Índice. Capítulo 1. Introducción a las turbinas de gas 11

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1 Índice Capítulo 1. Introducción a las turbinas de gas Ciclo de las turbinas de gas en el modo de ciclo combinado o de cogeneración Rendimiento de la turbina de gas Consideraciones de diseño de las turbinas de gas Tipos de turbinas de gas Turbinas de gas pesadas Turbinas de gas aeroderivadas Turbinas de gas tipo industrial Pequeñas turbinas de gas Microturbinas Compresores Compresores axiales Compresores centrífugos Regeneradores Quemadores Típicas disposiciones de quemadores...35

2 1.8 Tipos de combustible Efectos medioambientales Turbina con sección de expansión Turbinas de flujo de entrada axial Turbina de flujo mixto Turbina de flujo axial Materiales Capas Turbinas de gas con recuperación de calor Quemado suplementario de los sistemas de reuperación de calor Instrumentación y controles...49 Capítulo 2. Análisis de ciclos teóricos y reales El ciclo Brayton Efecto de regeneración Efectos de interenfriamiento y el recalentamiento Análisis del ciclo real El ciclo real El ciclo sencillo de eje partido El ciclo regenerativo Ciclo sencillo interenfriado El ciclo de recalentamiento El ciclo de recalentamiento regenerativo con interenfriador El ciclo de inyección de vapor El ciclo regenerativo y evaporativo El ciclo Brayton-Rankine Análisis de suma de ciclo Visión general de las plantas de ciclo combinado Ciclo de almacenamiento de la energía del aire comprimido Aumento de potencia...80 Capítulo 3. Rendimiento en compresores y turbinas Aerotermodinámica de las turbomáquinas Gas ideal Ecuaciones aerotermas Ecuación de continuidad La ecuación del momento La ecuación de la energía Eficiencias...100

3 3.3.1 Eficiencia adiabática Análisis dimensional Características de rendimiento de un compresor Características de rendimiento de una turbina Cálculo del rendimiento de una turbina de gas Capítulo 4. El método CFD Introducción Elementos del sistema de diseño Representación paramétrica Construcción de la geometría Generación de mallas La solución CFD Extracción de los datos y evaluación funcional Optimización CFD adjunto Diseño de aplicaciones Optimización de los vanos guía del conducto de by-pass Optimización del by-pass OGV usando el adjunto CFD Optimización de una etapa de un compresor Minimización de la respuesta forzada de la turbina usando transitorio lineal CFD Diseño de ventiladores con bajo nivel de ruido Conclusiones Capítulo 5. Rendimiento y normas Variables principales para una aplicación de turbinas de gas Normas de rendimiento Parámetros mecánicos Aplicación de las normas mecánicas a las turbinas de gas Capítulo 6. Compresores centrífugos Componentes de un compresor centrífugo Vanos guía a la entrada del inductor Impulsor Inductor Sección centrífuga de un impulsor Causas del deslizamiento en el impulsor Factor de deslizamiento de Stodola Factor de deslizamiento Stanitz Difusores...172

4 6.1.9 Voluta o colector (scroll) Rendimiento del compresor centrífugo Pérdidas en el rotor Pérdidas en el estator Surge del compresor (bombeo) Compresores centrífugos en industrias de proceso Capítulo 7. Compresores axiales Introducción Nomenclatura álabe y cascada Teoría elemental de los álabes Álabes con flujo laminar Ensayos de cascada Triángulos de velocidades Grado de reacción Equilibrio radial Regla de incidencia Regla de desviación Características de funcionamiento de un compresor El choke del compresor Análisis del stall de un compresor centrífugo Capítulo 8. Turbinas radiales Descripción Teoría Consideraciones de diseño Pérdidas en una turbina de entrada radial Rendimientos en una turbina de entrada radial Capítulo 9. Turbinas axiales Geometría de la turbina Turbina de impulso La turbina de reacción Conceptos de refrigeración de los álabes de las turbinas Diseño de la refrigeración de los álabes de la turbina Aerodinámica de las turbinas refrigeradas Pérdidas en la turbina Capítulo 10. Cámaras de combustión Términos usados en la combustión Combustión...263

5 10.3 Diseño de la cámara de combustión Problemas de contaminación del aire Combustión catalítica Capítulo 11. Materiales Materiales de las turbinas de gas Álabes del compresor Forjados y ensayos no destructivos Capas Capítulo 12. Combustibles Especificaciones de combustible Propiedades del combustible Tratamiento del combustible Combustibles pesados Economía del combustible Experiencia de funcionamiento Tipos de sistemas de trazado de calor Almacenamiento de líquidos Capítulo 13. Rodamientos y sellos Rodamientos Principios de diseño de los apoyos Cojinetes inclinados Materiales de apoyo Inestabilidades en los apoyos y en el eje Apoyos de empuje Factores que afectan al diseño de apoyos con empuje Sellos Sellados sin contacto o de holgura Sellados de laberinto Sellantes de anillo (Bushing) Sellantes mecánicos (Cara) Selección y aplicación del sellante mecánico Sistemas de sellado Sistemas de aceite asociados Sellantes de gas seco Capítulo 14. Engranajes Tipos de engranajes...374

6 14.2 Factores que afectan al diseño del engranaje Procesos de fabricación Instalación y funcionamiento inicial Capítulo 15. Lubricación Sistema de aceite básico Muestreo y pruebas en el aceite Contaminación del aceite Selección del filtro Limpieza y aclarado Acoplamiento de la lubricación Programa de gestión de la lubricación Capítulo 16. Análisis espectral Medición de la vibración Datos en cinta Interpretación de los espectros de vibración Análisis vibratorio subsíncrono usando RTA Espectro síncrono y armónico Capítulo 17. Equilibrado Equilibrado del rotor Aplicación de las técnicas de equilibrado Guía de usuario para el equilibrado multiplano Capítulo 18. Acoplamiento y alineaciones Acoplamientos de engranajes Acoplamientos de diafragmas metálicos Acoplamientos de disco metálico Uprates en turbomaquinaria Alineación de ejes Capítulo 19. Control e instrumentación Sistemas de control e instrumentación Software de supervisión Costes del ciclo de vida Medición de la temperatura Medición de la presión Medición de la vibración Supervisión del sistema auxiliar...486

7 19.8 La turbina de gas Diagnósticos de fallo Diagnósticos de los problemas mecánicos Resumen Capítulo 20. Pruebas de rendimiento Introducción Códigos de rendimiento Enderezadores de flujo Pruebas en la turbina de gas Turbina de gas Curvas de rendimiento Cálculos de rendimiento Cálculo del rendimiento de la turbina de gas Pérdidas en la planta Capítulo 21. Técnicas de mantenimiento Filosofía del mantenimiento Entrenamiento de personal Tipo de personal Tipos de entrenamiento Herramientas y equipo de obra Limpieza de la turbomaquinaria Mantenimiento de la sección-caliente Mantenimiento del compresor Mantenimiento de los apoyos Mantenimiento del acoplamiento Rejuvenecimiento de álabes usados en las turbinas Reparación y rehabilitación de los fundamentos de la turbomaquinaria Procedimiento de arranque con gran maquinaria Problemas típicos encontrados en las turbinas de gas Anexo A. Dinámica del rotor 569 A.1 Análisis matemático A.2 Aplicación a las maquinarias rotativas A.3 Cálculo de las velocidades críticas en los sistemas rotor rodamiento A.4 Sistemas y analogías electromecánicas A.5 Diagrama Campbell...595