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8/19/2019 Ce Ciclo Comb

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CENTRALES TÉRMICAS DECICLO COMBINADO

CICLO COMBINADO

Se denomina ciclo combinado en la generación de energía a la

coexistencia de dos ciclos termodinámicos en un mismo sistema, uno

cuyo fluido de trabajo es el vapor de agua y otro cuyo fluido de trabajo es

un gas producto de una combustión o quema.

CENTRAL DE CICLO COMBINADO

Una central de ciclo combinado es una central eléctrica en la que la

energía térmica del combustible es transformada en electricidadmediante dos ciclos termodinámicos: el correspondiente a una turbina de

gas, generalmente gas natural, mediante combustión ciclo Brayton! y el

convencional de agua"turbina de vapor ciclo Rankine!.


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#squema del funcionamiento de una central de ciclo combinado

1.$%eneradores eléctricos2.$&urbina de vapor 3.$'ondensador.4.$(omba impulsora5.$)ntercambiador de calor 6.$&urbina de gas


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#squema del funcionamiento de una central de ciclo combinado


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CICLO COMBINADO A CONDENSACIÓN

Una variante del ciclo combinado de contrapresión clásico, es el

ciclo combinado a condensación que se reali1a en procesos

estrictamente cogenerativos. Se basa en una gran capacidad de

regulación ante demandas de vapor muy variables.

#l proceso clásico de regulación de una planta de cogeneración

consiste en evacuar gases a través del 2bypass3 cuando la demanda

de vapor es menor a la producción y utili1ar la post$combustióncuando sucede lo contrario.


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(ajando sensiblemente su potencia, no se consigue su adaptación a

la demanda de vapor, debido a una importante disminución en el

rendimiento de recuperación, ya que los gases de escape mantienen

prácticamente su caudal y bajan ostensiblemente su temperatura.

4or ello, las pérdidas de calor se mantienen prácticamente constan$

tes, y la planta deja de cumplir los requisitos de rendimiento.


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COGENERACIÓN

-os sistemas de intercambio de cogeneración son sistemas de

producción en los que se obtiene simultáneamente energía

eléctrica y energía térmica útil partiendo de un único combustible .

l generar electricidad con una turbina, el aprovec5amiento de la

energía primaria del combustible es del 678 al 978, lo demás se pierde

en forma de calor . Al cogenerar se puede llegar a aprovechar del

7! al "#! de la energía que entrega el combustible. -a mejora dela eficiencia térmica de la cogeneración se basa en el aprovec5amiento

del calor residual de los sistemas de refrigeración de las turbinas de gas

para la generación de electricidad.


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#l gas natural es la energía primaria más utili1ada para el

funcionamiento de las centrales de cogeneración de electricidad y

calor, las cuales funcionan con turbinas de gas. *o obstante, también

se pueden utili1ar $uentes de energía renovables y residuos

como biomasa o residuos que se incineran.

demás, esta tecnología reduce el impacto ambiental debido al mejor

aprovec5amiento de la energía primaria que implica. Si se tiene en

cuenta que para producir una unidad eléctrica por medios conven$

cionales se necesitan 9 unidades térmicas, mientras que en cogene$ración se necesitan ,7 unidades, la cantidad total de agentes

contaminantes emitidos se verá disminuida en un #!.


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Una 'entral &érmica de 'iclo 'ombinado es un planta de producción

de energía eléctrica basada en dos máquinas térmicas, con dos ciclos

térmicos diferentes: turbina de gas y turbina de vapor .

#l calor no utili1ado por uno de los ciclos la turbina de gas! se empleacomo fuente de calor del otro el ciclo agua$vapor que alimenta la

turbina de vapor!. e esta forma los gases calientes de escape del

ciclo de turbina de gas entregan la energía necesaria para el

funcionamiento del ciclo de vapor acoplado. #sta configuración

permite un muy eficiente empleo de combustible, con rendimientos

que superan el 778 es decir, más del 55% de la energía contenida

en el combustible se convierte en energía eléctrica!.


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-a energía obtenida en estas instalaciones puede ser utili1ada, además de la

generación eléctrica, para calefacción a distancia y para la obtención de vapor de

proceso.

#n la figura siguiente se muestra un esquema simplificado de un circuito típico de

un ciclo combinado para generación de energía eléctrica, de un sólo nivel de

presión.

#l aire aspirado desde el ambiente ingresa a la turbina de gas, es comprimido por

un compresor, a continuación se me1cla con el combustible en la cámara de

combustión para su quemado. #n esta cámara el combustible ingresa atomi1ado.

-os gases de combustión calientes se e;panden luego en la turbina de e;pansión

proporcionando el trabajo para la operación del compresor y del generador eléctrico

asociado al ciclo de gas.


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Esquema de fun!"nam!en#" de una en#$a% de C!%" C"m&!nad"


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CENTRAL TÉRMICA DECICLO COMBINADO

#n la caldera de recuperación el agua pasa por tres tipos de sectores:

! 'conomi(adores, que elevan la temperatura del agua 5asta

casi la temperatura de ebullición

6! -os sectores de evaporación, situados en la 1ona central de la

caldera, donde se produce el cambio de fase líquido$vapor apenas

se eleva la temperatura, sólo se vapori1a el agua!.

9! -os sectores de sobrecalentamiento, que 5acen que el vapor

adquiera un mayor nivel energético, aumente su entalpía,

aumentando su temperatura. #stá situado en la 1ona más

pró;ima al escape de la turbina, donde la temperatura es más alta,

7>> ?' o más.


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#l vapor producido se e;pande a5ora en una turbina de vapor. #l vapor pierde

su energía y se vuelve a condensar en el condensador, a presión inferior a la

atmosférica.

-a unión de los dos ciclos, la turbina de gas y la de vapor, permite producir más

energía que un ciclo abierto, y por supuesto, con un rendimiento energéticomayor, pues aprovec5a el calor contenido en los gases de escape de la turbina

de gas, que se tirarían a la atmósfera a través de la c5imenea. e esta forma,

el rendimiento supera el 77 8, cuando una turbina de gas rara ve1 supera el @>

8, los valores normales están al 97 8, com=nmente.

demás de la fle;ibilidad de utili1ación, ya sea para generación de energíaeléctrica como para obtención de vapor, este tipo de configuración permite la

conversión o repotenciación repoAering! de instalaciones térmicas con turbinas

de vapor con el consiguiente aumento de la eficiencia integral de las mismas.


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CENTRAL TÉRMICA DE CICLO COMBINADO

-os fabricantes de turbinas de gas y plantas de ciclo combinado indican las siguientes

ra1ones para justificar el mayor uso de las mismos:

! isponibilidad de grandes vol=menes de gas natural.

6! 4osibilidad de uso de otros combustibles, diesel, carbón gasificado, etc.,

con rendimientos elevados pero con limitaciones en el funcionamiento de los

quemadores. #l diseBo se optimi1a para gas natural.

9! #levados rendimientos con buen factor de carga.

@! (ajo impacto ambiental en relación con las emisiones de ó;idos de

nitrógeno y menor eliminación de calor al medio ambiente.

7! 0enores requerimientos de refrigeración respecto a una centralconvencional de igual potencia.

C! Dentajas asociadas a la estandari1ación de componentes, con la

simplificación de su montaje y mantenimiento.


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#l rendimiento de los ciclos combinados nuevos que operan en la actualidad es

del orden del 7E 8. #ste valor supera a los rendimientos de los ciclos abiertos

de turbinas de gas y de los de vapor que trabajan en forma independiente.

#l desarrollo práctico de los ciclos combinados estuvo fuertemente vinculado al

desarrollo tecnológico de los materiales para construir turbinas de gas capacesde operar a relaciones de presión relativamente altas, de >: 5asta 9:, pero

con temperaturas de entrada del orden de >F> ?' como má;imo. #sto

originó un retaso en el avance de la utili1ación de estos ciclos. #sta situación

mejoró en la década de los G>s y en la actualidad en el mercado se encuentran

turbinas que admiten temperaturas de entrada del orden de los @>> ?'. -as

mejoras en el diseBo de componentes y materiales 5an permitido elevar lapotencia y la eficiencia térmica de las turbinas de gas y por lo tanto del ciclo

combinado. La utilización de materiales cerámicos y monocristalinos en los

álabes de la turbina a contribuido enormemente a este avance.


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/tra limitación de estos ciclos es la respuesta de la turbina de gas de acuerdo con las

condiciones ambientales. sí, en días calurosos la turbina trabaja con menor

eficiencia que en los días fríos. Una turbina de gas que se opera con una temperatura

ambiente de > ?' produce alrededor del 7 8 más de energía eléctrica que la misma

máquina a 9> ?'. simismo los climas secos favorecen la eficiencia de estos

equipos. 4or estas ra1ones, las eficiencias nominales e;presan los resultados de los

cálculos de potencia basados en condiciones ambientales normali1adas )S/ 7?',,>9 bar. y C>8 de 5umedad relativa!.

#n lo que respecta a la contaminación ambiental, la inclusión de combustores de baja

emisión de ó;idos de nitrógeno fue uno de los logros más importantes en la tecnología

de las turbinas de gas. *o obstante implican la limitación de tener mayor inestabilidad

de flama que los de difusión convencionales por la necesidad de usar me1clas aire$combustible más pobres. -a oscilación de la flama puede producir ruido y

vibraciones inaceptables y además de afectar la vida =til y la fiabilidad operativa de la

turbina de gas.


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Dista de una 'entral de 'iclo 'ombinado


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CENTRAL TÉRMICA DE CICLO COMBINADO

#jemplo típico de un 'iclo 'ombinado


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'aldera de +ecuperación

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