UNIVERSI VERSIDAD DAD NACI NACIONAL ONAL DE SAN AGUSTI STIN N FACULTAD DE PRODUC DUCCI CION ON Y SERVI SERVICI CIOS OS ESCUELA ESCU ELA PRO PROFESI FESION ONAL DE ING INGENIERI ENIERIA A MECANICA CURSO: INGENIERIA NAVAL AVANZE DE MONOG MONOGRAFI RAFIA: A: PROPULSI PROPU LSION ON MA MARI RINA NA CON TURBINAS A GAS DOCENTE: Ing. JUAN DAV DAVIID CH CHAVEZ AVEZ CU CUELLAR ELLAR INTEGRANTES: FERNANDO FERNAN DO GONZALES VILL VILLAVICENCI AVICENCIO O EDISSON EDI SSON CHU CHUTA TA ANCCO SERGIO SIFUENTES SIFUENTES GOY GOYZUETA ZUETA ARMA HUAMANI
INDICE PROPUESTO: 1. PROLOGO 2. INTRODUCCION 3. CAPITULO I:TIPOS DE PROPULSION NAVAL 4. CAPITULO II: FUNDAMENTOS DE LA TURBINA A GAS 5. CAPITULO III: LA TURBINA LM2500 6. CAPITULO IV: LA TURBINA MT30 Y OTRAS 7. CAPITULO V: REDUCTORES Y SISTEMAS AUXILIARES chuta 8. CAPITULO VI: TURBINAS DE GAS EN BUQUES DE GUERRA 9. CAPITULO VII: PLANTAS DE PROPULSION HIBRIDAS 10. CAPITULO VIII: OTRAS APLICACIONES chuta
PROLOGO En los albores de la civilización, el hombre siempre contemplo al mar con miedo, respeto y asombro. Sin embargo, poco a poco comprendió que para progresar, y desarrollarse tenía que adentrarse en el mar, para llegar a nuevos horizontes, nuevas realidades, nuevas oportunidades. En el proceso, durante miles de años, el ser humano fue domando los mares, perfeccionando artefactos que le permitieran, movilizarse por el mar, descubriendo nuevas tierras, estableciendo rutas comerciales, recolectando los frutos que el mar le ofrecía, o simplemente sometiendo a naciones con la fuerza bélica. Primero balsas, luego barcos con remos, barcos a vapor, submarinos, barcos nucleares, etc. De este modo el mar ya no se volvió una barrera, sino que se convirtió en un puente, con el que el hombre comprendió mejor el mundo en donde habitaba. Sin embargo las profundidades del mar aún no se han explorado; aun el mar nos guarda muchos misterios. El hombre desde la antigüedad hasta hoy, realizo muchísimos descubrimientos que contribuyeron a que surcara los mares con barcos de mayor autonomía, mayor velocidad, mayor seguridad y transportando mayores cargas de un lugar a otro. Para ello tuvo que evolucionar el concepto de la propulsión marina, primero a partir de remos movidos por esclavos, para pasar a maquinas a vapor, petróleo y llegando hasta la energía nuclear. Todo ese conjunto de conocimientos sobre las técnicas de los móviles marinos, consolido lo que ahora llamamos ingeniería naval. Una de esas recientes mejoras en la historia de la ingeniería naval, fueron las plantas de propulsión marina, usando turbinas a gas, nuestro objeto de investigación. A lo largo de esta monografía, desarrollaremos todos los aspectos implicados en la propulsión marina, usando turbinas a gas, desde los fundamentos físicos del funcionamiento de las turbinas a gas, hasta la descripción de las diferentes aplicaciones en las que ha tenido éxito esta tecnología. Para llevar un orden adecuado y hacer comprensible nuestra exposición, decidimos cubrir primero, ciertos conocimientos previos, para luego pasar gradualmente a la información más específica.
INTRODUCCION A continuación presentaremos, cada uno de los capítulos de los que se compondrá este trabajo monográfico, deteniéndonos brevemente en describir cada uno de los mismos, señalando los principales objetivos que planteamos lograr.
CAPITULO I: TIPOS DE PROPULSION NAVAL El concepto de propulsión está ligado a la acción de trasladar un cuerpo, en este caso una embarcación, venciendo los obstáculos que le impiden moverse, que serían las fuerzas resistivas, con la finalidad de que la embarcación cumpla su cometido. En este capítulo, se describe brevemente, la evolución de los distintos tipos de propulsión naval que existieron, empezando por las embarcaciones a remo, las que usaban vela, hasta las máquinas de vapor, todas ellas sentaron un precedente en la historia naval. También se hace mención a los motores propulsivos que en este momento están siendo aplicados en los distintos tipos de embarcaciones, desde los motores diesel hasta las embarcaciones nucleares. Todo con la finalidad de introducirnos en el mundo de la propulsión marina. En este capítulo no se menciona las plantas mixtas, pues estas tendrán su propio capitulo. OBJETIVOS: Ubicar en la línea del tiempo, cada una de las evoluciones que experimento la propulsión naval. Describir los distintos tipos de propulsión naval que existen en este momento.
CAPITULO II: FUNDAMENTOS DE LA TURBINA A GAS
En este capítulo, empezamos a centrarnos en nuestro objeto de estudio, las turbinas a gas. Se describe los fundamentos teóricos del funcionamiento de esta máquina térmica, recurrimos a la termodinámica, para estudiar el ciclo térmico que rige su funcionamiento, el llamado ciclo joule brayton, luego pasamos a describir los principales componentes de los que se compone el turborreactor, así como también las distintas variantes y diferencias que tiene de acuerdo al campo en el que se aplique. Seguimos con una descripción de los elementos rotativos conocidos como turbo máquinas, que en este caso, son el compresor y la turbina, para finalizar con una lista de singularidades que distinguen al motor turborreactor de otros tipos de motores térmicos, como las turbinas de vapor o los motores de combustión interna, los materiales de los que está hecha, los rangos de funcionamiento, etc. OBJETIVOS: Reconocer los fundamentos termodinámicos del ciclo de la turbina de gas. Describir los distintos componentes de un turborreactor. Describir las particularidades características del motor turborreactor.
CAPITULO III: LA TURBINA LM-2500 En este capítulo, estudiamos el turborreactor más comercial, cuando de aplicaciones de propulsión marina se refiere, el turborreactor General Electric LM-2500, el cual es un motor de aviación civil, que ha resultado muy versátil, a la hora de convertirse en grupo de potencia de termocentrales, o como unidad de propulsión de buques de guerra y destructores. Describimos sus principales características constructivas, así como también analizamos las principales ventajas sobre otras unidades Aero derivadas. Finalizamos con la historia de su evolución hasta este momento, donde contamos con la LM-2500 4TA GENERACION. OBJETIVOS:
Describir completamente la turbina LM -2500.
CAPITULO IV: LA TURBINA MT-30 Y OTRAS En este capítulo, estudiamos a la competencia del turborreactor LM -2500; hablamos del turborreactor ROLLS ROYCE MT-30, mostramos sus principales características constructivas, para luego proseguir con una comparación entre los dos turborreactores antes citados. Finalizamos el capítulo, con la breve descripción de otros tipos de turborreactores usados en la propulsión naval. OBJETIVOS: Describir la turbina MT- 30. Reconocer las diferencias entre esta y la LM -2500.
CAPITULO V: REDUCTORES Y SISTEMAS AUXILIARES Los grupos propulsores a base de turbinas, tienen un inconveniente, y es que las altas revoluciones que arrojan en su eje de salida, los haría inviables a la hora de usarlos en naves marinas. Por ello deben contar con un sistema de reductores que regulen la velocidad, para luego obtener el torque necesario que sea propulsor de los buques militares principalmente. A demás de ello un turborreactor Aero derivado para aplicaciones navales, debe contar con todo un conjunto de sistemas auxiliares de lubricación, refrigeración, arranque, control, etc., que aseguren el óptimo desempeño. Es por ello que en este capítulo se hace una detallada descripción de todos estos sistemas auxiliares, para el turborreactor más conocido, el LM-2500. OBJETIVOS:
Reconocer y diferenciar los reductores marinos, de los reductores vistos en automóviles, etc. Describir minuciosamente, los sistemas auxiliares de los que se compone una turbina estacionaria, para la generación de potencia.
CAPITULO VI: TURBINAS DE GAS EN BUQUES DE GUERRA En este capítulo empezamos a estudiar las aplicaciones de las turbinas a gas, comenzando con las aplicaciones militares. Al ser la velocidad un factor determinante a la hora de cumplir con un objetivo militar, se requiere de estos motores para alcanzar las velocidades necesarias para cumplir la labor. Se describe las principales fragatas, destructores y corbetas que hacen uso de estos motores térmicos, en los países más desarrollados militarmente. Finalmente se describe las embarcaciones que cuentan con la propulsión de este motor, en la Marina de Guerra del Perú. OBJETIVOS: Reconocer las principales fragatas, corbetas y destructores dotados de propulsión a gas en nuestro país y el mundo.
CAPITULO VII: PLANTAS DE PROPULSION HIBRIDAS En este capítulo, estudiamos otra gran aplicación de las turbinas de gas en la industria naval, como es la propulsión mixta o combinada. Con el objetivo de lograr los requerimientos de potencia adecuados en los momentos más oportunos, de modo que logremos un uso racional del combustible y un consecuente ahorro.
O también, logremos mejores desempeños de los esperados solamente con motores de combustión interna. Se estudian los ciclos CODOG, CODAG, CODLAG, COGAG, COGAS, COSAG, así como sus principales diferencias. OBJETIVO:
Distinguir entre las diferentes combinaciones que existen, con las ventajas en cada caso de las plantas de propulsión mixta.
CAPITULO VIII: OTRAS APLICACIONES Finalizamos nuestro estudio de las turbinas de gas para aplicaciones marinas, con el estudio breve de otras aplicaciones, principalmente para los aerodeslizadores –LCAC y también para los WATERJETS, ambas embarcaciones rápidas. Finalizamos con una breve descripción de las aplicaciones para submarinos militares. OBJETIVO:
Describir las otras aplicaciones de menor magnitud, para las cuales se usa la propulsión con turbinas a gas.
