Cámaras de combustión en turbinas de gas: tipos, componentes y funcionamiento

Cámaras de Combustión en Turbinas de Gas

La misión principal de las cámaras de combustión es generar un caudal de alta energía que alimente las secciones de la turbina. Dado que las temperaturas resultantes de los gases son extremadamente altas, y estos deben estar en contacto directo con las toberas y paletas, es imprescindible proteger los materiales expuestos para garantizar la integridad estructural y operativa de la máquina.

Tipos de Cámaras de Combustión

Existen principalmente dos configuraciones:

• Cámara Anular
• Cámara Tubular

Componentes Básicos Comunes

Ambos tipos de cámaras contienen las mismas partes esenciales:

• Una envolvente exterior.
• Una serie de orificios alineados para la entrada del aire secundario de la combustión.
• Un sistema de inyección de combustible (inyector o atomizador).
• Una zona de estabilización para la combustión primaria.
• Un medio para iniciar la ignición.

Cámara Tubular

La cámara tubular se utiliza preferentemente con compresores centrífugos. En esta configuración, el aire es dividido al salir del difusor y conducido a cámaras de combustión individuales dispuestas alrededor del eje del compresor. Cada tubo contiene un atomizador de combustible en su centro, y los productos de la combustión se distribuyen en la corona de toberas de la primera etapa de la turbina.

Cámara Anular

La cámara anular está dispuesta simétricamente al eje de la máquina y consta de los siguientes componentes:

• Conjunto Difusor: Es el distribuidor del aire descargado por el compresor, proporcionando un flujo uniforme de aire.
• Anillo de Cubetas: Cerrando el difusor, se encuentra el anillo donde van instaladas, por ejemplo, treinta cubetas. Este anillo lleva una pieza perforada diseñada para que el aire tome un movimiento en espiral que facilite la mezcla óptima entre el aire primario y el combustible.

Condiciones de Funcionamiento y Rendimiento

Para comprobar el consumo específico de combustible y la potencia máxima continua suministrada, deben establecerse unas condiciones básicas mínimas de operación.

Parámetros de Medición Esenciales

Las condiciones que deben fijarse incluyen:

• Condiciones ambientales (presión y temperatura).
• Humedad relativa del aire.
• Pérdidas en los conductos de admisión y escape (exhaustación).
• Revoluciones por minuto (RPM) de la turbina de potencia.
• Características del combustible utilizado.

Curvas de Funcionamiento de la Turbina de Potencia

Se levantan curvas de funcionamiento de la turbina de potencia en función de la temperatura de los gases de entrada. En estas gráficas, se toman como abscisas las RPM y como ordenadas la potencia que desarrolla la máquina. Sobre este haz de curvas se trazan las líneas de consumo constante de combustible por caballo de fuerza.

La curva límite del haz corresponde a las máximas revoluciones por minuto admisibles del compresor.

Interpretación del Haz de Curvas

En la figura (mencionada en el documento original), se representa el haz de curvas para varias cargas de trabajo de una turbina de gas. Típicamente, estas curvas se etiquetan:

• Curva A: Potencia máxima posible.
• Curva B: Potencia máxima continua.
• Curva C: Potencia normal.

Es importante notar que cuanto más bajas son las RPM y menor es la potencia desarrollada en el eje propulsor, el consumo específico de combustible tiende a aumentar.

Instalación de Turbinas de Gas para Propulsión Naval

La instalación de turbinas de gas en buques presenta distintas dificultades a bordo, las cuales varían según si se utilizan para propulsores principales o para equipos auxiliares.

Desafíos en la Instalación Marina

Desafíos Mecánicos

Debido a la flexibilidad del buque, que está sometido constantemente a esfuerzos y vibraciones, puede variar la alineación relativa entre la turbina y el engranaje reductor principal. Esto requiere sistemas de montaje y acoplamiento flexibles y robustos.

Desafíos Termodinámicos

El rendimiento de la instalación se ve afectado por las pérdidas de carga que surgen de la gran longitud de los conductos de admisión de aire y de escape de los gases. A estos conductos se les deben añadir filtros y deshumidificadores en la admisión para proteger los componentes internos de la turbina del ambiente marino.

Utilidad de la Inspección Boroscópica

La inspección boroscópica es una operación esencial de mantenimiento a bordo, con la única condición operativa de que la máquina debe estar completamente fría para su realización. Existen accesos dispuestos convenientemente para el boroscopio, permitiendo inspeccionar las zonas sometidas a las condiciones más extremas o aquellas que pudieran afectar al buen funcionamiento de la máquina, como las paletas de la turbina y las cámaras de combustión.