uno de ellos es producto de la aboración entre miembros de las áreas de Turbomaquinaria y Energías No Convencionales. Los temas tratados ofrecen, en primer lugar, una comparativa entre dos plataformas de programación en el contexto empresarial; y en segundo, los resultados de la simulación por Computing Fluid namics que se realizaron a la primera etapa de una turbina de gas GE Frame 7. Con el amplio abanico de temas que abordan los contenidos de este tercer número del Boletín IIE, estamos convencidos de satisfacer las expectativas de nuestros lectores con la calidad y dinamismo que se meen. Nuestro Boletín IIE es una publicación enfocada a informar con el mayor dinamismo posible y con el presente número llegamos a la tercera edición del año. En esta ocasión procuramos reunir una serie de artículos con temas diversos que reflejen las tendencias y avances técnicos que se ran con la diaria dedicación al quehacer científico. Con esta emisión se abordan diferentes tópicos para ofrecer a nuestros lectores la oportunidad de profundizar en los conocimientos sobre algún tema en especial o bien, enterarse de los desarrollos más recientes generados por el personal investigación del Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE). Es conveniente señalar que los artículos contenidos en este Boletín IIE corresponden a diversas áreas de especialidad dentro de la estructura organizacional del Instituto: Supervisión de Procesos, Control e Instrumentación, rgías No Convencionales y Turbomaquinaria, lo que permitirá al lector visualizar el amplio campo donde se genera el conocimiento en el IIE. De igual modo, contamos con la participación de Ángel Fierros Palacios, director del área de Energías Alternas. Su aportación es un artículo donde reflexiona sobre el origen y el destino del final de nuestro universo; en él describe la paradoja del universo al descubrir que éste tiene un principio y un final pero, al mismo tiempo, es eterno. Por su parte, en la aportación del área de Control e Instrumentación se revisan los mecanismos ecíficos para el diseño y desarrollo de un sistema de control activo tolerante a fallas, capaz de detectar y aislar fallas en línea de los turbogeneradores de gas y vapor de una central de generación eléctrica de ciclo combinado. Dos escritos más complementan esta edición, uno de ellos es ducto de la colaboración entre miembros de las áreas de Turbomaquinaria y Energías No Convencionales. Los temas tratados ofrecen, en primer lugar, una comparativa entre dos plataformas de programación en el contexto empresarial; y en segundo, los resultados de la simulación por mputing Fluid Dynamics que se realizaron a la primera etapa de una turbina de gas GE Frame 7. Con el amplio abanico de temas que abordan los contenidos de este tercer número del Boletín IIE, estamos convencidos de satisfacer las expectativas de nuestros lectores con la calidad y dinamo que se merecen. Nuestro Boletín IIE es una publicación enfocada a informar con el mayor dinamismo posible y con el presente número llegamos a la tercera edición del año. En esta ocasión procuramos reunir una serie de artículos con temas diversos que reflejen las tendencias y julio-septiembre del v D El valor máximo encontrado fue de 25, pero el promedio estuvo en el rango de 7. Este valor es suficiente para poder garantizar una buena convergencia de los resultados en la interfaz fluido-sólido. Los resultados de la distribución de presiones en el flujo principal, a la entrada y salida del álabe móvil, se muestran en la Figura 6. Se observa una distribución típica de presiones estáticas en el lado presión de la superficie del álabe móvil. La velocidad relativa en el canal de flujo del álabe móvil se muestra en la Figura 7. Se observa un incremento en la velocidad justo en la zona de la garganta de los álabes móviles, un resultado esperado. La Figura 8 muestra el contorno de temperaturas desde la tobera hasta la salida del álabe móvil. Figura 5. Distribución del valor adimensional y +. Figura 6. Presión Relativa a la entrada y presión estática a la salida del álabe móvil. Figura 7. Velocidad relativa máxima en la entrada del canal Figura 8. Contornos de color de temperatura estática a lo largo del canal enfriamiento en tobera.

5 con la diaria dedicación al quehacer científico. Con esta emisión se abordan diferentes tópicos para ofrecer a nuestros lectores la oportunidad de profundizar en los conocimientos sobre algún tema en especial o bien, enterarse de los desarrollos más recientes generados por el personal de vestigación del Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE). Es conveniente señalar que los artículos contenidos en este Boletín IIE corresponden a diversas áreas de especialidad dentro de la estructura organizacional del Instituto: Supervisión de Procesos, Control e Instrumentación, Energ No Convencionales y Turbomaquinaria, lo que permitirá al lector visualizar el amplio campo donde se genera el conocimiento en el IIE. De igual modo, contamos con la participación de Ángel Fierros Palacios, director del área de Energías Alternas. Su aportación es un artículo donde se reflex na sobre el origen y el destino del final de nuestro universo; en él describe la paradoja del universo al descubrir que éste tiene un principio y un final pero, al mismo tiempo, es eterno. Por su parte, en la aportación del área de Control e Instrumentación se revisan los mecanismos específic para el diseño y desarrollo de un sistema de control activo tolerante a fallas, capaz de detectar y aislar fallas en línea de los turbogeneradores de gas y vapor de una central de generación eléctrica de ciclo combinado. Dos escritos más complementan esta edición, uno de ellos es producto de colaboración entre miembros de las áreas de Turbomaquinaria y Energías No Convencionales. Los temas tratados ofrecen, en primer lugar, una comparativa entre dos plataformas de programación en el contexto empresarial; y en segundo, los resultados de la simulación por Computing Flu Dynamics que se realizaron a la primera etapa de una turbina de gas GE Frame 7. Con el amplio abanico de temas que abordan los contenidos de este tercer número del Boletín IIE, estamos convencidos de satisfacer las expectativas de nuestros lectores con la calidad y dinamismo que se m recen. Nuestro Boletín IIE es una publicación enfocada a informar con el mayor dinamismo posible y con el presente número llegamos a la tercera edición del año. En esta ocasión procuramos reunir una serie de artículos con temas diversos que reflejen las tendencias y avances técnicos que logran con la diaria dedicación al quehacer científico. Con esta emisión se abordan diferentes tópicos para ofrecer a nuestros lectores la oportunidad de profundizar en los conocimientos sobre algún tema en especial o bien, enterarse de los desarrollos más recientes generados por el person de investigación del Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE). Es conveniente señalar que los artículos contenidos en este Boletín IIE corresponden a diversas áreas de especialidad dentro de la estructura organizacional del Instituto: Supervisión de Procesos, Control e Instrumentació Energías No Convencionales y Turbomaquinaria, lo que permitirá al lector visualizar el amplio campo donde se genera el conocimiento en el IIE. De igual modo, contamos con la participación de Ángel Fierros Palacios, director del área de Energías Alternas. Su aportación es un artículo don se reflexiona sobre el origen y el destino del final de nuestro universo; en él describe la paradoja del universo al descubrir que éste tiene un principio y un final pero, al mismo tiempo, es eterno. Por su parte, en la aportación del área de Control e Instrumentación se revisan los mecanism específicos para el diseño y desarrollo de un sistema de control activo tolerante a fallas, capaz de detectar y aislar fallas en línea de los turbogeneradores de gas y vapor de una central de generación eléctrica de ciclo combinado. Dos escritos más complementan esta edición, uno de ellos producto de la colaboración entre miembros de las áreas de Turbomaquinaria y Energías No Convencionales. Los temas tratados ofrecen, en primer lugar, una comparativa entre dos plataformas de programación en el contexto empresarial; y en segundo, los resultados de la simulación p din mismo que se merecen. Nuestro Boletín IIE es una publicación enfocada a informar con el mayor dinamismo posible y con el presente número llegamos a la tercera edición del año. En esta ocasión procuramos reunir una serie de artículos con temas diversos que reflejen las tendencia 107 Artículos técnicos Validación de los resultados Para validar los resultados del comportamiento del flujo principal en la tobera y el álabe móvil se compararon, directamente, los resultados de los parámetros principales con los valores de pruebas de operación de la inter-etapa de la turbina tomados por el fabricante (ver Tabla 3). Las temperaturas de entrada y salida del álabe varían dado que, en la tobera, se impuso una temperatura de entrada del flujo principal, menor al valor del diseño original. Ello debido a que en condiciones normales de operación, esta unidad redujo la temperatura a la entrada para evitar deterioro prematuro de componentes. La variación fue de 1413 K a 1358 K, reduciendo la temperatura inicial 55 grados K. Para el cálculo del error se consideró reducir 55 grados los valores de diseño. Conclusiones Para obtener un modelo CFD del dominio de la malla del fluido, numéricamente estable, se realizó un gran número de corridas de prueba ajustando los parámetros de las condiciones de soluciones iniciales, en todas las condiciones de entrada del modelo. La malla muestra tener una calidad adecuada para el análisis de comportamiento de flujo, pues el error promedio entre los valores calculados contra los obtenidos en las corridas oscila en un 3.15%. El modelo de turbulencia Spallart-Allmaraz tiene un buen comportamiento de convergencia. Los contornos de distribución de temperaturas, sobre el perfil del álabe móvil, muestran buena similitud con las manchas por corrosión en caliente de un álabe móvil retirado después de 25 mil horas de operación. Las velocidades, presiones y temperaturas en el canal de flujo presentan muy buena similitud con los valores de operación. En conclusión, la malla del dominio del fluido de la inter-etapa 1 de la turbina de gas Frame 7, desarrollada en CFD, es lo suficientemente estable para ser utilizada en corridas de simulación de transitorios como son arranques y paros de turbina, así como para simular recubrimientos tipo barrera térmica en la superficie del álabe y la tobera. Tabla 3. Comparativa entre valores de pruebas de operación vs. resultados de la corrida. Variables Valores de Pruebas de operación Resultados de corrida calculadas Entrada del álabe Salida del álabe Entrada del álabe Salida del álabe Presión [Pa] Ver Fig. 5 [Presión Total Relativa] [Presión estática] [Presión Total relativa] [Presión estática] error = 3.04% error = 0% Velocidad relativa (pitch max) (throat max) [m/s] [0.557*651.2] [0.638*640.9] Ver Fig. 6 Ver Fig. 7 (Mach)(Vel.Sonido) (Mach)(Vel.Sonido) error = 3.34% error = 1.99% Temperatura [K] [ ] [ (annulus) -55] Ver Fig. 8 Ver Fig. 8 error = 2.96% error = 5.23% Empuje Axial [N] error = 2.38%

6 la diaria dedicación al quehacer científico. Con esta emisión se abordan diferentes tópicos para ofrecer a nuestros lectores la oportunidad de profundizar en los conocimientos sobre algún tema en especial o bien, enterarse de los desarrollos más recientes generados por el personal de intigación del Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE). Es conveniente señalar que los artículos contenidos en este Boletín IIE corresponden a diversas áreas de especialidad dentro de la estructura organizacional del Instituto: Supervisión de Procesos, Control e Instrumentación, Energías Convencionales y Turbomaquinaria, lo que permitirá al lector visualizar el amplio campo donde se genera el conocimiento en el IIE. De igual modo, contamos con la participación de Ángel Fierros Palacios, director del área de Energías Alternas. Su aportación es un artículo donde se reflexiosobre el origen y el destino del final de nuestro universo; en él describe la paradoja del universo al descubrir que éste tiene un principio y un final pero, al mismo tiempo, es eterno. Por su parte, en la aportación del área de Control e Instrumentación se revisan los mecanismos específicos a el diseño y desarrollo de un sistema de control activo tolerante a fallas, capaz de detectar y aislar fallas en línea de los turbogeneradores de gas y vapor de una central de generación eléctrica de ciclo combinado. Dos escritos más complementan esta edición, uno de ellos es producto de la aboración entre miembros de las áreas de Turbomaquinaria y Energías No Convencionales. Los temas tratados ofrecen, en primer lugar, una comparativa entre dos plataformas de programación en el contexto empresarial; y en segundo, los resultados de la simulación por Computing Fluid namics que se realizaron a la primera etapa de una turbina de gas GE Frame 7. Con el amplio abanico de temas que abordan los contenidos de este tercer número del Boletín IIE, estamos convencidos de satisfacer las expectativas de nuestros lectores con la calidad y dinamismo que se meen. Nuestro Boletín IIE es una publicación enfocada a informar con el mayor dinamismo posible y con el presente número llegamos a la tercera edición del año. En esta ocasión procuramos reunir una serie de artículos con temas diversos que reflejen las tendencias y avances técnicos que se ran con la diaria dedicación al quehacer científico. Con esta emisión se abordan diferentes tópicos para ofrecer a nuestros lectores la oportunidad de profundizar en los conocimientos sobre algún tema en especial o bien, enterarse de los desarrollos más recientes generados por el personal investigación del Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE). Es conveniente señalar que los artículos contenidos en este Boletín IIE corresponden a diversas áreas de especialidad dentro de la estructura organizacional del Instituto: Supervisión de Procesos, Control e Instrumentación, rgías No Convencionales y Turbomaquinaria, lo que permitirá al lector visualizar el amplio campo donde se genera el conocimiento en el IIE. De igual modo, contamos con la participación de Ángel Fierros Palacios, director del área de Energías Alternas. Su aportación es un artículo donde reflexiona sobre el origen y el destino del final de nuestro universo; en él describe la paradoja del universo al descubrir que éste tiene un principio y un final pero, al mismo tiempo, es eterno. Por su parte, en la aportación del área de Control e Instrumentación se revisan los mecanismos ecíficos para el diseño y desarrollo de un sistema de control activo tolerante a fallas, capaz de detectar y aislar fallas en línea de los turbogeneradores de gas y vapor de una central de generación eléctrica de ciclo combinado. Dos escritos más complementan esta edición, uno de ellos es ducto de la colaboración entre miembros de las áreas de Turbomaquinaria y Energías No Convencionales. Los temas tratados ofrecen, en primer lugar, una comparativa entre dos plataformas de programación en el contexto empresarial; y en segundo, los resultados de la simulación por mputing Fluid Dynamics que se realizaron a la primera etapa de una turbina de gas GE Frame 7. Con el amplio abanico de temas que abordan los contenidos de este tercer número del Boletín IIE, estamos convencidos de satisfacer las expectativas de nuestros lectores con la calidad y dinamo que se merecen. Nuestro Boletín IIE es una publicación enfocada a informar con el mayor dinamismo posible y con el presente número llegamos a la tercera edición del año. En esta ocasión procuramos reunir una serie de artículos con temas diversos que reflejen las tendencias y julio-septiembre del Referencias Fangfei Ning, L. Xu, Numerical investigation of bulence model, Procedimientos de ASME TURBO EXPO 2001, Nueva Orleans, junio 4-7, FINE TM, Manual del usuario, NUMECA, abril Krüger, Uwe., et al., Procedimientos de ASME TURBO EXPO 2001, Nueva Orleans, junio 4-7, Mazur, Z., et al., Procedimientos de ASME TURBO EXPO 2005, Nevada, junio 6-9, Wilcox, David C., 2nd. ed., EE.UU.: DCW Industries, Wolfgang, R., IAHR Monograph Series, Third Ed Zuckerman, Neil et al. Impingement heat transfer: Correlations a numerical modeling, en: Journal, Transactions of ASME, vol. 127, mayo, Alejandro Hernández Rossette Ingeniero mecánico industrial por el Instituto Tecnológico de Orizaba (1989); maestro en ingeniería mecánica por el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM) Campus Estado de México (1995). Desde 1991 es investigador del IIE en el área de rehabilitación y extensión de vida útil de componentes de la gerencia de turbomaquinaria; donde también ha dirigido varios proyectos contratados por CFE y Pemex. Es coautor de diversas patentes, artículos técnicos para congresos y revistas internacionales, ha dictado conferencias a nivel nacional e internacional representando al IIE en foros especializados sobre Turbomaquinaria. Juan Arturo Roque López Hernández Ingeniero mecánico administrador por el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Toluca (2000). Desde Mayo de 2001 labora en el Instituto de Investigaciones Eléctricas como investigador en la Gerencia de Turbomaquinaria. Posee capacidades para el modelado de sólidos y ensambles en 3D. También proyecta su carrera hacia la especialización en Dinámica de Rotores y Análisis de Vibraciones. Zdzislaw Mazur Czerwiec Ingeniero mecánico y maestro en ciencias por la Universidad Técnica de Gdansk, Polonia (Politécnico de Gdansk). Doctor en ciencias e ingeniería de materiales por la Universidad Autónoma del Estado de Morelos. Labora en el Instituto de Investigaciones Eléctricas desde 1988, desarrollando y aplicando tecnologías de extensión de vida útil de los componentes de turbinas de vapor e hidráulicas, tecnologías de mantenimiento avanzado de turbomaquinaria, técnicas de diagnóstico y análisis de fallas en el equipo rotatorio. Actualmente impulsa las técnicas de estimación y predicción de vida útil remanente de los componentes de zona caliente de turbinas de gas y técnicas de extensión de vida útil de los componentes de turbinas de gas. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores, Nivel III.

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