Modelado termodinámico de la turbina de gas de álabes refrigerados

Abstract

La refrigeración en turbinas de gas surge de la necesidad de limitar la temperatura del material, ante el continuo aumento de la temperatura de combustión para lograr un mayor rendimiento. El objetivo de este proyecto es el estudio del efecto que tiene la refrigeración sobre el rendimiento y el trabajo específico neto de una turbina de gas. Primeramente, se introduce la turbina de gas como motor térmico, describiéndose sus componentes y su funcionamiento, para después estudiar diversos ciclos de turbina de gas sin refrigeración. Seguidamente, se realiza una breve introducción sobre el estado del arte de la refrigeración de álabes de turbina, estudiando primero los materiales resistentes a altas temperaturas y posteriormente las técnicas actuales de refrigeración. Finalmente, se aborda el modelado termodinámico de los ciclos de turbina de gas con refrigeración. Se analizan primero los ciclos denominados de aire estándar y, posteriormente, el ciclo abierto de turbina de gas con refrigeración en una corona de álabes. Dos de estos modelos termodinámicos se implementan en el software Matlab para evaluar el impacto de la refrigeración sobre el rendimiento y el trabajo específico neto.

Gas turbine blade cooling arises from the need to limit the temperature of the material, given the continous increase in the combustion temperature in order to achieve greater efficiency. The aim of this project is to study the effect of blade cooling on the efficiency and net specific work of a gas turbine. First, the gas turbine as a heat engine is introduced, describing its components and operation, and then various uncooled gas turbine cycles are studied. Next, a brief introduction to the state of the art of turbine blade cooling is given, firstly by studying high-temperature materials and then by studying current cooling techniques. Finally, the thermodynamic modelling of gas turbine cycles with cooling is addressed. The so-called air standard cycles is analysed first, followed by the open gas turbine cycle with cooling in the first nozzle vane row. Two of these thermodynamic models are implemented in Matlab software to evaluate the impact of cooling on the efficiency and net specific work.