Propulsión por turbinas de gas

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Este es el más moderno sistema de propulsión que existe de los que usan combustible fósil cuya ventaja radica en la insuperable relación peso-potencia que desarrollan y puede decirse que son el elemento primordial de propulsión de los buques de combate, habiendo sido adoptado por casi todas las Marinas de Guerra del mundo.

En el campo mercante ha habido también casos donde se instaló después de un auténtico proceso racional de selección, pero la crisis del petróleo de inicios de los 70 frenó su utilización en beneficio del motor diésel, ya que, si bien los consumos de las turbinas de gas modernas son aceptables, del orden de los 180 gramos/CV.h. no pueden competir con los 135 gramos/CV.h. del diésel a la hora de conseguir una explotación rentable, especialmente en momentos de crisis como los actuales, donde hay que arañar costes allí donde se pueda.

Dado que este tipo de máquina es mucho menos conocida, vamos a hacer una descripción de sus principios de funcionamiento para ver a continuación su forma de utilización.

TURBINA DE GAS MARINIZADA LM-2500 DE GENERAL ELECTRIC

Cuando hablamos de la turbina de gas en su aplicación naval nos referimos siempre (salvo que se diga otra cosa) a las turbinas marinas derivadas de las aeronáuticas que propulsan a los aviones a reacción, no sólo porque la aplicación naval se ha beneficiado del alto grado de desarrollo y perfeccionamiento de las turbinas de avión, sino porque se trata de una máquina muy simple que permite obtener grandes potencias con tamaños y pesos muy pequeños. En esto reside su gran atractivo para ser adoptada en los buques de guerra.

TURBINA GENERAL ELECTRIC LM-2500 INSTALADA EN SU SOPORTE ANTICHOQUE

La turbina de gas es una máquina que trabaja según el llamado ciclo de Brayton, en el cual el fluido (en teoría un gas perfecto) sufre una compresión a entropía constante en un compresor, seguida de un calentamiento a temperatura elevada y presión constante en una cámara de combustión, para expansionarse luego isentrópicamente en una turbina hasta la presión de aspiración inicial del compresor. Como el trabajo desarrollado en la expansión es mayor que el absorbido en la fase de compresión, tenemos un trabajo útil disponible que es el que se utiliza para la propulsión o cualquier otro servicio según la aplicación de que se trate.

Se trata pues de una máquina de ciclo abierto, ya que el fluido que evoluciona se exhausta, es decir, el que comienza el nuevo ciclo no es el mismo que realizó el anterior, y es también una máquina a la que, en sentido estricto no podemos llamar de combustión interna, ya que el fluido que va a trabajar en la turbina puede generarse fuera de la máquina que lo va a utilizar. De todos modos como en las disposiciones usuales el generador de gas y la turbina propiamente dicha forman un todo continuo y único, podemos denominarla una seudomáquina de combustión interna.

Veamos ahora qué es eso que llamamos gas –el fluido que trabaja en la máquina- y qué es en realidad una mezcla de aire limpio y productos de combustión en una proporción de 75/70% de aire y 25/30% de productos.

Como en el caso del vapor vamos a describir los principales componentes de una turbina de gas centrándonos en la de dos ejes por ser la más representativa.

El aire atmosférico es aspirado por el compresor, generalmente axial, en el cual el aire se ve obligado a pasar a espacios más pequeños sufriendo una compresión, para pasar seguidamente a una cámara de combustión donde se inyecta el combustible, que se quema con un gran exceso de aire. El fluido resultante es el gas que incide sobre la turbina de alta, que a su vez acciona el compresor, y después de haberse expansionado en ella pasa a la turbina de potencia (o de baja) que es donde produce el trabajo necesario para la propulsión. Finalmente se exhausta a la atmósfera.

ASENTAMIENTO DE UNA TURBINA DE GAS PROPULSORA SOBRE SU POLÍN

Como puede observarse se distinguen en la máquina dos zonas bien determinadas : la zona de generación de gas, con los extremos de frío y caliente y la zona de potencia y en la figura se aprecia claramente lo que decíamos de que no hay ligazón mecánica entre ambas, si bien existe la ligazón física del fluido que evoluciona en ellas.

Para no extendernos más comentaré que la aplicación de la turbina de gas ha de hacerse siempre mediante un engranaje reductor ya que la salida de la turbina de potencia es del orden de 3.500 r.p.m. y la velocidad de la hélice ha de ser considerablemente menor.

CÁMARAS DE MÁQUINAS PRINCIPAL Y DE AUXILIARES.- SE VE CLARAMENTE EL POLÍN DEL ENGRANAJE REDUCTOR PRINCIPAL

COLOCACIÓN DEL ENGRANAJE REDUCTOR PRINCIPAL SOBRE SU POLÍN

La disposición puede variar mucho : una única turbina moviendo el eje : dos turbinas sobre un reductor con salida única e incluso una sola turbina con dos salidas (buque de dos hélices). Aunque actualmente ya existen muchas instalaciones donde se utilizan un solo tipo de turbinas de gas, lo usual es utilizar como máquina de potencia en instalaciones mixtas, asociada a motores diésel o a otras turbinas de gas de menor potencia utilizadas para la velocidad de crucero

INSTALACIONES MIXTAS MAS USUALES

COSAG COMBINACIÓN VAPOR Y TURBINA DE GAS

CODAG COMBINACIÓN DIESEL Y TURBINA DE GAS

CODOG COMBINACIÓN DIESEL O TURBINA DE GAS

COGAG COMBINACIÓN TURBINA DE GAS Y TURBINA DE GAS

COGOG COMBINACIÓN TURBINA DE GAS O TURBINA DE GAS

CODAD COMBINCIÓN DIESEL Y DIESEL

CODLAG COMBINACIÓN DIESEL ELECTRICA Y TURBINA DE GAS

PANTALLA ACTIVA DE ORDENADOR CORRESPONDIENTE A CÁMARA DE MÁQUINAS DE UN BUQUE CON PROPULSIÓN CODOG

Pantalla activa de ordenador àra control de un incendio en el interior del contenedor de la turbina de gas de propulsión