Desarrollo de un simulador de turbinas de gas fuera de diseño

Saiz Boned, Mercedes (2016). Desarrollo de un simulador de turbinas de gas fuera de diseño. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Desarrollo de un simulador de turbinas de gas fuera de diseño
Autor/es:
  • Saiz Boned, Mercedes
Director/es:
  • Valdes del Fresno, Manuel
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Fecha: Septiembre 2016
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería Energética
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

Texto completo

[img]
Vista Previa
PDF (Document Portable Format) - Se necesita un visor de ficheros PDF, como GSview, Xpdf o Adobe Acrobat Reader
Descargar (9MB) | Vista Previa

Resumen

Este Trabajo Fin de Grado está englobado dentro de un conjunto de proyectos relacionados con la simulación y el estudio teórico de los ciclos de Turbina de Gas. Estos proyectos están siendo desarrollados dentro de la Unidad Docente de Motores Térmicos, perteneciente al Departamento de Ingeniería Energética de la Escuela Superior de Ingenieros Industriales de Madrid. Manuel Valdés del Fresno, tutor de este proyecto, ha sido la persona que ha guiado y seguido el desarrollo del proyecto desde el comienzo del mismo. Ha realizado las sugerencias y correcciones oportunas durante toda la realización del trabajo además de haber ayudado a solucionar problemas encontrados en este proceso. El proyecto ha consistido en la ampliación de las prestaciones de un programa de simulación ya existente, adaptándolo a la predicción de la actuación de turbinas de gas cuando se regula la potencia y cuando se modifican las condiciones ambientales. Gracias a este programa se realizarán simulaciones tanto en su punto de diseño como fuera de él, de manera que se abarque el estudio de la regulación de potencia mediante la modificación del caudal de combustible y la apertura o cierre de los álabes guiadores de entrada (geometría variable). Otra novedad incluida en este programa será la posibilidad de realizar estudios paramétricos por variación de las condiciones ambientales. Para ello se han seguido varias etapas: •La primera etapa es un acercamiento teórico a los ciclos de turbinas de gas, a través de literatura especializada y programas profesionales de simulación de turbinas de gas. •La segunda etapa ha consistido en un aprendizaje de las herramientas informáticas con las que se ha realizado el proyecto, el programa Gasturb 11 y el programa MATLAB. •La tercera etapa es el estudio del programa previamente desarrollado por Eduardo Castell Hernández, el cual realiza una simulación de las prestaciones de turbinas de ciclo simple y calcula la variación de los parámetros del ciclo al cerrar los alabes del compresor a través de un interfaz de usuario creada en MATLAB. •La cuarta consiste en la implementación de bases de datos y rutinas de código que permitan crear un programa de simulación de turbinas de gas con geometría variable extendiendo además el cálculo fuera de diseño al caso de variación de potencia por control de la temperatura de entrada a la turbina y por variación de las condiciones ambientales. •La quinta etapa es la realización de una interfaz usuario a través de la herramienta GUIDE de la programa MATLAB. En esta etapa se procede también a contrastar y analizar los resultados obtenidos con un software profesional de simulación de turbinas de gas. Debido a la contrastación de resultados se reajusta el programa, lo que conlleva revisar de manera exhaustiva los conceptos teóricos y el código. De esta manera se quiere conseguir que la simulación se acerque lo más posible a la realidad. Por estos motivos esta etapa además de ser la más extensa es la más costosa. El objetivo principal de este Trabajo Fin de Grado es la obtención de un programa de simulación de turbinas de gas axiales de ciclo simple en condiciones fuera de diseño. Se deseará resolver el ciclo en diferentes puntos de fuera de diseño; puntos que serán resultado de la geometría variable de los álabes, de la modificación de caudal de combustible o de la variación de las condiciones ambientales. Por tanto se pretende profundizar en los principios físicos detrás de un ciclo simple, y con ellos realizar un programa que sea capaz de emular con fiabilidad un ciclo de turbina de gas funcionando fuera de diseño mediante el control de los VIGV (álabes guiadores de entrada) y de la temperatura de entrada a la turbina. Además se deseará que el programa sea capaz prever el punto de funcionamiento de la turbina ante cambios en las condiciones ambientales.Una vez planteado el objetivo, se ha buscado realizar un programa que se adapte lo mejor posible a la realidad y que no sólo sea capaz de simular una única configuración de turbina de gas, sino cualquier configuración inicial. Por este motivo las condiciones iniciales y ambientales del ciclo en diseño podrán introducidas por el usuario. Además será posible resolver ciclos fuera de diseño producidos por variaciones en las condiciones ambientales, modificación de los VIGV o cambio de la temperatura de entrada a la turbina a través de la variación de caudal de combustible. Todos estos datos de entrada podrán ser introducidos por el usuario en la interfaz creada, dotando al programa de una mayor flexibilidad. Esto ha sido posible gracias a la incorporación en forma de bases de datos de mapas característicos de turbinas y compresores axiales, y a la creación de un programa capaz de escalar dichos mapas para poder simular gran variedad de turbinas. Los objetivos técnicos del programa por tanto son: •Realización de un programa de simulación en el punto de diseño de turbinas de gas de ciclo simple diseño. Para ello se utilizará el programa MATLAB, herramienta matemática presente en casi todos los ordenador de los estudiantes universitarios de la rama de ingeniería. •Implementación del escalado de mapas de compresor y turbina al programa, para que el programa se pueda ajustar a cualquier configuración de turbina de gas. •Creación de un código de iteración que permita calcular la temperatura de entrada a la turbina para puntos fuera de diseño y de esta manera regular la potencia. •Implementación de la geometría variable, de manera que se pueda simular una turbina fuera de sus condiciones de diseño mediante la variación del ángulo de los álabes guiadores de entrada. •Desarrollo de un código de iteración que dote al programa de la capacidad de resolver el ciclo en puntos fuera de diseño debido a cambios en las condiciones ambientales de diseño. De esta manera se conseguirá predecir el funcionamiento de la Turbina de Gas para unas condiciones climatológicas diferentes a las de diseño. Los objetivos prácticos del programa por tanto son: •El objetivo final será desarrollar una herramienta docente para las asignaturas impartidas por Unidad Docente del Departamento de Ingeniería Energética, capaz de simular la gran mayoría de turbinas industriales en condiciones de diseño y fuera de diseño mediante el giro de los álabes guiadores, modificación de caudal de combustible y variación de las condiciones ambientales. Gracias a este programa, los alumnos de la Universidad Politécnica de Madrid podrán efectuar simulaciones y estudios paramétricos con fines didácticos, además de profundizar sus conocimientos del ciclo termodinámico de las turbinas de gas. •Servir como base en el desarrollo de futuros proyectos de simulación de ciclos de turbinas de gas más complejas, como puedan ser turbinas de eje doble o eje triple, ampliando de esta forma las características y funcionalidades del programa. Así mismo se podrían incrementar sus prestaciones incluyendo la posibilidad de resolver el ciclo modificando de manera simultánea los parámetros de fuera de diseño; es decir, el ángulo de los álabes, la temperatura de entrada a la turbina y las condiciones ambientales.

Más información

ID de Registro: 43169
Identificador DC: http://oa.upm.es/43169/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:43169
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 23 Sep 2016 06:42
Ultima Modificación: 11 Oct 2016 14:33
  • Open Access
  • Open Access
  • Sherpa-Romeo
    Compruebe si la revista anglosajona en la que ha publicado un artículo permite también su publicación en abierto.
  • Dulcinea
    Compruebe si la revista española en la que ha publicado un artículo permite también su publicación en abierto.
  • Recolecta
  • e-ciencia
  • Observatorio I+D+i UPM
  • OpenCourseWare UPM