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CAPITULO 5: IMPLANTACIÓN DE UN SISTEMA DE ENFRIAMIENTO DEL
AIRE DE LA ENTRADA DE LA TURBINA DE GAS A UNA CENTRAL DE
CICLO COMBINADO
5.1 INTRODUCCIÓN
En el capítulo anterior se diseño una central de ciclo combinado con unos criterios
definidos a priori. El objetivo de esa central era principalmente mostrar la influencia que
las condiciones ambientales pueden tener sobre la actuación de la planta y sobre todo en
los requerimientos de potencia.
Como ya se ha explicado en capítulos anteriores, la solución a la caída brusca de
potencia debido a las condiciones ambientales, es la implantación de un sistema de
enfriamiento del aire de la entrada de la turbina de gas, puesto que las otras dos
opciones, cambiar las turbinas por otras más grandes o hacer funcionar el ciclo en
sobrecarga durante gran periodo del año, tienen unos costes mayores que la primera a lo
largo de la vida útil de la central.
Por lo tanto a lo largo de este capítulo analizaremos la funcionalidad de instalar un
sistema de enfriamiento del aire de la entrada de la turbina de gas, mediante
simulaciones hechas a la planta que en el capítulo anterior hemos diseñado.
El punto de funcionamiento para el cual compararemos las tecnologías, será tomado a
partir de las condiciones ambientales que han sido registradas por el INE para la ciudad
de Sevilla (España), concretamente serán las más críticas, que a raíz del análisis hecho
en el capitulo anterior son la temperatura ambiental máxima alcanzada y la humedad
relativa y presión correspondientes para dicho mes de temperatura máxima.
Concretamente esos valores son:
Temperatura máxima anual: 45.2 ºC (mes de agosto de 2003).
Humedad relativa: 41% (mes de agosto de 2003).
Presión ambiental: 1.013 bar.
Potencia neta para esas condiciones: 621.067 MW.
Rendimiento bruto de las turbinas de gas para esas condiciones: 34.38%.
Rendimiento neto de la planta para esas condiciones: 53.30%
Coste por kWe para esas condiciones: 357 $.
Flujo másico de aire que entra en la planta 561.76 kg/s por turbina de gas.
Como podemos comprobar existe una caída de potencia importante, concretamente de
113.993 MW, la cual es debida principalmente a la subida de la temperatura ambiente.
El coste por kW también ha aumentado, lo que unido con la caída de potencia,
provocaría unos costes de operación en la época de altas temperaturas considerables. El
único parámetro que aumenta es rendimiento del ciclo combinado, ya que el de la
turbina de gas baja. Esto es debido a que al ser la temperatura ambiente mayor y la del
escape constante, en el ciclo entra mas energía procedente del ambiente. También se
puede ver de otra forma ya que al ser la temperatura de la entrada mayor, la temperatura
de salida de la turbina aumenta y por tanto en la caldera de recuperación dispondremos
de mas energía para producir más vapor y por tanto más trabajo en el ciclo de vapor.
El proceso consistirá, por tanto, en intentar buscar la consigna de los 738.841 MW, con
las limitaciones que los sistemas presenten. Concretamente estos sistemas son:
Enfriador eléctrico de agua.
Enfriador eléctrico de aire.
Enfriador de absorción de una etapa.
Enfriador de absorción de dos etapas.
Enfriador evaporativo.
Enfriador de neblina de alta de presión.
Compresión húmeda.
Sistemas híbridos. Combinaremos los sistemas anteriores (tecnologías evaporativas
con las de compresión mecánica / térmica) y veremos si tiene sentido una implantación
conjunta de los mismos.
Para hacernos una primera idea de lo que vamos a utilizar podemos ver en el siguiente
gráfico como es el clima de Sevilla:
A la vista de dicha gráfica, podemos decir que Sevilla es un clima relativamente
húmedo y de temperaturas altas. Por ello, será necesario bajar notablemente la
temperatura de entrada, bajada que mediante un método evaporativo no va ser
suficiente. A pesar de que mediante un método de enfriamiento eléctrico o de absorción
una bajada de temperatura si es posible, los costes de instalación y auxiliares son
importantes. Por lo tanto nos enfrentamos a la cuestión de saber que sistema conviene
mejor a la central que hemos diseñado.
5.2 ENFRIADOR ELÉCTRICO DE AGUA
5.2.1 Datos
Los datos de diseño del enfriador de tipo eléctrico se establecen en la siguiente plantilla:
Las opciones marcadas son:
Caída de temperatura: 40.2 ºC. Es la máxima que podemos descender, ya que se
recomienda no bajar por debajo de los 5 ºC por existir la posibilidad de formación de
hielo a la entrada del compresor. Esta caída de temperatura, al descender por debajo de
la temperatura de bulbo húmedo ambiental, hace que la corriente de aire entre en el
compresor con una humedad relativa del 100 %, por lo tanto habrá que evacuar agua
procedente de la condensación producida durante el enfriamiento.
La perdida de carga asociada al sistema es de 15 mbar. Es debida a los
intercambiadores que se encuentra en la entrada la corriente.
El COP de diseño es el típico que podemos encontrar en una instalación industrial,
0.7 kW/ton. Este se define para unas condiciones en las que el agua entre a enfriarse a
29.4ºC y salga a 6.67ºC, condiciones que el programa tiene definidas internamente.
El aproach point del agua con el aire se establece en 3.333 ºC que es el mínimo
requerido.
Las caídas de presión en las tuberías y serpentines para el diseño de los mismo son de
0.8 y 0.7 bar respectivamente.
En cuanto al tamaño de los equipos, hemos usado enfriadores de 14000 kW
nominales y hemos impuesto que haya un mínimo de dos por cada turbina de gas
5.2.2 Resultados
Potencia neta para esas condiciones: 731.346 MW.
Rendimiento bruto de las turbinas de gas para esas condiciones: 36.86%.
Rendimiento neto de la planta para esas condiciones: 51.67%
Coste por kWe para esas condiciones: 326.3 $.
Potencia eléctrica de enfriamiento por turbina de gas: 11462.6 kW.
Potencia térmica extraída a la corriente de aire por turbina de gas: 16976.6 ton.
COP en condiciones de funcionamiento: 0.6752 kWe/ton.
Coste del equipo de enfriamiento por turbina de gas: 661.3 k$.
5.3 ENFRIADOR ELÉCTRICO DE AIRE
5.3.1 Datos
Los datos de este enfriador se meten en una pantalla que es idéntica la del agua.
Caída de temperatura: 40.2 ºC. Es la máxima que podemos descender. La razón es la
misma que en el caso anterior.
La perdida de carga asociada al sistema es de 15 mbar. También es debida a los
intercambiadores que se encuentra en la entrada la corriente.
El COP de diseño es 1 kW/ton, tipico en instalaciones de aire. Esta definido para unas
condiciones idénticas a las del enfriador de agua
El aproach point del agua con el aire se establece en 3.333 ºC
Las caídas de presión en las tuberías y serpentines para el diseño de los mismo son de
0.8 y 0.7 bar respectivamente.
En cuanto al tamaño del equipo, hemos usado enfriadores de 14000 kW nominales y
hemos impuesto que haya un mínimo de dos por cada turbina de gas.
5.3.2 Resultados
Potencia neta para esas condiciones: 691.545 MW.
Rendimiento bruto de las turbinas de gas para esas condiciones: 36.86%.
Rendimiento neto de la planta para esas condiciones: 48.86%
Coste por kWe para esas condiciones: 345.1 $.
Potencia eléctrica de enfriamiento por turbina de gas: 31578.8 kW.
Potencia térmica extraída a la corriente de aire por turbina de gas: 16976.6 ton.
COP en condiciones de funcionamiento: 1.86 kWe/ton.
Coste del equipo de enfriamiento por turbina de gas: 726.1 k$.
5.4 ENFRIADOR DE ABSORCIÓN DE UNA ETAPA
5.4.1 Datos
Esta es la pantalla de los datos a introducir.
Las opciones marcadas son:
Caída de temperatura: 40.2 ºC. Es la misma que en los casos anteriores
La perdida de carga asociada al sistema es de 15 mbar.
El COP de diseño es 0.7, valor de referencia para estos sistemas. Esta definido para
unas condiciones tales que la fuente del vapor que se usa para calentar en absorbedor
tenga una presión de 1.4 bar en estado de saturación.
El aproach point del agua con el aire se establece en 2.778 ºC. Es algo menor al de los
equipos de compresión mecánica debido a especificaciones técnicas asumidas por el
programa.
Las caídas de presión en las tuberías y serpentines para el diseño de los mismo son de
0.8 y 0.7 bar respectivamente.
En cuanto al tamaño del equipo, hemos usado enfriadores de 14000 kW nominales y
hemos impuesto que haya un mínimo de dos por cada turbina de gas.
Para la fuente de calor, hemos utilizado una extracción de vapor del nivel de presión
de baja, por lo tanto usamos vapor a 1.5 bar y a una temperatura de 290 ºC.
5.4.2 Resultados
Potencia neta para esas condiciones: 734.401 MW.
Rendimiento bruto de las turbinas de gas para esas condiciones: 36.86%.
Rendimiento neto de la planta para esas condiciones: 51.89%
Coste por kWe para esas condiciones: 334.2 $.
Calor de proceso utilizado en el enfriamiento por turbina de gas: 66369 kW.
Potencia térmica extraída a la corriente de aire por turbina de gas: 16976.6 ton.
COP en condiciones de funcionamiento: 0.8995.
Coste del equipo de enfriamiento por turbina de gas: 1136.1 k$
Decir que durante el proceso de resolución el pinch point del nivel de presión
intermedio se tubo que cambiar a 42.27 ºC para que se pudiera producir el vapor
necesario para los enfriadores.
5.5 ENFRIADOR DE ABSORCIÓN DE DOS ETAPAS
5.5.1 Datos
Aquí vamos a analizar el otro tipo de sistema de absorción. Básicamente nos servirá
para ver si en nuestra central nos compensa mas extraer vapor para la refrigeración de
un nivel de presión o de otro.
La pantalla de introducción de datos es idéntica a la de una etapa:
En la pantalla hemos introducido:
Caída de temperatura: 40.2 ºC.
La perdida de carga asociada al sistema es de 15 mbar.
El COP de diseño es 1.1, valor de referencia para estos sistemas. Esta definido para
las mismas condiciones de antes exceptuando que la presión es 9 bar.
El aproach point del agua con el aire se establece en 2.778 ºC. Al igual que antes es
algo menor al de los equipos de compresión mecánica debido a especificaciones
técnicas del equipo.
Las caídas de presión en las tuberías y serpentines para el diseño de los mismo son de
0.8 y 0.7 bar respectivamente.
En cuanto al tamaño del equipo, hemos usado enfriadores de 14000 kW nominales y
hemos impuesto que haya un mínimo de dos por cada turbina de gas.
Para la fuente de calor, hemos utilizado una extracción de vapor del nivel de presión
intermedio. Al ser esta 27.05 bar y la presión máxima de vapor que aceptan los equipos
de absorción se sitúa en 14 bar, nosotros fijamos la presión de en 13.7 bar y 300 ºC,
presión que fue reducida por una válvula de expansión isoentálpica.
5.5.2 Resultados
Potencia neta para esas condiciones: 728.815 MW.
Rendimiento bruto de las turbinas de gas para esas condiciones: 36.86%.
Rendimiento neto de la planta para esas condiciones: 51.50%
Coste por kWe para esas condiciones: 331.3 $.
Calor de proceso utilizado en el enfriamiento por turbina de gas: 41997 kW.
Potencia térmica extraída a la corriente de aire por turbina de gas: 16976.6 ton.
COP en condiciones de funcionamiento: 1.422.
Coste del equipo de enfriamiento por turbina de gas: 1020.4 k$
5.6 ENFRIADOR EVAPORATIVO
5.6.1 Datos
El único dato que tenemos que introducir en esta parte es la eficiencia del enfriador
evaporativo, la cual la hemos situado en un 85%, valor máximo alcanzable por estos
sistemas. Le ponemos 10 mbar de perdida de carga. Recordamos que la eficiencia de un
enfriador evaporativo es el tanto por ciento que se consigue acercar la temperatura de la
corriente de aire hasta la temperatura de bulbo húmedo ambiental, limite físico del
proceso.
5.6.2 Resultados
A raíz de la simulación en la planta de este sistemas los resultados fueron los siguiente:
Potencia neta para esas condiciones: 671.537 MW.
Rendimiento bruto de las turbinas de gas para esas condiciones: 35.52%.
Rendimiento neto de la planta para esas condiciones: 53.58%
Coste por kWe para esas condiciones: 333.8 $.
Descenso de temperatura: de 45.2 ºC a la entrada a 33.9 ºC a la entrada del
compresor.
Caudal de agua utilizado en enfriador evaporativo por turbina de gas: 2.73 kg/s.
Coste de la instalación. No disponemos de este dato ya que GT Pro no lo suministra,
pero podemos estimarlo a partir de los datos recopilados en capítulos anteriores
[capítulo 3]. Se estima que para una instalación de enfriadores evaporativos el coste se
sitúa en 25$/kW añadido a la planta, por lo tanto el coste se sitúa en 1261750 $.
5.7 ENFRIAMIENTO DE NEBLINA DE ALTA PRESION
5.7.1 Datos
Al igual que ocurre con el sistema de enfriamiento evaporativo, solo podemos
suministrar el dato de la eficiencia. Ésta la situamos en un valor del 95%, que es el valor
típico que se alcanza con estos sistemas. La perdida de carga la estimamos en 10 mbar.
5.7.2 Resultados
Potencia neta para esas condiciones: 676.098 MW.
Rendimiento bruto de las turbinas de gas para esas condiciones: 35.62%.
Rendimiento neto de la planta para esas condiciones: 53.60%
Coste por kWe para esas condiciones: 331.3 $.
Descenso de temperatura: de 45.2 ºC a la entrada a 32.6 ºC a la entrada del
compresor.
Caudal de agua utilizado en hasta alcanzar la eficiencia del sistema, por turbina de
gas: 3.07 kg/s.
Coste de la instalación. No disponemos de este dato ya que GT Pro no lo suministra,
pero podemos estimarlo a partir de los datos recopilados en capítulos anteriores
[capítulo 3]. Se estima que para una instalación de enfriadores evaporativos el coste se
sitúa en 40 $/kW añadido a la planta, por lo tanto el coste se sitúa en 2236040 $.
5.8 COMPRESION HUMEDA
GT Pro nos permite la introducción de un sistema de compresión húmeda para aumentar
la potencia de la planta de ciclo combinado. Sin embargo, somos conscientes que la
implantación de un sistema como este en una turbina que no este prediseñada para usar
este sistema, no puede ser usado. Es por esta razón por la GT Pro trata a la turbina como
una caja negra y nos muestra todos los resultados. Mostraremos por tanto lo que es
capaz de hacer este sistema y su influencia en la potencia. La influencia en los costes
esta algo desvirtuada ya que instalar este sistema, no es tan sencillo como saturar la
corriente de aire; puede ser incluso necesario readaptar la turbina, colocar los adecuados
sistemas de control y demás instalaciones pertinentes.
5.8.1 Datos
Buscamos mediante simulaciones el grado de saturación del aire de entrada que nos
permitía alcanzar la consigna de 738.841 MW neto. Éste se situó en un 1.4%, por lo
tanto no llegando al limite del 3% que imponen las recomendaciones. La caída de
presión estimada fue de 10 mbar.
5.8.2 Resultados
Potencia neta para esas condiciones: 738.862 MW.
Rendimiento bruto de las turbinas de gas para esas condiciones: 36.71%.
Rendimiento neto de la planta para esas condiciones: 53.46%
Coste por kWe para esas condiciones: 306.2 $.
Descenso de temperatura: de 45.2 ºC a la entrada a 32.17 ºC.
Caudal de agua utilizado hasta llegar a saturación por turbina de gas: 3.24 kg/s.
Caudal de agua utilizado para saturar el aire en 1.4 %: 11.55 kg/s.
Los costes de la instalación no son proporcionados por GT Pro pero a raíz de lo
recopilado en la bibliografía [capítulo 3] podemos estimarlos en unos 75 $/kW añadido
a la planta, siendo el coste de la instalación estimado en 8834625 $.
5.9 SISTEMAS HÍBRIDOS
5.9.1 Introducción
En este apartado lo que haremos será combinar los distintos sistemas de enfriamiento
con el fin de conseguir la consigna. Hemos de tener en cuenta que estamos realizando
los cálculos para el punto de funcionamiento mas desfavorable, y que por tanto, si
cumplimos la consigna para este punto de funcionamiento lo cumpliremos para otros.
Lo que ocurre es que habrá épocas del año en que en que la potencia requerida sea muy
pequeña y podamos satisfacerla con enfriamiento evaporativo o neblina de alta presión,
teniendo los otros sistemas parados sin consumir auxiliares y además necesitando
instalar menos potencia de los mismos siendo los costes de las instalaciones menos
costosos.
Además entre estos sistemas existe un punto en común que se puede a tener en cuenta y
que favorecería a éstos; y es que los sistemas de enfriamiento eléctrico y de absorción,
producen agua, ya que al bajar la temperatura de la corriente, llegamos a la línea de
saturación y empieza a condensar agua fría. Si esa agua es utilizada para los sistemas de
enfriamiento evaporativo o para los de neblina alta presión, podemos conseguir un
consumo de agua nulo. Además nos encontramos también que, enfriar a lo largo de una
línea de humedad especifica constante consume menos potencia que enfriar a lo largo
de la línea de saturación, pero mas que enfriar a lo largo de una línea de bulbo húmedo.
Con esto queremos decir que si pensamos en ahorrar energía al enfriar a lo largo de una
línea de bulbo húmedo, debemos tener en cuenta que después nos vamos a encontrar en
la línea de saturación y más arriba en el diagrama y si queremos bajar más la
temperatura, el recorrido a lo largo de esa línea será mayor.
A raíz de los resultados anteriores vamos a comparar los siguientes sistemas:
Enfriamiento evaporativo con enfriamiento eléctrico de agua.
Enfriamiento evaporativo con enfriamiento de absorción de una etapa.
Enfriamiento evaporativo con enfriamiento de absorción de dos etapas.
Neblina de alta presión con enfriamiento eléctrico de agua.
Neblina de alta presión con enfriamiento de absorción de una etapa.
Neblina de alta presión con enfriamiento de absorción de dos etapas.
Los dos que no consideramos, enfriamiento eléctrico de aire y compresión húmeda, es
por su poco rendimiento y coste desvirtualizado respectivamente.
El problema que nos encontramos es que al combinar estos sistemas, GT Pro los coloca
en un orden determinado, que es primero los enfriadores y luego los sistemas de
contacto directo, que es precisamente al revés de cómo nosotros queremos. La solución
es sencilla; tan solo tenemos que poner las condiciones de salida de los sistemas de
contacto directo como condiciones ambientales y colocar como único sistema de
enfriamiento el otro y así podemos ver las influencias
5.9.2 Enfriamiento evaporativo con enfriamiento eléctrico de agua
5.9.2.1 Datos
Eficiencia del enfriador evaporativo: 85 %.
Caída de presión en el enfriador evaporativo: 10 mbar.
Caída de temperatura en el enfriador eléctrico: 28.9 ºC, máxima posible.
Resto de datos del enfriador eléctrico iguales a los del apartado en el que trabaja
individual.
5.9.2.2 Resultados
Potencia neta para esas condiciones: 723.482 MW.
Rendimiento bruto de las turbinas de gas para esas condiciones: 36.85%.
Rendimiento neto de la planta para esas condiciones: 51.65%
Temperatura de salida del enfriador evaporativo: 33.9 ºC seca y 32.17 ºC húmeda.
Caudal del agua utilizado por el enfriador evaporativo por turbina de gas: 2.73 kg/s.
Potencia eléctrica de enfriamiento utilizada por turbina de gas: 11468.6 kW.
Agua condensada en el proceso del enfriador eléctrico por turbina de gas: 16.05 kg/s.
Coste de la instalación del sistema de enfriamiento evaporativo: 1261750 $.
Coste de la instalación del sistema de enfriamiento: 1323400 $.
5.9.3 Enfriamiento evaporativo con enfriamiento de absorción de una etapa
5.9.3.1 Datos
Eficiencia del enfriador evaporativo: 85 %.
Caída de presión en el enfriador evaporativo: 10 mbar.
Caída de temperatura en el enfriador eléctrico: 28.9 ºC, máxima posible.
Resto de datos del enfriador de absorción iguales a los del apartado en el que trabaja
individual.
5.9.3.2 Resultados
Potencia neta para esas condiciones: 726.284 MW.
Rendimiento bruto de las turbinas de gas para esas condiciones: 36.85%.
Rendimiento neto de la planta para esas condiciones: 51.85%
Temperatura de salida del enfriador evaporativo: 33.9 ºC seca y 32.17 ºC húmeda.
Caudal del agua utilizado por el enfriador evaporativo por turbina de gas: 2.73 kg/s.
Calor de proceso utilizado en el enfriamiento por turbina de gas: 66404 kW.
Agua condensada en el proceso del enfriador de absorción por turbina de gas:
16.05kg/s.
Coste de la instalación del sistema de enfriamiento de absorción: 2273400 $.
Coste de la instalación del sistema de enfriamiento evaporativo: 1261750 $.
5.9.4 Enfriamiento evaporativo con enfriamiento de absorción de dos etapas
5.9.4.1 Datos
Eficiencia del enfriador evaporativo: 85 %.
Caída de presión en el enfriador evaporativo: 10 mbar.
Caída de temperatura en el enfriador eléctrico: 28.9 ºC, máxima posible.
Resto de datos del enfriador de absorción iguales a los del apartado en el que trabaja
individual.
5.9.4.2 Resultados
Potencia neta para esas condiciones: 720.932 MW.
Rendimiento bruto de las turbinas de gas para esas condiciones: 36.85%.
Rendimiento neto de la planta para esas condiciones: 51.47%
Temperatura de salida del enfriador evaporativo: 33.9 ºC seca y 32.17 ºC húmeda.
Caudal del agua utilizado por el enfriador evaporativo turbina de gas: 2.73 kg/s.
Calor de proceso utilizado en el enfriamiento por turbina de gas: 42009 kW.
Agua condensada en el proceso del enfriador de absorción por turbina de gas:
16.05kg/s.
Coste de la instalación del sistema de enfriamiento de absorción: 2041800 $.
Coste de la instalación del sistema de enfriamiento: 1261750 $.
5.9.5 Neblina de alta presión con enfriamiento eléctrico de agua
5.9.5.1 Datos
Eficiencia sistema de neblina de alta presión: 95 %.
Caída de presión en el sistema de neblina de alta presión: 10 mbar.
Caída de temperatura en el enfriador eléctrico: 27.6 ºC, máxima posible.
Resto de datos del enfriador eléctrico iguales a los del apartado en el que trabaja
individual.
5.9.5.2 Resultados
Potencia neta para esas condiciones: 724.249 MW.
Rendimiento bruto de las turbinas de gas para esas condiciones: 36.85%.
Rendimiento neto de la planta para esas condiciones: 51.71%
Temperatura de salida del enfriador evaporativo: 32.6 ºC seca y 32.17 ºC húmeda.
Caudal del agua utilizado por el enfriador evaporativo por turbinas de gas: 3.07 kg/s.
Potencia eléctrica de enfriamiento utilizada por turbina de gas: 11085 kW.
Agua condensada en el proceso del enfriador eléctrico: 16.41 kg/s.
Coste de la instalación del sistema neblina de alta presión: 2236040 $.
Coste de la instalación del sistema de enfriamiento eléctrico: 1294600 $.
5.9.6 Neblina de alta presión con enfriamiento de absorción de una etapa
5.9.6.1 Datos
Eficiencia sistema de neblina de alta presión: 95 %.
Caída de presión en el sistema de neblina de alta presión: 10 mbar.
Caída de temperatura en el enfriador eléctrico: 27.6 ºC, máxima posible.
Resto de datos del enfriador de absorción iguales a los del apartado en el que trabaja
individual.
5.9.6.2 Resultados
Potencia neta para esas condiciones: 726.259 MW.
Rendimiento bruto de las turbinas de gas para esas condiciones: 36.85%.
Rendimiento neto de la planta para esas condiciones: 51.71%
Temperatura de salida del enfriador evaporativo: 32.6 ºC seca y 32.17 ºC húmeda.
Caudal del agua utilizado por el enfriador evaporativo por turbinas de gas: 3.07 kg/s
Calor de proceso utilizado en el enfriamiento por turbina de gas: 66443 kW.
Agua condensada en el proceso del enfriador de absorción por turbina de gas:
16.41 kg/s.
Coste de la instalación del sistema neblina de alta presión: 2236040 $.
Coste de la instalación del sistema de enfriamiento por absorción: 2274600$.
5.9.7 Neblina de alta presión con enfriamiento de absorción de dos etapas
5.9.7.1 Datos
Eficiencia sistema de neblina de alta presión: 95 %.
Caída de presión en el sistema de neblina de alta presión: 10 mbar.
Caída de temperatura en el enfriador eléctrico: 27.6 ºC, máxima posible.
Resto de datos del enfriador de absorción iguales a los del apartado en el que trabaja
individual.
5.9.7.2 Resultados
Potencia neta para esas condiciones: 720.932 MW.
Rendimiento bruto de las turbinas de gas para esas condiciones: 36.85%.
Rendimiento neto de la planta para esas condiciones: 51.71%
Temperatura de salida del enfriador evaporativo: 32.6 ºC seca y 32.17 ºC húmeda.
Caudal del agua utilizado por el enfriador evaporativo por turbinas de gas: 3.07 kg/s
Calor de proceso utilizado en el enfriamiento por turbina de gas: 42009 kW.
Agua condensada en el proceso del enfriador de absorción por turbina de gas:
16.41kg/s.
Coste de la instalación del sistema neblina de alta presión: 2236040 $.
Coste de la instalación del sistema de enfriamiento de absorción: 2043000 $.
5.6 CONCLUSIONES
En primer lugar, para resumir los datos que hemos obtenidos de las simulaciones,
vamos a mostrar unas tablas que recojan los datos mas importantes para poder comparar
los sistemas de enfriamiento del aire de la entrada de la turbina de gas. Estos datos son
la potencia neta alcanzada con la implantación del sistema en la planta y el coste por
kW de la instalación realizada.
Para cada sistema individualmente quedarían las siguientes potencias en el mes más
critico:
X Tecnología
X
X
Magnitud X
Sin
enfriar
(1)
Enfriador
eléctrico
de agua
(2)
Enfriador
eléctrico
de aire
(3)
Absorción
de 1
Etapa
(4)
Absorción
de 2
etapas
(5)
Enfriamiento
evaporativo
(6)
Fogging
(7)
Compresión
húmeda
(8)
Potencia
neta
(MW)
621.067
731.346
691.545
734.401
728.815
671.537
676.098
738.862
Coste de la
Instalación
($/kW añadido)
280
12
20
20.05
18.94
25
40
75
Gráficamente las potencias quedan:
Y los costes representados en diagrama de barras:
Y para los sistemas híbridos quedaría:
X Tecnología
X
X
X
X
Magnitud X
Sin
enfriar
(1)
E.
evaporativo
+
enfriador
eléctrico
de agua (2)
E.
evaporativo
+
absorción de
1 etapa
(3)
E.
evaporativo
+
absorción de
2 etapas
(4)
Fogging
+
e.
eléctrico
de agua
(5)
Fogging
+
absorción
de 1
etapa
(6)
Fogging
+
absorción
de 2
etapas
(7)
Potencia
neta
(MW)
621.067
723.482
726.284
720.932
724.249
726.259
720.932
Coste de la
Instalación
($/kW añadido)
280
25.24
33.6
33.08
34
42.88
42.84
Para ver más claro estos resultados los representamos en un diagrama de barras:
A partir de dichos datos lo que buscamos es acercarnos lo mayor posible a la consigna
que recordamos que era 738.841 MW netos. Las simulaciones las hemos hecho para
unas condiciones de 45.2 ºC de temperatura seca ambiente y 41 de humedad relativa y
a partir de los datos que reflejan las tablas anteriores vamos a ver que sistema es el que
se acerca más a mi consigna teniendo un coste menor.
Si comenzamos con los sistemas de enfriamiento actuando individualmente, vemos que
el que mas se acerca a la consigna es el de absorción de una etapa. Sin embargo su coste
es de los más altos. Muy cerca se le queda el de enfriamiento eléctrico de agua que tiene
un coste menor. Por lo tanto estas dos opciones serian las mas adecuadas, teniendo en
cuenta que a pesar de tener un coste mayor la planta que lleva el sistema con absorción,
ésta trabaja con menor grado de carga y tiene un mejor rendimiento del ciclo
combinado. Los sistemas de neblina de alta presión y de enfriamiento evaporativo, no
son adecuados para esta instalación ya que es un clima relativamente húmedo, nos
encontramos cerca de la curva de saturación y se consiguen aumentos de potencia muy
pobres. Con respecto al sistema de compresión húmeda, este seria el que llegaría a la
potencia requerida, pero la implantación de este sistema no es tan solo un desembolso
económico fuerte, sino que implica modificaciones en el compresor y compra de
equipos nuevos.
En cuanto a los sistemas híbridos el que más se acerca a la consigna, es el que usa un
sistema evaporativo con un enfriador de absorción de una etapa. Este sistema trabajaría
con un grado de carga algo más alto que si tuviéramos un sistema de absorción solo, sin
embargo presenta una ventaja y es que los sistemas de evaporativos requieren agua para
producir el enfriamiento. Esta agua puede ser aportada por la que condensa al enfriar el
flujo de aire hacia el compresor, lo cual implica ahorro de agua y de potencia de bombas
de impulsión. A pesar de ser más caro también presenta otra ventaja. Esta consiste en
que en épocas donde la temperatura no sea excesiva, no habrá que poner en
funcionamiento el enfriador por absorción y solo tendremos que usar el sistema
evaporativo lo cual supondría un ahorro en consumos de auxiliares, para los meses no
muy cálidos.
En cuanto a la elección entre cual sistema evaporativo utilizar, dado que nos
encontramos en un clima húmedo, con temperaturas seca y de bulbo húmedo muy
cercanas, como vimos en el capítulo 3 la elección por la que deberíamos decantarnos
sería el de enfriamiento evaporativo ya que trabaja mejor que el de fogging cuando los
climas son húmedos. Lo recordamos con la siguiente gráfica que vimos en el capítulo 3:
Por lo tanto si se tuviera que tomar una decisión final para instalar un sistema, a la vista
de los resultados obtenidos la elección del sistema óptimo resulta en un sistema
híbrido de enfriador evaporativo con sistema de enfriamiento posterior de
absorción de una etapa, cuyos resultados son:
Potencia neta para esas condiciones: 726.284 MW.
Rendimiento bruto de las turbinas de gas para esas condiciones: 36.85%.
Rendimiento neto de la planta para esas condiciones: 51.85%
Temperatura de salida del enfriador evaporativo: 33.9 ºC seca y 32.17 ºC húmeda.
Caudal del agua utilizado por el enfriador evaporativo por turbina de gas: 2.73 kg/s.
Calor de proceso utilizado en el enfriamiento por turbina de gas: 66404 kW.
Agua condensada en el proceso del enfriador de absorción por turbina de gas:
16.05kg/s.
Coste de la instalación del sistema de enfriamiento de absorción: 2273400 $.
Coste de la instalación del sistema de enfriamiento evaporativo: 1261750 $.
