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Leer este post, esta dirigido principalmente a técnicos e ingenieros
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Una central de ciclo combinado está compuesta por dos o más ciclos termodinámicos en una misma planta teniendo el objetivo de alcanzar rendimientos más elevados de los que se conseguiría integrando ambas plantas en ciclos simples. Los ciclos combinados más frecuentes son los que integran un ciclo Brayton y un ciclo Rankine. En estos casos se dispone, por tanto, principalmente de tres elementos: turbina de gas, generador de vapor de recuperación de calor de gases de escape y una turbina de vapor.
Esta combinación es la más frecuente dado el gran caudal de gases calientes saliente de las turbinas de gas y la capacidad, cada vez más eficiente, de recuperarlo en un generador de vapor. Dado, además, el alto nivel de oxígeno con lo que los gases abandonan la turbina de gas es frecuente encontrar quemadores de postcombustión antes de la entrada de éstos en el generador de vapor, de este modo la flexibilidad de la planta frente a variaciones de condiciones ambientales, muy importantes en las turbinas de gas, aumenta.
Los generadores de vapor de las plantas de ciclo combinado son de múltiple presión, de manera que existen circuitos de agua-vapor independientes a distintas presiones aumentando la capacidad global de recuperación de calor de la planta.
Los grupos del ciclo de cola, ciclo de vapor, tienen varias etapas de presión encontrándose por tanto, turbinas de alta, baja y presión intermedia.
Rendimiento de la instalación
En un ciclo combinado sin quemador de postcombustión el rendimiento de la instalación se calcula de la siguiente manera:
Donde:
NTG es la potencia entregada por la turbina de gas
NTV es la potencia medida entregada por la turbina de vapor
QTG Es la potencia térmica suministrada al ciclo de la turbina de gas, calculado sobre el PCI.
El rendimiento de cada uno de los componentes, turbina de vapor, generador de vapor de recuperación de calor de gases de escape y turbina de gas se calcula de la siguiente manera:
El rendimiento de cada uno de los componentes, turbina de vapor, generador de vapor de recuperación de calor de gases de escape y turbina de gas se calcula de la siguiente manera:
Siendo en este caso QGTG la potencia térmica contenida en los gases de escape de la turbina de gas.
De este modo:
Se observa como el segundo término de la ecuación:
Y que:
Por lo que:
El calor recuperable de los gases de escape de la turbina de gas se puede aproximar como:
De este modo:
Si se observa esta última ecuación se obtiene en el primer término el rendimiento del ciclo de gas y en el segundo el rendimiento del ciclo de vapor. Si se analiza esta expresión se observa como al incrementar el rendimiento del ciclo de la turbina de gas se produce una caída del rendimiento del ciclo de vapor.
Por ello no necesariamente con una combinación de ciclos de máximo rendimiento se obtendrá un máximo rendimiento del ciclo combinado. Esto es debido a que el rendimiento máximo obtenido tendrá que ver con la capacidad de los gases de escape de ceder calor en el generador de vapor, sin embargo, una turbina de gas de máximo rendimiento tendrá, entre otras muchas cuestiones, su temperatura de gases de escape lo más baja posible.
Artículo escrito por: Francisco Soler Preciado
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