Revista de Energia ( Cogeneracion )

7/23/2019 Revista de Energia ( Cogeneracion )

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Master en Energas Renovables y Mercado Energtico 2007/2008

Mdulo: Gestin eficiente de la energa

COGENERACIN:

ASPECTOS TECNOLGICOS!"#R: $%EG#&R%'E

(: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y RealesDecretos.Documentaci!n elaborada por el autor"a para #$I.Prohibida la reproducci!n total o parcial sin autori%aci!n escrita de #$I.


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Master en Energas Renovables y Mercado Energtico 200)/2007

SumarioI. INTRODUCCIN Y GENERALIDADES 7

1. Objetivos 8

2. Eer!"a# trabajo $ %a&or# 'ote%ia. (i)a)es )e me)i)a $ su %oversi* 82*+ Energa 82*2 "raba,o- .otencia y sus unidades de edida 82* El calor 12* Energa interna- ental.a y leyes de la terodin3ica +0

2*4 5rinci.io de la generacin elctrica en alternadores ++

+. ,-u es %o!eera%i*/ 12*+ 6ecesidades de calor de una f3brica +*2 5osibles odificaciones en el .roceso +

0. ustii%a%i* )e &a %o!eera%i* 13

3. Ti'os )e %i%&os. 144*+* ogeneracin con otor alternativo de gas o fuel +74*2* ogeneracin con turbina de gas +14** ogeneracin con turbina de va.or 204** ogeneracin en ciclo cobinado con turbina de gas 2+4*4* ogeneracin en ciclo cobinado con otor alternativo 24*)* "rigeneracin 2

5. Combustib&es 'ara %o!eera%i* 20

4. Re)imietos e ua '&ata )e %o!eera%i* 23

8. Emisioes e '&atas )e %o!eera%i* 25

6. I)ustrias i)*eas 'ara %o!eera%i* 28

II. TURBINAS DE GAS 291. Pri%i'ios b7si%os )e turbias +

2. Turbia )e !as. 9es%ri'%i* !eera& +2

+. Ti'os )e turbias )e !as +2*+ 5or su origen 2*2 5or su construccin

0. Com'oetes 'ri%i'a&es +0*+ o.resor de aire *2 3ara de cobustin

* "urbina 453gina 2 de +21

&' Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales

Decretos. Documentaci!n elaborada por el autor"a para #$I.

Prohibida la reproducci!n total o parcial sin autori%aci!n escrita de #$I.


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* Reductor 4*4 Generador 4

3. Ci%&o )e &a turbia )e !as +3

5. Presta%ioes )e ua turbia )e !as. Co)i%ioes ISO. +5

4. Re)imieto )e ua turbia )e !as. 9eii%i*. +4

8. a%tores ;ue ae%ta a &a 'ote%ia $ re)imieto +8

6. Sistemas auue +1*7 istea de lubricacin +1*8 Refrigeracin / ?entilacin +1*1 ntiincendios y deteccin de gas +

1. Sistemas 'ara aumetar 'ote%ia = re)imieto. 02+0*+ Enfriaiento del aire de as.iracin 2+0*2 %nyeccin de va.or en turbina de gas

11. Combustib&es 03

12. E


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8* istea de refrigeracin )0

6. Se%ue%ias t"'i%as 51

1. Co)esa%i* )e va'or 51

11. E


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8*+ 5rescri.ciones de seguridad y alaras 8)8*2 ?3lvulas de eguridad 8)8* ?3lvulas del circuito de agua de alientacin 8)8* ?3lvulas de circuito de va.or 8)8*4 %ndicadores de nivel 8)8*) istea de alientacin de agua 878*7 eguridad contra descargas elctricas 878*8 Mirillas 878*1 eguridad contra fallo de corriente elctrica 878*+0 eguridad del a.orte calorfico 3@io 878*++ rganos de regulacin- seguridad y control .or tratarse de generadores auto3ticos 888*+2 eguridad de .resin 3@ia de va.or 888*+ eguridad y llaa 88

8*+ eguridad de encendido .ara >ueadores con encendido auto3tico 888*+4 eguridades .or ba,o nivel de l>uido 81

VI. EQUIPOS AUXILIARES EN LAS PLANTAS DE COGENERACIN 91

1. Sistemas )e a'rove%Bamieto )e& %a&or )e %o!eera%i* 62+*+ alderas 14+*2 %ntercabiadores y a.rovec9aiento de gases directos 14+* bsorcin 1)

+**+ $escri.cin de una 3>uina de absorcin* 17+**2 $escri.cin de una instalacin de refrigeracin .or absorcin 11+** o.aracin entre absorcin y co.resin +00

+* onclusiones a la recu.eracin de calor en cogeneracin +0+

VII. SELECCIN DEL TIPO Y TAMAO DE LA PLANTA DE COGENERACION12

1. Itro)u%%i* 1+

2. Situa%i* $ ori!e )e &os )os ti'os )e te%o&o!"as 1+2*+ Eleentos a tener en cuenta en la decisin +0

2*+*+ $iferencias tcnicas entre otores y turbinas* +0

+. Combustib&es uti&iab&es $ su i&ue%ia e &a retabi&i)a). Se&e%%i* )e& %ombustib&e 18

0. 9imesioamieto )e ua '&ata )e %o!eera%i* 16

VIII. NUEVOS DESARROLLOS Y TENDENCIAS EN PLANTAS DECOGENERACIN 113

1. Itro)u%%i* 110

2. Presta%ioes )e &as turbias )e !as $ uevos )esarro&&os 115

+. >e)i)as 'ara ma


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*2*+ Enfriador eva.orativo +2+*2*2 Enfriaiento con intercabiador +22* ondensacin de va.or +2

**+ $escri.cin del sistea +2* %nyeccin de va.or en turbina de gas +2

**+ Rentabilidad de la inyeccin* +24

0. Te)e%ias $ uevos )esarro&&os e motores a&terativos 123*+ iclos de cola en otores +2)

3. Co%&usioes 125

IX. BIBLIOGRA!"A 12#

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%* %6"R#$!%6 FGE6ER'%$$E

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+* #b,etivosEsta .ublicacin tiene coo ob,etivo ofrecer una base general a .ostgraduados sobre los as.ectos

tcnicos as relevantes ligados a la cogeneracin- de anera >ue cono=can los fundaentos de esta tecnologa y se failiaricen con las instalaciones y e>ui.os >ue constituyen noralente una .lanta de cogeneracin* e intentar3 ofrecer una visin lo 3s co.leta .osible- debido a la a.litud del tea y laliitacin de esta .ublicacin- algunos asuntos no .odr3n ser tratados con .rofundidad*

Es i.ortante resaltar >ue esta tecnologa- coo casi todas- est3 en constante evolucin* on ellolo referente a rendiientos- e>ui.os- tecnologas- etc vale .ara 9oy y en algunos casos se .uede entrever

el futuro- .ero el futuro solo lo conocereos con e@actitud cuando llegue* 6aturalente 9ay algunas cosas b3sicas- relativas a leyes fundaentales de la fsica y otras ciencias b3sicas >ue no .ueden cabiar* llector corres.onde distinguir entre las cosas inutables a retener y las actuales de las >ue 9a de estar inforado* oen=areos este curso con un breve an3lisis de los conce.tos y unidades de energa 3susuales- .ara dar .aso inediataente a las generalidades de cogeneracin y des.us a la descri.cin delos e>ui.os e instalaciones 3s frecuentes en cogeneracin*

2* Energa- traba,o y calor- .otencia*!nidades de edida y su conversin

2.1Eer!"a

e llaa energa de un sistea a la ca.acidad de dic9o sistea .ara reali=ar un traba,o* 'a energa se 9alla en uy diversas foras 3s o enos f3ciles de observar* 5uede estar ligada a la ateria delos cuer.os- coo la energa cintica o .otencial- energa >uica- nuclear- trica y electroagntica o.uede ser inde.endiente de los cuer.os coo las radiaciones tricas o electroagnticas*

'a verdadera naturale=a de la energa no se conoce- sino >ue se distingue .or sus efectos* 'aenerga se ide .or la cantidad de traba,o >ue .uede .ro.orcionar- .or tanto sus unidades de edida sonlas isas >ue las del traba,o*

2.2Trabajo# 'ote%ia $ sus ui)a)es )e me)i)a

$ecios >ue se reali=a un traba,o fsico cuando una fuer=a act;a un cuer.o y e,erce un des.la=aiento del iso* El valor del traba,o reali=ado .or la fuer=a se obtiene ulti.licando el es.acio recorrido .or el cuer.o .or la agnitud de la fuer=a en la direccin del des.la=aiento*

=) e

5or tanto- .ara reali=ar un traba,o es necesario no solo >ue e@ista una fuer=a- sino tabin >ue seorigine un des.la=aiento en la direccin de la isa* 5or e,e.lo- si anteneos un ob,eto colgado- noreali=aos ning;n traba,o fsico- aun>ue nos su.onga un gran esfuer=o*

'a unidad de traba,o en el sistea internacional de unidades %< es el ,ulio Hue es el traba,o

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reali=ado al over un ob,eto un etro de distancia- con una fuer=a de + 6eIton 6uivalente a un ,ulio .or segundo +H/s< * oo es una unidad.e>ueCa- se utili=an los ;lti.los: + AJ e>uivale a +000 J y + MJ a un illn de vatios*

#tra unidad uy utili=ada es el caballo de va.or ?uivale a 7) J y esla .otencia necesaria .ara subir un .eso de 74 Ag- un etro- en un segundo* Esta es a.ro@iadaente la.otencia de un caballo de constitucin edia*

2.+E& %a&or

En la naturale=a se observa con frecuencia >ue deterinados cuer.os llaados vulgarente cuer.os calientes e,ercen cierta influencia sobre otros- llaados fros- variando alguna de sus caractersticas-coo fora- voluen- color o energa* e observa >ue esta influencia .uede originar un traba,o- es decir>ue tiene car3cter energtico*

e llaa calor a la influencia >ue se transite de un cuer.o a otro al .onerse en contacto- .or el9ec9o de .oseer diferente te.eratura*

El calor- coo el traba,o son energas en tr3nsito- es decirse anifiestan en las transforaciones-.or lo >ue no tiene sentido decir >ue un cuer.o tiene uc9o calor o .oco traba,o- sino uc9a energa*

oo el calor es una anifestacin de la energa- tabin se ide en ,ulios- aun>ue e@iste unaunidad utili=ada desde antiguo .ara edir la transferencia de calor- es la calora* !na calora es el calor>ue 9ay >ue ceder a + g de agua .ara subir su te.eratura +4K a +) K* !na calora e>uivale a -+8)8,ulios* 'a Ailocalora Acal< tiene il caloras* 'a teria te< tiene +000 Acal*

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Resumen de frmulas y equivalencia de unidades:

5 =J

t J =& e . =&

> =M

t

Magnitud Unidades

SI Derivadas

M $%&'&( Kg t (tonelada) = 1000 kg

T $)*+%,-( S

+ $+',&*-/ 0+ M Km = 1000 m,&&%*+)-(

! $5+&( Newton kp = 9,81 N(N)

8 $)&&:-( !lio () "al=#,18$8 1 te = 1%000 k&al k' =,$ M

P $,-)+*&( 'atio (') "* = +$ '

P $,+'*;( a (N-m.) /ar=100%000 a atm=1,01 /ar

atm = +$0 mmg = 10,# m%&%a% = 1,0kg-&m.

T $)+%,+&)&( 2" 2 3 = 2" 4 1,8 5 .

Q $&0&( kg-s t- 1kg-s = ,$ t-

TADLAI.1 >AGNIT(9ES (NI9A9ES FSICAS >S HADIT(ALES

2.0Eer!"a itera# eta&'"a $ &e$es )e &a termo)i7mi%a

'a terodin3ica es una ciencia [email protected] >ue estudia las transforaciones energticas- en>ue intervienen el traba,o y/o el calor* Es la disci.lina >ue rige todos los .rinci.ios b3sicos de las .lantasenergticas y en concreto de cogeneracin*

'a energa interna de un cuer.o es la sua de la energa contenida en cada una de las olculasdel iso* En el caso de gases es interesante estudiar los efectos de la .resin sobre los isos y sedefine otra .ro.iedad de los isos >ue se llaa ental.a* 'a ental.a se .uede definir coo la sua dela energa interna de un cuer.o y de la energa de .resin del iso* En los l>uidos y slidos- >ue son

.r3cticaente inco.resibles- es a.ro@iadaente igual a la energa interna*53gina +0 de +21





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la .riera ley de la terodin3ica se la llaa tabin ley de conservacin de la energa y res.onde al convenciiento obtenido de la observacin de las transforaciones >ue se reali=an en la naturale=a- donde la energa ni se crea ni se destruye- es decir >ue la energa al final de una transforacin esigual a la >ue 9aba antes de la isa 3s la a.ortada desde el e@terior y enos la cedida al e@terior*

$e esta ley se deduce >ue cuando cedeos calor o traba,o a un sistea- ste auenta su energaen esa agnitud* Esto su.one auentar la energa interna- cuando no 9ay variacin de energa ec3nica oelectroagntica en los sisteas cerrados- o- en caso de los sisteas abiertos- la ental.a* 5or tanto- en unsistea aislado tricaente- coo una turbina- el traba,o obtenido .rocede de la disinucin de la ental.a de los gases >ue .asan a su travs* 5or el contrario el traba,o a.ortado a un co.resor se e.lea enauentar la ental.a del fluido* En el caso de una boba de agua- el traba,o a.ortado se utili=a en auentar la energa .otencial del agua- .or e,e.lo- .ara elevarlo*

"abin se 9a observado >ue en una transforacin se .uede transforar todo el traba,o en calor- .ero nunca todo el calor en traba,o* Esta es la segunda ley de la terodin3ica- >ue tabin se .uedeforular diciendo >ue es i.osible 9acer .asar calor es.ont3neaente de un cuer.o fro a otro caliente-siendo necesario .ara ello a.ortar traba,o*

'a consecuencia del segundo .rinci.io es >ue no es .osible crear un otor trico >ue tengarendiiento del +00 L* El rendiiento lite- al cual no .uede llegarse- viene dado .or la [email protected]

a@ +"

"2

+

iendo "2 y "+- la te.eratura absoluta del foco fro y caliente- res.ectivaente*

2.3Pri%i'io )e &a !eera%i* e&%tri%a e a&tera)ores

uando un conductor se ueve en el seno de un ca.o agntico constante- se genera entre suse@treos una diferencia de .otencial- diferencia de .otencial >ue .uede originar una corriente elctricacontinua entre sus e@treos- si los unios*

$e igual fora- si anteneos un conductor elctrico en el seno de un ca.o agntico variable- se induce una corriente en el iso* Este es el .rinci.io de funcionaiento de los alternadores* Enellos el ca.o agntico es generado .or un rotor bobinado- >ue gira i.ulsado .or una 3>uina otri=-.or e,e.lo- una turbina* 5or los arrollaientos del rotor circula una corriente de e@citacin- >ue generaen el estator una ca.o agntico- cuyo flu,o a travs del arrollaiento inducido vara sinusoidalente-generando en el iso una tensin tabin sinusoidal* i unios los e@treos del arrollaiento a travsde una carga- circula una corriente- >ue a su ve= crea otro ca.o agntico de o.osicin en el rotor y >uelo frena- creando el .ar resistente >ue contrarresta al .ar otor* Mediante este .roceso convertios la.otencia ec3nica .ar .or velocidad< del rotor en elctrica en el estator*

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* NDu es cogeneracinO'a cogeneracin es un trino ya bastante conocido* ogeneracin significa .roduccin siult3

nea de dos o 3s ti.os de energa* 6oralente las energas generadas son electricidad y calor- aun>ue.uede ser tabin energa ec3nica y calor y/o friouica convertida en energa elctrica es ba,a .or>ue la ayora delcalor se .ierde al ser el calor desec9ado de ba,a te.eratura- o en otras .alabras- tiene .oca ca.acidad

.ara desarrollar un traba,o ;til en una central elctrica ba,a e@erga


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En .oca reciente se 9a dado un .aso uy i.ortante en el auento del rendiiento de las centrales elctricas con la introduccin del ciclo cobinado con gas natural- >ue consiste en el a.rovec9aiento del calor en dos niveles- con dos ciclos uno de gas con turbina de gas< y otro de va.or con turbina de va.orue el rendiiento elctrico con,unto llega al )0 L*

5ero la ayora de los .rocesos industriales- coerciales o de servicios re>uieren calor a unate.eratura relativaente ba,a- de fora >ue estos .rocesos s >ue .ueden a.rovec9ar ese calor >ue deotra fora se desa.rovec9ara: de esta anera- estos .rocesos .ueden siultanear la .roduccin de electricidad y el a.rovec9aiento de ese calor residual* Este diferente conce.to de a.rovec9aiento energtico es el >ue reali=an las .lantas de cogeneracin- llegando a un rendiiento global >ue .ueden oscilarentre el 74L y el 10L de la energa >uica contenida en el cobustible*

+.1Ne%esi)a)es )e %a&or )e ua 7bri%aeg;n el ti.o de fluido calo.ortador- una f3brica .uede .recisar va.or- agua caliente- fluidos

tricos- gases o aire caliente- aire fro y agua u otro fluido fro*

$entro de cada fluido 9ay >ue considerar los .ar3etros de utili=acin del isoP .or e,e.lo enva.or su nivel o niveles de .resin y te.eratura de utili=acin* En agua caliente o fra- su te.eraturaPen aire o gases- la te.eratura de utili=acin*

e .odran clasificar as las necesidades de calor en:

FLUIDO CALOPORTADOR PRESIO TE!PERATURA

APOR 5 Q20 bar< aturado

M5 8***20 bar< obrecalentado

B5 +***7 barICO 200***00 K

AG(A RIA 4***+4 K

4 K

A>ONIACO 20***0 K

AIRE RIO +0***+4 K

GASES=AIRE CALIENTE +00 K

+00***00 K

Q00

+.2Posib&es mo)ii%a%ioes e e& 'ro%eso

uando se instala una .lanta de cogeneracin es uy interesante anali=ar la fora en >ue se utili=a el calor .or>ue el rendiiento de la instalacin va a de.ender en una gran edida de la fora de utili

=acin del calor* Es f3cil entender- coo vereos en los siguientes e,e.los- >ue cuanto 3s ba,o es el53gina + de +21





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nivel de ental.a de la utili=acin del calor- 3s cantidad de electricidad y calor a.rovec9areos*Es evidente >ue cuando traba,aos con una turbina de va.or en contra.resinP a enor .resin

en el esca.e .roducios ayor electricidad* "abin en una caldera de recu.eracin .roducios a enor .resin- ayor cantidad de va.or* En este tea del va.or 9ay >ue resaltar >ue es uy conveniente.roducir el va.or en el nivel o los niveles de consuo- lo >ue >uiere decir >ue si 9ay varias .resiones-debe .roducirse en esas .resiones y no .roducir en la 3s alta y luego reducir*

!na .osibilidad de ba,ar a;n 3s el nivel de ental.a del va.or es convertirlo en consuo de aguacaliente- lo >ue en el caso de algunas instalaciones con turbina de gas .uede ser uy econico y eninstalaciones de otores- ade3s de econico suele ser obligatorio .ara cu.lir con la norativa dea9orro energtico* El iso .lanteaiento >ue 9eos 9ec9o con el va.or se .uede 9acer con el aguacaliente .or lo >ue a te.eratura se refiere- siendo evidente >ue cuanto enor es la te.eratura

re>uerida- 3s f3cil es de utili=ar el calor*En el caso del fro 9ay una frontera a -4 K sobre la cual .ueden utili=arse 3>uinas de Br'i y

agua >ue son 3s baratas y con e,or #5 .or traba,ar con enor saltoP sin ebargo en te.eraturas.r@ias a 0 K y criognicas 9ay >ue ir a instalaciones 3s sofisticadas y caras* En este caso lo 3sconveniente es utili=ar el nivel de te.eratura 3s .arecido al del abiente*

'a te.eratura de utili=acin de gases .or una .arte afecta al origen del >ue se .uede toar elcalor y tabin al taaCo y eficiencia de la .lanta* En el caso de otores es trascendental y .uede llegara condicionar el .royecto*

Resuiendo todo en una frase- Ba$ ;ue o'timiar e& %osumo )e eer!"a 'ara )es'uso'timiar &a 'ro)u%%i** #.tii=ar el consuo significa utili=ar la energa en el nio nivel trico.osible- aun>ue esto signifi>ue en alg;n caso un enor rendiiento o ayor consuo*

En este ca.itulo de odificaciones en el .roceso es conveniente considerar las necesidades energticas de todo ti.o e@istentes en la f3brica .ara integrarlas todas en la .lanta de cogeneracin- esto .erite auentar el taaCo y eficiencia de la .lanta y uc9as veces da una ayor regularidad en el consuo energtico y al final un e,or balance anual* Este es el caso de la f3brica del e,e.lo anterior- donde9aba consuo de fro- >ue .rovocaba una .unta i.ortante en la deanda de electricidad en el verano-ientras el consuo de va.or era enor en esta .oca* obinando abos consuos fue .osible .oneruna instalacin ayor de la .revista originalente sin e@cedentes de calor- lo >ue su.uso un auento dela rentabilidad de la instalacin uy considerable* En la tabla .osterior se re.roduce el efecto del cabioen .roceso en la .lanta citada sobre la rentabilidad de la isa*

"!RB%6 $E "!RB%6 B#R%#6 %6?ER%#6 S#RR# "R%G ?5#R

MJ MJ MH/ M5" M5"/ L

8 0 0 T F +1

+2 0 0 +-27UT +-)7UF 27

+2 0 2- +-2UT +-87UF 0

+2 +-4 2- +-+UT 2-0UF +

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* Hustificacin de la cogeneracin'as caractersticas referidas en el a.artado - >ue dan origen a sus venta,as 3s i.ortantes- .ro

ceden de las leyes terodin3icas- re.resentan .or tanto venta,as inutables >ue son una ,ustificacin dela .eranencia de esta tecnologa .or encia de condiciones coyunturales- .olticas o de oda*

'as centrales elctricas tienen coo ;nico ob,etivo la .roduccin de electricidad* 'a electricidadse .roduce en los alternadores- .ara lo cual reciben energa ec3nica .rocedente de un otor trico- enel caso de las centrales tricas* Este otor trico convierte la energa >uica de un cobustible enenerga ec3nica*

5or e,e.lo- el otor de un autovil transfora la energa >uica del cobustible en la energa ec3nica >ue i.ulsa el coc9e ediante [email protected] controlada de la e=cla airecobustible en loscilindros* #tro e,e.lo es un reactor de avin- >ue convierte la energa del cobustible en una corrientede gases a gran velocidad- >ue i.ulsa al avin en sentido contrario- es el efecto de reaccin- siilar al.roducido en la anguera de duc9a cuando abrios s;bitaente la llave de .aso*

ual>uier .roceso de conversin de energa trica en ec3nica re>uiere- seg;n el segundo .rinci.io de la terodin3ica- la e@istencia de un foco fro al >ue evacuar una cierta cantidad de calor* En elcaso del otor de coc9e es el abiente e@terior en invierno- tabin el interiorue utili=an va.or de alta .resin .ara alientar a una turbina deva.or- con te.eraturas de va.or vivo de unos 440 K y del foco frio de unos 24 K- el 3@iorendiiento alcan=able es del )-8 L* En la .r3ctica se llega a rendientos del 2***L- es decir- unastres cuartas .artes del 3@io*

En las odernas centrales de ciclo cobinado grandes- el foco caliente es la c3ara decobustin- con te.eraturas del orden de +00 K- lo >ue su.one un rediiento 3@io del 80 L-siendo las tres cuartas .artes el )0 L- valor al >ue ya 9eos llegado*

Es f3cil entender >ue en las .lantas de cogeneracin- donde se a.rovec9a tabin el calor- se

consiga ayores rendiientos globales* oo consecuencia- el coste de .roduccin de electricidad esenor- y sta es la ,ustificacin de la bondad de esta tecnologa*

oo e,e.lo- se uestra en la figura +*+ el diagraa de flu,o energtico de una instalacin decogeneracin en ciclo cobinado y en la figura +*2 el diagraa corres.ondiente a nivel nacional .ara elsuinistro de la isa energa electricidad en una oderna central elctrica de ciclo cobinado y elcalor ediante cobustin de un cobustible en una caldera de la f3bricaui.os .rinci.ales definen el ti.o de ciclo- los .roductos del iso- el rendiiento y todaslas caractersticas .rinci.ales del iso* Esto >uiere decir >ue si nos e>uivocaos en estos e>ui.os- es.r3cticaente i.osible re.arar el al- e,orando el resto de la instalacin*

'os e>ui.os au@iliares sirven .ara asegurar las necesidades de los e>ui.os .rinci.ales* 5or e,e.lo- bobean el agua a la caldera- co.rien el gas .ara la turbina- refrigeran el aceite o los alternadores- etc*

de3s e@isten una serie de instalaciones necesarias- coo .ara cual>uier .roceso- de las >ue eneste oento re.arareos en dos: electricidad y control- .or su i.ortancia* 'a instalacin elctrica-.or>ue en la ayora de las instalaciones de cogeneracin se .roduce electricidad y el control- .or>ue 9a.eritido 9acer instalaciones casi co.letaente auto3ticas y >ue .ueden ser .or tanto instaladas [email protected] en cual>uier f3brica- sin la .resencia .eranente de .ersonal altaente es.eciali=ado*

E@iste otro trino >ue interesa definir en este oento- es el V.rie overW o otor .riario->ue .odraos decir >ue es la 3>uina trica b3sica >ue da origen al .roceso*

Es en funcin de los e>ui.os .riarios y .rinci.ales en funcin de lo >ue se definen los ti.os deciclos:

@ turbina de gas en ciclo si.le .ara secado o con caldera

@ otor de gas en ciclo si.le .ara secado o con caldera

@ aldera con turbina de va.or

@ iclo cobinado de turbina de gas

@ iclo cobinado de otores

3.2. Co!eera%i* %o motor a&terativo )e !as o ue&

!tili=an gas- gasleo o fueloil coo cobustible* En general se basan en la .roduccin de va.ora ba,a .resin 9asta +0 baresuinas de doble efecto- o utili=ando directaente el calordel agua de refrigeracin en 3>uinas de si.le efecto*

Este ti.o de instalaciones es conveniente .ara .otencias ba,as 9asta +4 MJue la generacin elctrica es uy i.ortante en el .eso del .lan de negocio* 'os otores son la 3>uina trica>ue 3s rendiiento elctrico tiene*

!n diagraa de .roceso eleental de este ti.o de instalacin se .resenta en la siguiente figura53gina +7 de +21





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COGENERACION CON>OTOR ALTERNATIO

g!a &aliente

"om/!sti/le *apor

Motor "aldera

7ed elA&tri&a

IG. I.+. PLANTA 9E COGENERACIN CON >OTOR ALTERNATIO

El re.arto de energa en una .lanta con otor alternativo es a.ro@iadaente as se 9a re.resen

tado el caso de un otor de gas del orden de o MJIMENEA

CONDUCTOS 1= 11=

+00+08)*

IG. I.0. 9IAGRA>A 9E SANJE 9E PLANTA 9E COGENERACIN CON >OTOR 9E GAS

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3.2. Co!eera%i* %o turbia )e !asEn las .lantas con turbina de gas se >uea cobustible en un turbogenerador* 5arte de la energa

se transfora en energa ec3nica- >ue se transforar3 con la ayuda del alternador en energa elctrica*u rendiiento elctrico es noralente inferior al de las .lantas con otores alternativos- .ero .resentan la venta,a de >ue .eriten una recu.eracin f3cil del calor- >ue se encuentra concentrado en su .r3ctica totalidad en los gases de esca.e- >ue est3n a una te.eratura de unos 400 K- idnea .ara .roducirva.or en una caldea de recu.eracin*

uando se .resenta en el denoinado ciclo si.le- el sistea consta de una turbina de gas y unacaldera de recu.eracin- gener3ndose va.or directaente a la .resin de utili=acin en la .lanta de .roceso asociada a la cogeneracin* u a.licacin es adecuada cuando las necesidades de va.or son i.ortan

tes Q+0 t/9ue se encuentra f3cilente en nuerosas industrias alientacin- >uica- .a.eleraue la >ue .ueden .ro.orcionar los gases de esca.e- .uede .roducirse una cantidad adicional utili=ando un >ueador de .ostcobustin- introduciendo cobustible directaente a un >ueador es.ecial- con el >ue cuenta la caldera* Esto .uede 9acerse .or>ue los gases de esca.e son a;n suficienteente ricos en o@geno* 5or el contrario- el esca.e de un otor alternativo tiene un contenido de o@igeno enor del >ue .erite una cobustin segura- .or lo >ue es necesario enri>uecerlo .reviaente en o@geno- si se >uiere 9acer la .ostcobustin- y ante esta dificultad- se suele o.tar .or antener calderas au@iliares de reserva .ara el casode necesidades su.leentarias de calor*

El diseCo del sistea de recu.eracin de calor en las .lantas con turbina de gas es fundaental-.ues su econoa est3 directaente ligada al iso- ya >ue el .eso del iso es ayor >ue en las .lantas con otores alternativos* continuacin se .resenta un diagraa de .roceso si.lificado*

COGENERACION CON T(RDINA 9E GAS

*apor

"aldera

"om/!sti/le

:!r/ina de gas 7ed elA&tri&a

IG. I.3. PLANTA 9E COGENERACIN CON T(RDINA 9E GAS

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El diagraa de anAey .ara este ti.o de instalaciones .odra ser el siguiente:

DIAGRAMA DE SANKEY DE UNA

PLANTA DE COGENERACIN CONTURBINA DE GAS

PERDIDAS EN ELTERNADOR YCONDCONVENCIN DE MOTOR

2=

ELECTRICIDAD 33=ENERGIA

DELCOMBUSTIBLE

PRODUCCION DE CALOR IMENEACONDUCTOS 1=

11=

IG. I.5. 9IAGRA>A 9E SANJE 9E PLANTA 9E COGENERACIN CON T(RDINA 9E GAS

E@iste la .osibilidad de a.rovec9ar directaente el calor de los gases de esca.e sin 9acerlos .asar.or una caldera* El gas de esca.e .uede ser utili=ado en a.licaciones tales coo secaderos- bien a.licando directaente el gas de esca.e sobre el aterial a secar o a travs de un intercabiador gasaire*

3.+. Co!eera%i* %o turbia )e va'or

En estos sisteas- la energa ec3nica se .roduce .or la [email protected] del va.or de alta .resin .rocedente de una caldera convencional* El uso de este ciclo fue el .riero en cogeneracin* ctualente sua.licacin 9a >uedado .r3cticaente liitada coo co.leento .ara ciclos cobinados o en instalaciones >ue utili=an cobustibles residuales- coo bioasa y residuos*

$e.endiendo de la .resin de salida del va.or de la turbina se clasifican en turbinas a contra.resin- en donde esta .resin est3 .or encia de la atosfrica- y las turbinas a condensacin- en las cualessta esta .or deba,o de la atosfrica y 9an de estar .rovistas de un condensador*

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COGENERACION CONT(RDINA 9E APOR

:!r/ina devapor

"aldera

"om/!sti/le

7ed elA&tri&a

IG. I.4. PLANTA 9E COGENERACIN CON T(RDINA 9E APOR

3.0. Co!eera%i* e %i%&o %ombia)o %o turbia )e !as

'a a.licacin con,unta de una turbina de gas y una turbina de va.or es lo >ue se denoina ciclocobinado*

'os gases de esca.e de la turbina atraviesan la caldera de recu.eracin- donde se .roduce va.orde alta .resin* Este va.or se [email protected] en una turbina de va.or .roduciendo una energa elctrica adicional* El esca.e de la turbina ser3 va.or de ba,a .resin- >ue .uede a.rovec9arse coo tal o condensarse enun condensador .resuri=ado- .roduciendo agua caliente o agua sobrecalentada- >ue ser3 utili=ado en la

industria asociada* En este ti.o de ciclo- si la deanda de calor disinuye- el va.or sobrante en el esca.ede la turbina .uede condensarse- con lo >ue toda la energa de los gases no se .ierde sino >ue al enos se.roduce una cierta cantidad de electricidad*

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COGENERACION ENCICLO CO>DINA9O :!r/ina de

vapor

"aldera

"om/!sti/le

:!r/ina de gas 7ed elA&tri&a

IG. I.8. PLANTA 9E COGENERACIN EN CICLO CO>DINA9O CON T(RDINA 9E GAS

En un ciclo cobinado con turbina de gas el .roceso de va.or es esencial .ara lograr la eficienciadel iso* 'a seleccin de la .resin y la te.eratura del va.or vivo se 9ace en funcin de las condiciones de los gases de esca.e de la turbina de gas y de las condiciones de va.or necesarias .ara la f3brica*5or ello se re>uiere una ingeniera a.ro.iada ca.a= de diseCar .rocesos ada.tados al consuo de la .lantaindustrial asociada a la cogeneracin- >ue al iso tie.o dis.ongan de gran fle@ibilidad >ue .osibilitesu traba,o eficiente en situaciones ale,adas del .unto de diseCo*

!na variante del ciclo cobinado [email protected] en el >ue la turbina de va.or traba,a a contra.resinesto es- [email protected] el va.or entre una .resin elevada y una .resin inferior- sie.re su.erior a la atosfrica< es el ciclo cobinado a condensacin- en el >ue el a.rovec9aiento del calor .roveniente del .rierciclo se reali=a en la turbina de va.or- >uedando sta coo eleento final del .roceso* El va.or de salida

se condensa en un condensador >ue traba,a a .resin inferior a la atosfrica- .ara >ue el salto tricosea el ayor .osible* Este es el ciclo de las centrales elctricas de ciclo cobinado*

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DIAGRAMA DE SANKEY DE UNAPLANTA DE COGENERACIN EN

CICLO COMBINADO67DIDS 6N 6:67ND;7 ue es utili=ado en una turbina de va.or .ara .roducir 3senerga elctrica o energa ec3nica* El circuito de refrigeracin de alta te.eratura del otor se recu.era en intercabiadores- y el calor recu.erado se utili=a directaente en la industria asociada a la .lanta decogeneracin* El rendiiento elctrico en esta .lanta es alto- ientras >ue el trico disinuye considerableente* Es interesante .ara .lantas con deandas de calor ba,as* El calor del esca.e de la turbina deva.or tabin .uede a.rovec9arse- en cuyo caso e,ora el rendiiento global*

3.5. Tri!eera%i*

'a trigeneracin suele referirse a la generacin siult3nea de tres ti.os de energa: energa elc

trica- energa trica en fora de calor agua sobrecalentada o va.or< y energa trica en fora de frio-transforando .osteriorente .arte de esa agua caliente- sobrecalentada o va.or en agua fra utili=andoe>ui.os de absorcin de aoniaco o de brouro de litioue tienen un ciclo trico sencillo .ero bastante ingenioso*

'a trigeneracin- .erite a la cogeneracin- >ue inicialente- no era econicaente viable encentros >ue no consuieran calor- acceder a centros >ue .recisen fro >ue se .rodu=ca con electricidad*&acilita a la industria del sector alientario ser cogeneradores .otenciales* siiso- .erite la utili=acin de cogeneracin en el sector terciario 9oteles- 9os.itales- centros educativos- etc*< donde ade3s decalor se re>uiere fro .ara cliati=acin- y >ue debido a la estacionalidad de estos consuos calor eninvierno- fro en verano< i.eda la noral o.eracin de una .lanta de cogeneracin cl3sica* l a.rovec9arse el calor tabin .ara la .roduccin de frio- .erite una ayor estabilidad en el a.rovec9aientodel calor*

En realidad en una .lanta de cogeneracin se .ueden .roducir otros .roductos ;tiles- a .arte de laelectricidad- calor y fro- coo .uede ser energa ec3nica- aire co.riido o incluso #2*

En funcin del ti.o de cobustible 9ay .lantas con gas- noralente gas natural- con cobustibles l>uidos- noralente fuelleo o duales gas y cobustible l>uidoue en caso de e@istir gas natural en las .ro@iidades- ste es el cobustible e,or-sobre todo en el caso de turbinas de gas* El ;nico cobustible >ue co.ite- con venta,a- en .recio con elgas natural es el fuelleo .ara otores diesel- .ero tienen la desventa,a de liitar el rendiiento- originar

ayor coste de anteniiento y .roducir ayor containacin*53gina 2 de +21





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En el caso >ue no 9aya dis.onibilidad de gas natural la solucin .r3cticaente obligada es otores diesel con fuelleo*

uando no 9aya dis.onibilidad de gas natural .ero 9aya .lan de tenerlo en el futuro se .uede utili=ar otro cobustible de .arecidas caractersticas coo G'5 o G6' 9asta >ue se dis.onga de l*

veces es conveniente .or ra=ones de control de .recios y garanta de suinistro .oder utili=arvarios cobustibles* Esto es .osible en las turbinas con un .e>ueCo auento de e>ui.aiento de la isa y tabin en los otores los otores de doble cobustible .ueden >uear gas natural o fuelleoue 9acer notar >ue en los otores alternativos todava no est3 uy .robado este sistea y ade3stiene el inconveniente de la gran diferencia entre abos cobustibles- lo >ue 9ace bastante co.licado eldiseCo del sistea .osterior al otor*

7* Rendiientos en una .lanta de cogeneracinRendiiento elctrico es el cociente entre la energa elctrica generada .or la .lanta y la energa

a.ortada .or el cobustible* 5ara calcular el dato- es necesario convertir la cantidad de cobustible enenerga- .ara lo cual 9ay >ue ulti.licar la asa o el voluen de cobustible .or el .oder calorficoinferior 5%< de ste*

e=#

Q

iendo

eRendiiento elctrico# Energa elctrica generada en un .eriodo- edida en bornas de generador AJ9uivalente seg;n lasiguiente frula:

ee

= #

Q B +

0-1$onde

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+0-1 cobustible .ara generar ? AJ9< de calor

D+

0-1 cobustible atribuible a la generacin de electricidad en una .lanta de cogeneracin

e asue >ue el rendiiento trico de una caldera en la >ue se .rodu,era el calor ;til +es del10L

Este ndice es uno de los .rinci.ales .ar3etros de una .lanta de cogeneracin* En Es.aCa- .aratener acceso al cobro de .rias .or generacin elctrica es necesario deostrar >ue la .lanta tiene un

eenio- de.endiendo del cobustible y tecnologa e.leada*

"abin 9ay >ue destacar en Es.aCa- de acuerdo con la actual norativa vigente R$ ))+/2007uivalente est3 relacionado con la .ria elctrica a .ercibir .or el .rootor- defora >ue el auento de ese rendiiento 9ace auentar la .ria a .ercibir y e,ora la rentabilidad global del .royecto*

8* Eisiones en .lantas de cogeneracin

El i.acto edioabiental de cada ti.o de 3>uina es .or su.uesto un factor tcnico a considerar- .ero la gran i.ortancia >ue est3 ad>uiriendo nos obliga a tratarlo .or se.arado y .or>ue su trataiento tabin es diferente* s coo el rendiiento es el >ue es- los efectos sobre el edio abiente.ueden y deben ser .aliados*

Say unas caractersticas generales en los efectos edioabientales >ue .ueden .roducirse en instalaciones de cogeneracin seg;n el ti.o de cobustible utili=ado y el ti.o de eleento otor* in ebargo- 9ay algunos diseCos es.eciales >ue unidos a unas condiciones de funcionaiento a.ro.iadas .ueden ba,ar considerableente las eisiones*

En trinos generales .uede decirse >ue las turbinas de gas .roducen enor containacin .arael iso cobustible en todos los containantes t.icos- es decir- 9idrocarburos- # y 6#@- y >ue laconcentracin de 6#@.uede ser ba,ada con facilidad con inyeccin de agua o va.or- .or el contrario- en

los otores diesel con concentraciones de 6#@unas cinco a die= veces 3s solo .uede ba,arse a ndicesace.tables con la instalacin de convertidores catalticos con inyeccin de aonaco* En la tabla %% se.ueden ver las eisiones de una turbina de gas funcionando con gas natural y de un otor diesel confuelleo n;ero + y con gas natural* El .orcenta,e de @idos de a=ufre- .or su.uesto- est3 condicionado ala co.osicin del cobustible y .uede disinuirse sin 3s >ue utili=ar cobustibles de ba,o ndice dea=ufre* 6o se .uede 9acer lo iso con los @idos de nitrgeno* 'a .ro.orcin de on@ido de carbonoe 9idrocarburos est3 condicionada tanto .or el cobustible coo .or el ti.o de 3>uina*

"abin se uestran los valores de eisiones de las centrales convencionales* Seos indicado-.or su.uesto las eisiones netas- es decir des.us de considerar el a.rovec9aiento trico*

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TADLA I.2 ?E>ISIONES EN G=JKH@

COTA" TUR#IA CICLO !OTOR DE !OTOR CETRAL CETRAL!IATE DE $AS CO!#IADO $AS FUEL%LEO CO&ECIOAL DE CAR#%

DE $AS

NO2 +-1 +-1 0-8 7-2 )-) -

SO2 +4

CO2 280 280 20 40 70 +200

CO 0-+ 0-+ +-4 +-) 0-+ +-0

'as concentraciones de @idos de a=ufre- coo se 9a dic9o- de.enden del cobustible utili=ado*En el caso de cobustibles .r3cticaente e@entos de a=ufre coo gas natural o G'5 la eisin es des.reciable y slo en el caso de los otores diesel >ueando fuelleo- sta tiene relevancia* s- utili=andofuelleo nK+- con una .ro.orcin de a=ufre del 2-7L en .eso se alcan=an concentraciones en los gases deesca.e de +-7 g de #2.or 6

a.ro@iadaente ientras >ue si se utili=a fuelleo de ba,o ndice dea=ufre +L< esta cantidad .uede ba,ar a )00 g/6*

eg;n la legislacin es.aCola actual no es necesario toar edidas correctoras .ara estas eisiones- .ero teniendo en cuenta otras legislaciones edioabientales euro.eas 3s avan=adas y 9acia las

>ue la unin euro.ea en su con,unto tender3- .or>ue as lo 9ace la deanda social- cada ve= 3s influyente- ser3 .reciso toar algunas acciones sobre todo en los otores >ue >uean fuelleo* En la .r3cticano se instalan .lantas con otores de fuelleo*

En el caso de las turbinas de gas- el containante 3s i.ortante es el 6#@* Es conocido >ue laayor .arte de las turbinas aditen inyeccin de va.or o agua o abos* Esto reduce la .ro.orcin de6#@a valores de 24***40 ..v- lo >ue .or el oento se considera .erfectaente adisible- ade3s detener otros efectos sobre el funcionaiento de la .lanta- cual es la ayor fle@ibilidad y .otencia- en los>ue no entrareos en este oento*

En el caso de los otores diesel nos encontraos de nuevo con el .roblea de @idos de nitrgeno >ue .ueden ser ba,ados .or un .rocediiento siilar- ya sea inyectando agua con el cobustible o conel aire* 5ero en este caso- la disinucin de concentracin >ue se consigue es enor y ade3s se .arte devalores uc9o 3s elevados- sobre todo si se traba,a con fuelleo* 5or esto- en el caso de otores >ueando fuelleo es recoendable instalar desde el .rinci.io convertidores catalticos- >ue con inyeccinde aonaco reducen los @idos de nitrgeno a valores del orden de 40***+00 .. reduccin del10L***14Lue tiende a 9acer de.uracindel cobustible en refineras y la de.uracin en los consuidores* Say >ue decir >ue .arece 3s racionaly econico a nivel nacional 9acer de.uracin en el origen refineraueno .roduce a.enas residuos*

$esde el .unto de vista de la de.uracin en los consuidores- el .roceso .r3cticaente universales el lavado de gases con adicin de 9idr@ido c3lcico >ue ade3s de su coste tiene el gran inconvenientede su .roduccin de residuos lodos con .ro.orcin a.ro@iada de 40L de sulfato c3lcicoue reducen siult3neaente los @idos de nitrgeno y de a=ufre* 53gina 27 de +21





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En el 3bito de de.uracin en origen est3n en el ercado los fuelleos con ba,o ndice de a=ufreB%< con concentraciones inferiores al +L de a=ufre en el cobustible y >ue originan una containacin.or #@ra=onableente ba,a*

5ara la eliinacin de .artculas .ueden utili=arse filtros de angas o electrofiltros- .ero la .e>ueCa concentracin e@istente en los gases .ensaos >ue no ,ustifica su i.lantacin en instalacionesnorales de cogeneracin con cobustibles li.ios*

Say >ue 9acer notar >ue el diseCo de la 3>uina y sobre todo de la c3ara de cobustin .uedetener gran influencia en las eisiones* $e a9 la gran variacin en las eisiones de @idos de nitrgenoen los otores- tanto >ueando gases cobustibles coo fuelleos y >ue .erite en algunos otores degas ba,ar las eisiones a los niveles de turbinas de gas* El diseCo de la c3ara de cobustin es el .rinci.io de los sisteas secos de disinucin de eisiones .ara turbinas $'Eue en una .rec3ara se introduce unae=cla rica donde la bu,a inicia la ignicin- >ue .osteriorente transite a la e=cla .obre* l traba,arcon e=clas .obres- la te.eratura de cobustin es 3s ba,a y se .roducen enos 6#@- aun>ue auenten algo los #* $e esta anera se consigue auentar el rendiiento y disinuir las eisiones*

1* %ndustrias idneas .ara cogeneracin

5uesto >ue la cogeneracin es una fora uy eficiente de generacin de energa- su ayor rentabilidad se da en los sectores intensivos en energa* Este es el caso del sector >uico- .a.el- derivados deadera- cer3icas- te@til y alientario*

#tra venta,a i.ortante de la i.lantacin de cogeneracin es >ue e,ora la fiabilidad del suinistro elctrico*

'a cogeneracin es una .osibilidad y una realidad no slo .ara los sectores tradicionales coo el.a.elero o el >uico- sino .ara sectores tan diversos coo el te@til- cer3ico- inero y el alientario*

El re>uisito .ara la i.lantacin de cogeneracin es >ue e@ista un consuo de calor* El ti.o decalor necesario conducir3 a un ti.o deterinado de otor .riario y de instalacin* El taaCo del consuo trico deterinar3 la diensin de la instalacin* #tro factor >ue influye decisivaente sobre el

ti.o de instalacin son los cobustibles dis.onibles* 'os consuos tricos en alta te.eratura favorecen el uso de las turbinas de gas y los de agua caliente a los otores* En este sentido 9ay >ue 9acer .riero una revisin de los consuos finales- .ara deterinar si realente es .reciso la te.eratura utili=ada-tanto si se trata de gases calientes coo va.or- .uesto >ue a enudo .ara unificar se utili=a sie.re elnivel trico o ent3l.ico 3s alto*

En todo caso si e@iste consuo trico- se .uede instalar cogeneracin y slo el ti.o de .lanta ysu o.tii=acin es la >ue viene influida .or el ti.o y taaCo del consuo*

oo toda instalacin eficiente es 3s cara >ue una instalacin convencional- el tie.o de funcionaiento influir3 tabin en su rentabilidad*

Es decir las industrias idneas .ara instalar .lantas de cogeneracin son a>uellas con gran consuo trico y uc9as 9oras de funcionaiento* Este es el caso de las f3bricas de .a.el y >uicas*

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%%* "!RB%6 $E G

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+* 5rinci.ios b3sicos de turbinasEn los siguientes ca.tulos se estudiar3 la transforacin de energa .resente en un fluido- en tra

ba,o ec3nico- .or edio de la [email protected] de dic9o fluido gas de cobustin o va.oruinas reales se ale,an de dic9o rendiiento 3@io terico- debido a irreversibilidadesale,aiento del co.ortaiento real del idealue se .rodu,era el3@io rendiiento de transforacin de calor a traba,o- su.ondra >ue en el sistea no 9a auentadola entro.a*

"eniendo en cuenta lo anterior definireos el rendiiento isentr.ico coo el rendiiento real/rendiiento ideal*

$ebido a lo [email protected] anteriorente: el rendiiento isentr.ico ser3:

Rendimiento isentrpico= (Entalpa entrada-entalpa de salida real)/(Entalpa entrada

Entalpa salida ideal)

El rendiiento isentr.ico nos da el valor del rendiiento obtenido en transforacin de calor entraba,o- res.ecto al 3@io .osible*

!na disinucin de dic9o rendiiento se traduce en >ue el fluido sale de la turbina con 3s ental.a- es decir a 3s te.eratura- lo >ue significa un ayor nivel de ental.a en la salida- y .or lo tanto-9abr3 enos transforacin de energa a traba,o*

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:C7IN

entrada

'm

salida

J Se X Ss< e considera >ue no 9ay .rdidas en el sisteaue la co.onen cada cierto tie.o*

u tec9o de .otencia es de unos 40 MJ en la actualidad y re>uieren cobustibles de e,or calidad* Recienteente se 9a introducido una turbina con caractersticas de aeroderivada- .ero .ara a.licaciones estacionarias- de +00 MJ*

5resentan un rendiiento elctrico ayor >ue las industriales*

Indus,riales /0eavy du,y1

'as turbinas concebidas coo industriales llegan a .otencias uc9o 3s elevadas unos 00MJuieren enos anteniiento* in ebargo- surendiiento elctrico es enor*

+.2Por su %ostru%%i*

$esde un .unto de vista constructivo- se distinguen dos ti.os de turbinas-

"urbinas de un solo e,e: e@iste un ;nico e,e >ue acciona tanto el co.resor co el generador*

'a .otencia necesaria .ara el arran>ue suele ser i.ortante .uede situarse alrededor del L de la.otencia noinalue es .ro.orcionalente enor >ue en el caso de las turbinas onoe,e

suele situarse en valores enores del +L de su .otencia noinalue en el caso de turbinas gas onoe,e- al ser la velocidad de giro del generador de gas inde.endiente de la turbina de .otencia*

1 66 . 66S

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* o.onentes .rinci.ales

E)&0& 0+ &*+

T*& 0+ ,-)+*&T*& 0+ &)&

C&%&& 0+ -%')*-

C-%,+'-

G++&0- 0+ ?&'

0.1Com'resor )e aire

Eleva la .resin del aire de cobustin una ve= filtradoue vara seg;n la turbina- antes >ue entre en la c3ara de cobustin* Esta co.resin se reali=a en varias eta.as y consuea.ro@iadaente las 2/ .artes del traba,o .roducido .or la turbina*

El control de la entrada de aire .ara la cobustin se reali=a variando el 3ngulo de inclinacin delas ruedas iniciales de 3labes del co.resor* ayor 3ngulo- ayor cantidad de aire de entrada al co.resor- y .or tanto- a la turbina* Este todo se usa .ara e,orar el co.ortaiento a carga .arcial de laturbina de gas*

En algunas instalaciones grandes- del co.resor de la turbina de gas se e@trae aire co.riido.ara su uso coo aire de control de la .lanta de cogeneracin*

0.2C7mara )e %ombusti*

En ella tiene lugar la cobustin a .resin- del gas cobustible ,unto con el aire* Esta cobus

tin a .resin obliga a >ue el gas sea introducido a un nivel de .resin adecuado : +)**40 bar*$ebido a las altas te.eraturas >ue .ueden alcan=arse en la cobustin y .ara no reducir dea

siado la vida ;til de los eleentos co.onentes de la c3ara- se traba,a con un e@ceso de aire alto- 0000L- con lo >ue se consigue .or un lado reducir la te.eratura de llaa y .or otro refrigerar las .artes3s calientes de la c3ara* 5arte del aire >ue .rocede del co.resor- se dirige 9acia las .aredes de lac3ara de cobustin .ara antener su te.eratura en valores convenienteente ba,os* #tra .arte se9ace circular .or el interior de los 3labes de la turbina- saliendo .or orificios en los bordes >ue crean una.elcula sobre la su.erficie de los 3labes*

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0.+TurbiaEn la turbina es donde tiene lugar la conversin de la energa contenida en los gases de cobus

tin- en fora de .resin y te.eratura elevada ental.aue sedetallaba en el a.artado anterior*

#tra .arte del aire del co.resor- se enva a la .riera rueda de 3labes de turbina- donde se introduce .or el interior y sale .or orificios en los bordes forando una .elcula sobre la su.erficie de los3labes*

0.0Re)u%tor

En turbinas enores de 40 MJ- la velocidad de rotacin del e,e suele ser su.erior a la necesaria.ara el accionaiento de un alternador 000 o )00 r.< un co.resor y .or ello suele necesitarse la.artici.acin de este eleento reductor del n;ero de revoluciones* >ue ada.ta la velocidad de la turbinaa la necesaria en el eleento accionado*

0.3Geera)or

Es el eleento consuidor de la fuer=a otri= a.ortada .or la turbina y es el >ue genera la energa elctrica >ue se desea*

En las turbinas >ue se utili=an coo accionaiento ec3nico- en lugar de alternador- 9ay- .ore,e.lo- un co.resor* "al es el caso de los co.resores de los gasoductos*

4* iclo de la turbina de gas

'a turbina de gas sigue el ciclo denoinado de Bryton*

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"I"; 7


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la instalacin: .rdidas de carga en la entrada/salida de la turbina*on el ob,eto de co.arar turbinas de distintos fabricantes en lasisas condiciones- se 9an definido las denoinadas condicionesISO- >ue corres.onden a:

"

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38/134

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&' Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad

Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos.

Documentaci!n elaborada por el autor"a para #$I.



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Suedad relativa del aire: )0Ladas de .resin nulas en adisin y esca.e*

de3s de estos factores- .ara una turbina dada- sus .restaciones tabin de.enden de la te.eratura de cobustin y de la velocidad* 5or ello debe fi,arse tabin en cuales de estas condiciones sedan estas .restaciones- .ara evitar sor.resas- .or>ue un fabricante .uede e,orar oent3neaente sus.restaciones auentando .or e,e.lo la te.eratura de cobustin- durante una .rueba y luego de,ar elvalor seguro a largo .la=o*

7* Rendiiento de una turbina de gas* $efinicin*Rendiiento ec3nico: e denoina rendiiento ec3nico de una turbina de gas a la relacin

entre el traba,o .roducido y la energa a.ortada .or el cobustible*

m=Qmcomb

Dcob energa a.ortada .or el cobustibleue se .retende obtener noralente es electricidadse utili=a otro valordenoinado rendiiento elctrico* 'a transforacin de traba,o ec3nico en electricidad se lleva a caboen el alternador* $ebido a >ue en dic9a transforacin el rendiiento no llega al +00L- la electricidadgenerada es algo inferior al traba,o ec3nico .roducido en la turbina* El rendiiento de dic9a transforacin es en torno al 17L*

e=Qecomb

En el siguiente gr3fico se .uede ver el rendiiento elctrico en condiciones %# de las turbinas degas e@istentes en el ercado*

76NDIMI6N:; 6N :C7INS D6HS

7endimiento(?)

45.0 40.0 35.0 30.0 25.0

20.0

15.0 0.1 1 10 100 1000

oten&ia (M')

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&' Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos. Documentaci!n

elaborada por el autor"a para #$I.



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8* &actores >ue afectan a la .otencia y rendiientoTem'eratura )e& aire )e as'ira%i*

El traba,o ;til .roducido .or la turbina es directaente .ro.orcional al caudal 3sico de gases>ue atraviesa la 3>uina* iendo el co.resor una 3>uina volutrica- un descenso de la te.eratura #da lugar a un caudal 3sico ayor debido al auento de la densidad del aire- redundando en un increento de la .otencia entregada .or la 3>uina* oo las .rdidas son a.ro@iadaente constantes- alauentar la .otencia de la turbina auenta tabin el rendiiento*

".icaente la .otencia ba,a del orden del + L .or cada auento de 2 K en la te.eratura abiente*

#tra ra=n >ue increenta la .otencia y rendiiento es >ue el traba,o reali=ado .or el co.resor.or unidad de asa de aire es enor cuando la te.eratura de entrada es enor* 5or e,e.lo en un co.resor de relacin de co.resin 20:+- el traba,o de co.resin auenta el +0 L- cuando la te.eraturade entrada sube de 0 K a 0 K*

ttulo de e,e.lo- se .ude ver en la figura siguiente la variacin de .otencia y rendiiento deuna turbina de 2+ MJ con la te.eratura abiente* 6aturalente esta gr3fica es diferente .ara cadaturbina de gas- .ero sie.re la .otencia y el rendiiento auentan al ba,ar la te.eratura abiente* 'ate.eratura .tia de.ende de la turbina de >ue se trate- .ero suele estar alrededor de 0K*

PRESTACIONES TURBINA DE GASS+?4 )+%,+7&)67& &%9*+4)+

.# $

P-)+4.*&$M8(

.?7endimiento,

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0 10 1 .0 . 0T+%,+&)&/ C

P-)+*& R+0*%*+)-

A&titu)Mayor altitud i.lica una enor .resin atosfrica- 5or lo >ue disinuye la densidad del aire*

5or el iso .rinci.io >ue en el caso anterior- debido a >ue el co.resor es una 3>uina volutrica- unauento de la altura i.lica una disinucin de la .otencia* 'a altitud afecta enos al rendiiento*

.ro@iadaente cada +00 de altitud se .ierde un +L de .otencia*53gina 8 de +21





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Pr)i)as )e %ar!a e &a a)misi* )e aire $ e e& es%a'e )e &os !ases'as .rdidas en la adisin est3n relacionadas con el .ro.io diseCo de los conductos- filtros- si

lenciosos- etc del fabricante de la turbina- la calidad del aire necesidad o no de increentar la filtracinue se utili=an .ara reba,ar la te.eratura del aire >ue entra a la turbina*

'os gases se evacuan a travs de un difusor- .ara conseguir una salida lo 3s aerodin3ica .osible* En un sistea noral de cogeneracin- a continuacin se coloca una ,unta de [email protected] el silenciador- la c9ienea de by.ass si .rocede< y el eleento de recu.eracin* "odo este con,unto constituye lacontra.resin de la turbina y noralente se diseCa de fora >ue no se sobre.asen los 240Y00 ca*

.ro@iadaente cada +00 ca de increento de la .rdida de carga adisin o esca.e


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'a calidad del aire de cobustin es un factor i.ortante .ara el buen funcionaiento de la turbina de gas* 'os fabricantes de turbinas de gas es.ecifican un contenido de .artculas nio en el airede entrada* 5ara garanti=ar dic9a calidad del aire- se instala un filtro de aire* 'a co.le,idad de este sistea de.ende de la calidad del aire en la =ona de ubicacin de la .lanta*

Es i.ortante conocer no slo la cantidad total de .artculas- sino tabin su distribucin granulotrica* 'as .artculas gruesas .roducen erosin de los 3labes y las finas se de.ositan sobre ellos* Enfuncin de esta distribucin granulotrica se selecciona el filtro adecuado*

'os filtros .ueden ser de una o varias eta.as y consisten en una serie de dulos >ue contienencartuc9os- fabricados de un aterial .oroso- >ue suele ser celulosa o ateriales sintticos- donde >uedanretenidas las .artculas su.eriores a un taaCo deterinado*

E@iste la .osibilidad de >ue los filtros sean autoli.iantes* Esto >uiere decir >ue .ueden li.iar

se durante el funcionaiento de la turbina- sin necesidad de .arada .En otros casos se instalan filtros convencionales- >ue solo .ueden li.iarse durante las .aradas de la turbina- desontando las telas filtrantes*6oralente se elige filtros autoli.iantes en clias secos y convencionales en clias 9;edos- es.ecialente en el caso de abientes containados de aceites*

En el oento en >ue los filtros se saturan de .artculas- se fora una es.ecie de VtortaW y es necesario .roceder a su li.ie=a* En el caso de filtros autoli.iantes- la li.ie=a se lleva a cabo en forade V.ulsosW con aire a .resin- >ue fluye en la direccin o.uesta al aire de cobustin- la VtortaW cae .orgravedad y se recoge en la .arte inferior- desde donde se evacua*

Res.ecto al oento en >ue se 9a de coen=ar la li.ie=a- esta .uede ser: .or tie.o- .or edida de .rdida de carga o reali=arse .or activacin anual del sistea*

6.2Sistema atiBie&o

5rotege la turbina contra la foracin de 9ielo en la entrada del co.resor* e recoienda su instalacin en e.la=aientos donde la te.eratura del aire .uede estar .or deba,o de K coincidiendo conalto nivel de 9uedad* 'os filtros autoli.iantes .ueden traba,ar en un ayor rango de condiciones- .or>ue el 9ielo inci.iente >ue se fora se eliina coo el .olvo- .or lo >ue 9ace un efecto de secado delaire*

Say varias foras de actuacin del sistea anti9ielo: .recalentando el aire ediante intercabiadores de agua caliente o va.or- o .or un sistea consistente en >ue se recircula una .arte del aire utili=ado .ara refrigerar la turbina- se e=cla con el aire de a.orte- calentando la e=cla y .or tanto- elii

nando el riesgo de 9ielo*

6.+Si&e%ia)or

on el ob,eto de reducir el nivel de ruido del co.resor- se instala un silenciador en la entrada deaire* 6oralente- el silenciador es de ti.o bafles- fabricados con lana de vidrio recubierto de c9a.a .erforada*

6.0Cerramieto ?%otee)or a%sti%o@

'as turbinas de gas se .ueden instalar en el interior de un edificio- o bien a inte.erie* ie.re es

necesario >ue estn .rotegidas .or una envolvente ac;stica- de odo >ue se redu=ca el nivel de ruido*53gina 0 de +21





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$ic9a envolvente es ade3s una barrera de seguridad* En caso de fuego o esca.e de gas se .ara laturbina- se cierra co.letaente la contencin y se descarga en su interior un fluido de e@tincin #2ue de la turbina se .uede llevar a cabo .or distintos sisteas: 6eu3tico- electro9idr3ulico o elctrico: con un otor o con el .ro.io generador de la turbina*

El arran>ue neu3tico se reali=a con gas o aire co.riido- .ero ya no se utili=a* Res.ecto al9idr3ulico- consiste en >ue una boba enva el aceite a alta .resin a una turbina 9idr3ulica- con salidaaco.lada al reductor au@iliar*

"abin es .osible arrancar con un otor dotador de regulacin de velocidad .or variador defrecuencia- o el .ro.io generador de la turbina- en el caso en >ue ste .ueda actuar coo otor* En este;ltio caso- durante el arran>ue- el alternador es alientado con un regulador de velocidad*

6.4Sistema )e &ubri%a%i*

El sistea de lubricacin consiste en un circuito de aceite i.ulsado .or una boba accionada.or la .ro.ia turbina o ediante un otor elctrico* El circuito lubrica y a su ve= refrigera internos de laturbina: rodaientos- sistea de sellado- reductor- etc* veces 9ay varios circuitos- uno con aceite sinttico .ara la turbina y otro con aceite ineral .ara el resto* 'a fiabilidad de este sistea es vital- .or ellosie.re suele e@istir una boba de reserva de corriente alterna y otra de continua- con batera de a.oyo-.ara el caso de fallo de la alientacin elctrica noral*

6.8Reri!era%i* = eti&a%i*

'a turbina de gas .resenta una serie de .rdidas de calor >ue es necesario evacuar .ara no .rodu

cir sobrecalentaiento de los e>ui.os* 'os fluidos de evacuacin son aire y/o agua*!n .unto a ventilar es el contenedor- .ara ello se .uede toar aire de as.iracin del co.resor-

una ve= filtrado- o bien directaente del e@terior*

5or otro lado- el circuito de aceite de lubricacin y el generador se refrigeran con agua* En el casode turbinas .e>ueCas- se suelen refrigerar con aire*

6.6Atii%e)ios $ )ete%%i* )e !as

El sistea cuenta con detectores de gases/fuego* de3s incor.ora un sistea de descarga de#2- >ue inunda el contenedor en el >ue se encuentra la turbina en caso de detectarse 9uo o llaa en elinterior*

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+0* isteas .ara auentar .otencia / rendiiento*

1.1 Eriamieto )e& aire )e as'ira%i*

'as .restaciones de una turbina de gas- y en .articular su .otencia y su rendiiento de.endenfuerteente de las condiciones abientales del e.la=aiento- sobre todo de la te.eratura*

$entro de los todos de enfriaiento del aire de entrada a turbinas se utili=an casi e@clusivaente dos: enfriador eva.orativo y enfriador con intercabiador*

Enfriad)r eva-)ra,iv)El enfriador consiste en un trao de conducto des.us del filtro- en cuyo interior 9ay un edio de

eva.oracin co.uesto generalente .or un eleento .oroso coo la celulosa- >ue favorece el contactodel agua >ue cae con el aire* obre la .arte su.erior de este relleno se .ulveri=a agua- >ue resbala 9astaaba,o eva.or3ndose .arcialente al contacto con aire seco y caliente- en flu,o cru=ado* 'a eva.oracin se.roduce debido a >ue el aire caliente cede su energa al agua* El agua >ue no se 9a eva.orado cae a unabalsa o de.sito en la .arte inferior- lugar del >ue es as.irada .or una boba >ue la enva de nuevo a losas.ersores su.eriores* El nivel de agua se antiene con un relleno continuo .ara re.oner el agua eva.ora

da* de3s 9ay una .urga continua- cuyo ob,etivo es liitar la concentracin de sales- >ue arrastradas.ueden daCar o ensuciar el co.resor de la turbina* Estas sales se .reci.itaran en el caso de no [email protected] continua- .ues a edida >ue se eva.ora agua ira auentando la concentracin de sales 9asta llegaral lite de solubilidad*

El aire [email protected] a su .aso .or el edio eva.orante un enfriaiento adiab3tico* 'a te.eraturalite de enfriaiento es la te.eratura del bulbo 9;edo- esto es la te.eratura >ue alcan=a el airecuando su 9uedad llega al +00 L- .uesto >ue a .artir de este oento no .uede 9aber 3s eva.oraciny .or tanto 3s intercabio de calor* era necesario un tie.o de contacto aguaaire infinito .ara llegara este lite* e define coo eficiencia de un enfriador eva.orativo a la relacin:

# = ,eB,s ,eB,h

6oralente los enfriadores se diseCan .ara eficacias del 84 al 10 L*

El agua de alientacin a estos enfriadores no debe ser dura- si no es agua de buena calidad debeser descalcificada o e,or a;n desinerali=ada- de esta anera .uede ser antenida en calidad ace.tablesin necesidad de grandes .urgas*

Esta solucin es la 3s adecuada en clias secos- donde se consigue un i.ortante auento delos beneficios de la .lanta con una .e>ueCa inversin*

!na variante de este sistea es el nebuli=ador Vfog systeW en ingls- >ue consiste en .ulveri=aragua finaente en la corriente de aire de entrada- ba,ando su te.eratura 9asta las .ro@iidades de late.eratura de bulbo 9;edo* Este sistea necesita agua de buena calidad y naturalente no re>uiere

.urga continua* on este sistea de .uede conseguir e,or eficiencia >ue con el enfriador eva.orativotradicional y tiene 3s facilidad de [email protected]*53gina 2 de +21





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Enfriamien,) c)n in,ercam'iad)rEn este caso se trata de inter.oner un intercabiador en el sistea de aire de entrada de turbina

de gas- a travs del >ue se 9ace circular un fluido fro- noralente agua* Say una te.eratura niade traba,o- >ue suele estar en unos 4 K- .ara evitar la foracin de escarc9a en la entrada del co.resorde la turbina*

on este sistea se .ueden auentar 3s las .restaciones de la turbina >ue con el enfriador eva.orativo- .ero re>uiere una ayor inversin- y ade3s consue energa* Es es.ecialente atractivo en=onas 9;edas* El fluido frio .uede ser obtenido con unidades de absorcin o con los refrigeradores .orco.resin tradicionales* En el caso de co.resores se .uede a su ve= utili=ar acuuladores de 9ielo-

>ue .eriten acuular frio .or la noc9e- cuando la tarifa elctrica es barata y utili=arlo .or el dia- cuandola te.eratura abiente es ayor y las .restaciones de la turbina de gas e.eoran* En caso de dis.onerde calor residual sobrante es es.ecialente interesante la utili=acin de absorcin*

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1.2 I$e%%i* )e va'or e turbia )e !as

'as turbinas de gas .ueden aditir en la ayor .arte de los casos inyeccin de agua o va.or* Estotiene dos efectos .rinci.ales- auenta la .otencia y disinuye las eisiones de 6#@* de3s de estosefectos beneficiosos- tiene otros efectos no deseados- a saber- auenta las eisiones de # y auenta loscostes de anteniiento* En cual>uier caso es noralente 3s interesante la inyeccin de va.or >ue deagua- si se dis.one del iso- con calidad y .resin suficiente se re>uiere una .resin .arecida a la delgas naturaluiere una serie de .recauciones relativas a la calidad del va.or- tanto en cuanto aasegurar una nia .resencia de sales con re>uisitos .arecidos a los de las turbinas de va.oruidas arrastradas*Es uy aconse,able antener la inyeccin funcionando continuaente- aun>ue sea al nio- de lo contrario e@iste el riesgo de condensaciones- >ue no se drenan adecuadaente y >ue son arrastradas al arrancar la inyeccin*

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++* obustibles'as turbinas de gas .ueden utili=ar dos ti.os de cobustibles:

Gaseosos: gas natural- .ro.ano- 9idrgeno

'>uidos: gasleo- gasolinas y en algunos casos uy raros fuelleos de ba,o contenido en a=ufre*

'os re>uisitos e@igidos al cobustible- de fora general- son los siguientes:

@Estar e@entos de .artculas e i.ure=as .ara evitar cual>uier ti.o de erosiones en los 3labes de laturbina*

@Mnio contenido e,or e@entos< de a=ufre .ara conseguir un 3@io nivel de recu.eracin del

calor contenido en los gases de esca.e y evitar corrosin en la turbina*@decuada .resin de suinistro caractersticas en cada 3>uinaue las caractersticasdel iso se a,usten a las es.ecificaciones del fabricante de la turbina de gas elegido* $ic9as condicionesre>ueridas se cu.len sin dificultad en el caso en >ue la alientacin sea .or una red de gas natural* etiene >ue e@ainar con cuidado en el caso de utili=acin de gases residuales- tales coo el fuel gas derefinera- el gas de 9ornos de co>ue- o de altos 9ornos- etc*

ctualente se est3 desarrollando la utili=acin del 9idrgeno coo cobustible en turbinas degas* Este tiene caractersticas es.eciales- ya >ue .or su gran longitud de llaa- se re>uiere un >ueadores.ecial* En estos oentos de gran inters .or el 9idrgeno se est3n desarrollando turbinas es.eciales

.ara cobustin de 9idrgeno- incluso con o@geno- lo >ue origina una turbina i@ta de gas y de va.oruidos- a .riori- las turbinas de gas son a.tas .ara >uear cobusti

bles l>uidos- >ue van de los destilados ligeros a los destilados .esados* En todo caso los e,ores cobustibles .ara las turbinas de gas- coo su .ro.io nobre indica- son los gaseosos* 'os cobustiblesl>uidos auentan las necesidades de anteniiento y disinuyen la vida de la 3>uina*

+2* [email protected] y anteniiento

12.1 Pre%au%ioes e &a eue nunca se llegaa condiciones de foracin de 9ielo en la entrada del co.resor* 5ara ello- el control defuncionaiento del sistea anti9ielo este sistea auenta la te.eratura del aire cuando 9ayriesgo de >ue se fore 9ielo a la entrada del co.resor< se 9ace .or te.eratura y 9uedad-.uesto >ue el .unto de 9ielo de.ende de estas dos variables* El enfriador eva.orativo debe .onerse en arc9a cuanto antes- .ero asegurando >ue no 9aya sola.aiento entre su funcionaiento y el del sistea anti9ielo* 6oralente- es econico >ue el enfriador eva.orativotraba,e .or encia de +0K* En .eriodos .rolongados sin funcionaiento del enfriador eva.orativo- debe vaciarse la balsa del iso- .ara evitar arrastres de agua*

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@ $ebe controlarse la calidad del agua de a.orte al enfriador eva.orativo*@ 'a te.eratura del agua de refrigeracin debe ser enor de la 3@ia .rescrita*

@ $ebe controlarse la .rdida de carga de los intercabiadores del circuito de refrigeracin*

@ 'as condiciones de .resin- te.eratura y li.ie=a de gas natural a turbina deben antenerseba,o control* 'a .resin deber3 antenerse estable*

@ 'as =onas .r@ias a entrada de aire de turbina deber3n antenerse con el nio de .olvo.osible*

@ $ebe controlarse la .rdida de carga de los filtros de aire de entrada

@ $eben vigilarse las vibraciones- coo en toda 3>uina rotativa*

@ $ebe vigilarse la variacin de la .otencia y rendiiento real res.ecto a los >ue debera 9aber-.uesto >ue .ueden ser el sntoa de un ensuciaiento e@cesivo de los cartuc9os filtrantes odel co.resor- o bien debido a un auento de las .rdidas de carga en entrada o esca.e*

12.2 >ateimieto

'a turbina re>uiere una serie de labores de anteniiento*

@ 'i.ie=a del co.resor de aire* e reali=a con un detergente* Say dos sisteas de li.ie=a :

a< En carga* e 9ace sin .arar la turbina- ba,ando la carga- y se suele 9acer .eridicaente cadada- cada seanaue .arar la turbina* e 9ace cuando ba,a la .otencia una cierta agnitud .ore,e.lo un Lue antienecaractersticas adecuadas* 6oralente no es necesario cabiar el aceite- sino >ue .ara antener sus caractersticas es suficiente con rellenar lo >ue va .erdiendo*

@de3s- 9ay una serie de labores >ue noralente reali=a el .ro.io fabricante de la turbina- y>ue re>uieren sustitucin de algunas .artes de la isa* 'a frecuencia de.ende del ti.o deturbina*

@Re.aracin de las .artes calientes* e reali=a cada 20*00024*000 9oras de o.eracin* onsisteen la revisin/sustitucin de la c3ara de cobustin- inyectores y la .riera rueda de 3labesde la turbina de alta .resin*

@#ver9aul:* 6oralente se reali=a cada 0*00040*000 9oras de o.eracin* %ncluye una revisinco.leta de la turbina- con re.aracin o sustitucin de las .artes afectadas*

$es.us de las labores de sustitucin de .artes calientes y #ver9aul- la turbina recu.era una .artei.ortante de sus .restaciones* veces se dice >ue des.us del over9aul la turbina est3 a cero coonuevaue ade3s .erite una .arada nia* 'a venta,a de tie.o de .arada y de las e,ores .restaciones suele co.ensar sobradaente el coste de la nueva turbina*

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%%%* "!RB%6 $E ?5#R

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+* "urbina de va.or* $escri.cin y .rinci.iode funcionaiento

'a turbina de va.or es un otor trico cclico rotativo- de cobustin e@terna- >ue ovido .orva.or .roduce energa ec3nica*

El va.or entra a alta .resin y te.eratura- se [email protected] en la turbina- transforando una .artede su ental.a en energa ec3nica* la salida de la turbina- el va.or 9a .erdido .resin y te.eratura*

l igual >ue en el caso de las turbinas de gas- el e,e suele estar aco.lado a un generador directa

ente o a travs de un reductor- transfor3ndose la energa ec3nica en energa elctrica*

1.1Ci%&o Raie

El fluido agua/va.or en un sistea de generacin de energa ec3nica con turbina de va.or sigueel ciclo de RanAine* continuacin se re.resenta un es>uea del ciclo- as coo el diagraa*

TUR#IA DEA-)r,e de cal)r &APOR

CALDERA

C)nsum)2C)ndensad)r

#)m'a

continuacin se re.resenta el ciclo RanAine ideal*

En la figura .osterior- la curva corres.onde al estado de e>uilibrio l>uidova.or*

'a eta.a de co.resin re.resenta a la boba de agua de alientacin*

'a eta.a de a.orte de calor corres.onde a la caldera- en ella- a .resin constante se calienta el

agua 9asta saturacin- se .roduce la eva.oracin y .osteriorente el sobrecalentaiento el va.or*53gina 8 de +21





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CICLO RANINE IDEAL

00

#06< & e

#006GpansiFn

0 porte de &alor

00

T+%,+7&)67& .0

.00 "ompresiFn10

100 s

0 "ons!mo de &alor4 &

0

0 . # $ 8 10

E)-,@&

'a tercera eta.a corres.onde a la turbina de va.or- donde se .roduce la [email protected] del va.or de alta .resin y te.eratura en la turbina de va.or* la salida- obteneos va.or a enor .resin y te.era

tura*5or ;ltio- la eta.a de cesin de calor corres.ondera al .roceso de fabricacin en el caso de

.lantas de cogeneracin< o si.leente refrigeracin condensacin< en el caso de centrales tricas* Enel caso de .lantas de cogeneracin- la .resin de salida de la turbina 9a de coincidir con la .resin deconsuo* En el caso de centrales tricas- la .resin del esca.e es la 3s ba,a .osible- obteniendo noralente en el esca.e un va.or 9;edo la 9uedad no suele .asar del +0Y+4 L


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CICLO RANINE REAL

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#06< & e

#006GpansiFn

porte de &alor0

00

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E)-,@&

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2* "i.os de turbinas de va.or

9e a%%i* $ )e rea%%i*'as turbinas de accin transforan la energa de .resin del va.or en velocidad enlas toberas y el i.ulso del va.or a velocidad es el >ue ueve el rotor*

En las turbinas de accin- el va.or .asa a travs de las bo>uillas y alcan=a las.alas* Zstas absorben una .arte de la energa cintica del va.or en [email protected] lo

>ue 9ace girar la rueda y con ella el e,e al >ue est3 unida* 'a turbina est3 diseCada de fora >ue el va.or >ue entra .or un e@treo de la isa se [email protected] atravs de una serie de bo>uillas 9asta >ue 9a .erdido la ayor .arte de su energa interna*

'as turbinas de accin 9abituales tienen varias eta.asen las >ue la .resin vadisinuyendo de fora escalonada en cada una de ellas* El ob,etivo de los escalonaientos en la turbina de va.or es disinuir la velocidad del rodete conservando una velocidad de los 3labes .r@ia al valor .tio con relacin a lavelocidad del c9orro de va.or- con lo >ue se consigue auentar la eficiencia*

IGII.1 (NCIONA>IENTO ES-(E>TICO9E

(NA T(RDINA 9E ACCINEn las turbinas de reaccin- 9ay diferente .resin a abos lados de lasruedas de los 3labes y esto es lo >ue i.ulsa el rotor* Mientras discurre el va.or entre los 3labes viles- disinuye su .resin .ue

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Revista de Energia ( Cogeneracion )