Martes, 22 Agosto 2017

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La turbina de gas


 

La turbina de gas, para el caso de un ciclo combinado gas-vapor, es un motor de combustión interna que transforma en energía mecánica la energía de combustión de un gas o de un líquido, y que sigue como ciclo termodinámico el ciclo Brayton, tal y como se describió en el texto dedicado a los fundamentos.

En las turbinas de gas empleadas en los ciclos combinados, en la versión más sencilla, el aire se filtra, se comprime en el compresor y se introduce como comburente en la cámara de combustión. Asimismo, parte del aire comprimido se emplea para la refrigeración de partes calientes de la cámara de combustión y de las primeras etapas de la turbina de gas.

Los gases resultantes de la combustión ceden parte de su energía en las ruedas de la turbina transformando la energía asociada a la presión, temperatura y velocidad de la corriente de gases en energía mecánica en el eje. La máxima temperatura admisible por los gases tanto en la cámara de combustión como a la entrada de la primera rueda está limitada por consideraciones de resistencia térmica y mecánica de los materiales empleados.

En el escape de la turbina los gases llevan una considerable energía (aproximadamente el 60% de la energía aportada en forma de combustible) que se recupera en su mayor parte en la caldera de recuperación de calor.

La turbina de vapor


 

Ciclo de trabajo y equipos principales en un ciclo de Rankine de una central de ciclo combinado gas-vapor 

La turbina de vapor para el caso de un ciclo combinado gas-vapor es el elemento principal de un motor de combustión externa que sigue como ciclo termodinámico el ciclo de Rankine, tal y como se describió en el texto dedicado a los fundamentos termodinámicos.

En las turbinas de vapor empleadas en los ciclos combinados, en su configuración más sencilla, el vapor a alta presión generado en la caldera de recuperación de calor se expande en los cuerpos de la turbina hasta la presión de condensación. La energía del vapor no aprovechable en forma de energía mecánica en el proceso de expansión se cede en parte al foco frío en el condensador, donde el vapor de agua se transforma en agua líquida y así facilitar el proceso de elevación de presión posterior.

A la salida del condensador, una o dos etapas de bombeo se encargan de elevar la presión del agua desde el pozo de condensado hasta la caldera de recuperación de calor, donde se produce el calentamiento, vaporización del agua y sobrecalentamiento del vapor a presión constante. A la salida de la caldera, el vapor producido se introduce en la turbina de vapor, repitiendo de nuevo los procesos ya descritos. Las turbinas de vapor empleadas en los ciclos combinados son en esencia similares a las empleadas en centrales convencionales, aunque presentan ciertas particularidades específicas.

Para concluir esta breve descripción de los elementos constitutivos necesarios para efectuar el ciclo de Rankine, en la mayoría de las centrales de ciclo combinado gas-vapor existe, como parte del equipo básico, un cambiador de calor de mezcla denominado desgasificador. Este cambiador se instala no tanto con el objetivo de calentar el agua a la entrada del economizador como para eliminar los gases disueltos en el agua y evitar fenómenos de corrosión en los tubos de la caldera.

La caldera de recuperación de calor


 

La caldera de recuperación de calor en un ciclo combinado es el elemento que aprovecha la energía de los gases de escape de la turbina de gas transformándola en vapor. Con posterioridad, ese vapor puede transformarse en electricidad en el turbogrupo, ser utilizando directamente (en todo o en parte) en procesos industriales o bien emplearse en la producción de calor en sistemas de calefacción centralizados.

Las calderas de recuperación de calor -(Heat Recovery Steam Generator o H.R.S.G. sus siglas en ingles)- pueden clasificarse según sean calderas con o sin postcombustión y a su vez, cada una de ellas, atendiendo a su configuración geométrica, en calderas horizontales o verticales.

Calderas de recuperación de calor con y sin postcombustión

La caldera sin postcombustión es el tipo más común de caldera utilizada en los ciclos combinados. Esencialmente es un intercambiador de calor en el que se transfiere el calor de los gases al circuito agua-vapor por convección

En lo que se refiere a las calderas con postcombustión, aunque pueden construirse calderas de recuperación con quemadores y aporte de aire adicional, las modificaciones constructivas normalmente se limitan a la instalación de quemadores en el conducto de gases a la entrada de la caldera. Ello permite que se pueda utilizar el exceso de oxígeno de los gases de escape de la turbina, sin sobrepasar temperaturas admisibles para la placa de protección interna del aislamiento (temperaturas inferiores a 800ºC) y sin modificar, de forma importante, la distribución de superficies de intercambio de la caldera sin postcombustión. Estas calderas normalmente llevan atemperadores de agua pulverizada para regular la temperatura del vapor.

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