Guia nº 3 centrales térmicas de gas
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GUIA Nº 3. CENTRALES TERMICAS A GAS. PROFESOR: ING. GREGORIO BERMUDEZ ASIGNATURA. GENERACION DE POTENCIA CENTRALES TÉRMICAS Las centrales térmicas son las que transforman energía térmica en energía mecánica, la cual a su vez produce electricidad mediante la rotación del rotor de un generador. Este tipo de centrales se puede clasificar por el tipo de turbina (vapor o gas) y por el tipo de combustible que utilizan. Los costos en que incurren las diferentes centrales se pueden clasificar en inversión y operación, y dentro de estos últimos: - costos fijos: que se refieren a personal, impuestos y seguros, - costos variables: principalmente el combustible, pero también mantenimiento, lubricantes y costo de partida entre otros. Las centrales que vamos a analizar para efecto de este trabajo serán las Turbo gas ciclo abierto y las Centrales a vapor, una pequeña descripción de cada una se presenta a continuación. 3.3.1.- CENTRALES TURBO GAS CICLO ABIERTO DIESEL/G.N. Este tipo de centrales se caracteriza por tener una turbina especialmente diseñada para transformar la combustión de un gas a alta presión en el movimiento de un eje solidario al rotor del generador, con la consiguiente generación de energía eléctrica. Un dibujo simplificado de los elementos que participan en el proceso que se lleva a cabo en este tipo de central se presenta en la figura 6. Figura 6: Turbina Ciclo abierto
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GUIA Nordm 3 CENTRALES TERMICAS A GAS PROFESOR ING GREGORIO BERMUDEZ ASIGNATURA GENERACION DE POTENCIA CENTRALES TEacuteRMICAS Las centrales teacutermicas son las que transforman energiacutea teacutermica en energiacutea mecaacutenica la cual a su vez produce electricidad mediante la rotacioacuten del rotor de un generador Este tipo de centrales se puede clasificar por el tipo de turbina (vapor o gas) y por el tipo de combustible que utilizan Los costos en que incurren las diferentes centrales se pueden clasificar en inversioacuten y operacioacuten y dentro de estos uacuteltimos - costos fijos que se refieren a personal impuestos y seguros - costos variables principalmente el combustible pero tambieacuten mantenimiento lubricantes y costo de partida entre otros
Las centrales que vamos a analizar para efecto de este trabajo seraacuten las Turbo gas ciclo abierto y las Centrales a vapor una pequentildea descripcioacuten de cada una se presenta a continuacioacuten
331- CENTRALES TURBO GAS CICLO ABIERTO DIESELGN Este tipo de centrales se caracteriza por tener una turbina especialmente disentildeada para transformar la combustioacuten de un gas a alta presioacuten en el movimiento de un eje solidario al rotor del generador con la consiguiente generacioacuten de energiacutea eleacutectrica Un dibujo simplificado de los elementos que participan en el proceso que se lleva a cabo en este tipo de central se presenta en la figura 6
Figura 6 Turbina Ciclo abierto
Como se puede observar el compresor toma aire de la atmoacutesfera lo comprime y lo deposita en la caacutemara de combustioacuten donde al mismo tiempo se inyecta combustible y se provoca la combustioacuten Esta combustioacuten provoca la raacutepida expansioacuten de los gases lo que hace mover la turbina y a traveacutes de eacutesta el eje del generador Luego de este proceso el aire es devuelto a la atmoacutesfera por esta razoacuten es llamada de ldquociclo abiertordquo El combustible que se utiliza para hacer la mezcla en la caacutemara de combustioacuten es principalmente gas natural pero en general se presenta la flexibilidad de utilizar diesel como sustituto Al final aproximadamente soacutelo un 34 de la energiacutea teacutermica es transformada en energiacutea eleacutectrica Se han diferenciado dos mercados dentro de las turbinas de gas basaacutendose en las potencias a) Turbinas de gas industriales de baja potencia (con una potencia inferior a 10-13 MW) b) Turbinas de gas industriales de alta potencia (con una potencia superior a los 10-13 MW)
El costo de inversioacuten en este tipo de centrales es bajo con un costo unitario aproximado de 450 US$kW en una central de 240 MW de potencia
332- CENTRAL TEacuteRMICA VAPOR CARBOacuteN YO GAS NATURAL Este tipo de centrales corresponde a las que obtienen la energiacutea mecaacutenica necesaria para mover el rotor del generador a partir del vapor formado al hervir el agua en una caldera El agua es tomada por una bomba y depositada en la caldera a una alta presioacuten En este lugar el agua hierve debido al aumento de temperatura que provoca la quema del combustible Luego este vapor a alta presioacuten se hace llegar a la turbina donde su expansioacuten provoca el movimiento de eacutesta uacuteltima El vapor que ha sido utilizado se transforma en agua al pasar por un condensador y es tomado por la bomba para empezar nuevamente el ciclo Un dibujo simplificado del proceso que se lleva a cabo en este tipo de centrales se puede ver en la figura 7
Figura 7 Central teacutermica a vapor
El costo de inversioacuten en este tipo de centrales es alto con un costo unitario aproximado de 1100 US$kW en una central de 300 MW de potencia
333- CENTRAL DE CICLO COMBINADO Este tipo de centrales teacutermicas corresponden a las que tienen dos tipos diferentes de turbinas a gas y de vapor La idea de combinar estos dos tipos de tecnologiacuteas es la de aprovechar al maacuteximo el combustible o sea aumentar la eficiencia del complejo en su totalidad El funcionamiento de este tipo de centrales se puede esquematizar como en la siguiente figura
Figura 8 Esquema Central Ciclo Combinado
En la figura se observa que el gas que fue utilizado para hacer girar la turbina a gas sale a una alta temperatura de la caacutemara de combustioacuten por lo que es posible reutilizarlo para calentar el agua y transformarla en vapor el cual se puede utilizar para hacer girar la segunda turbina que es a vapor La eficiencia de estas centrales es cercana al 55 lo que explica porque es tan utilizada en generacioacuten teacutermica El nuacutemero de turbinas a gas por turbina de vapor en las centrales de ciclo combinado puede variar desde uno a cuatro ademaacutes de esto puede tener otras variantes como que la turbina de gas y de vapor tengan un solo eje solidario o que por el contrario cada una tenga su propio eje Una de las grandes ventajas de este tipo de centrales es que permiten ser construidas por parte ya que la turbina a gas puede funcionar por siacute sola con lo que al momento de construir estas centrales puede construirse la turbina a gas empezar a operar y luego completar la construccioacuten de la central de ciclo combinado agregaacutendole la turbina a vapor
Para hacer una correcta evaluacioacuten de una central teacutermica es necesario tener una buena estimacioacuten de los costos tanto en la etapa de construccioacuten como en la etapa de operacioacuten En cuanto a los costos de construccioacuten se debe tener en cuenta el precio de las turbinas y equipos necesarios para el buen funcionamiento de la central incluyendo el terreno liacuteneas eleacutectricas transformadores etc En los costos de operacioacuten el costo maacutes relevante es el del combustible pero tambieacuten existen costos fijos costos de personal costos de partida y de parada costos de cambio entre estados o de setup En relacioacuten al costo del
combustible hay que tener en cuenta la eficiencia de la central y queacute combustible se estaacute utilizando ya que en general las centrales teacutermicas pueden utilizar dos o maacutes tipos de combustibles distintos
Flexibilidad en centrales teacutermicas
- Las pequentildeas turbinas de gas (1-15 MW) compiten de forma efectiva con las grandes (de hasta 60 MW) Por lo tanto las centrales multi-unidad ofrecen una flexibilidad que resulta ventajosa cuando los clientes tienen necesidades diversas de potencia - La licencia para construir una central puede ser vista como una opcioacuten call sobre el valor de la central - Puede existir la opcioacuten para posponer la construccioacuten - Los flujos de caja de la central dependen de la diferencia entre el precio de la electricidad y el precio del combustible por lo que estaacute la opcioacuten de producir o no producir electricidad dependiendo de los distintos precios que se presenten Este punto se aplica principalmente a las centrales que operan en ldquopuntardquo ya que son las que corren riesgo de perder dinero en ese caso En caso de no generar se debe comprar a precio spot a otra central para cumplir con sus contratos - Existe la opcioacuten de utilizar distintos combustible En nuestro caso se puede elegir entre dieselGN y carboacutenGN - Estaacute la opcioacuten de abandonar la central
Las turbinas son maacutequinas rotativas En forma global se clasifican en tres grandes familias
bull Las turbinas hidraacuteulicas son las maacutes antiguas Usan agua como fluido de trabajo Sus antepasados directos son los molinos de agua Hoy existen varios modelos baacutesicos Pelton Francis y Kaplan (o heacutelice de paso variable) A estos modelos baacutesicos se debe agregar la Mitchell-Banki que es muy utilizada en instalaciones de microhidraacuteulica La tiacutepica turbina hidraacuteulica se usa en centrales de generacioacuten eleacutectrica sea centrales de pasada o centrales de embalse
bull Las turbinas a vapor en este caso el fluido de trabajo es vapor de agua (tiacutepicamente) Aunque tambieacuten hay instancias en que se han
fabricado usando otro vapor de trabajo (Mercurio Propano u otro) Las tiacutepicas turbinas de vapor se dividen en de accioacuten y de reaccioacuten La turbina a vapor tiacutepicamente se usan en centrales teacutermicas de generacioacuten eleacutectrica Estos son sistemas de combustioacuten externa (el calor se usa para calentar el fluido de trabajo en forma indirecta en caldera)
bull Las turbinas a gas Son las maacutes recientes Si bien hay intentos de fabricarlas a inicios de este siglo el primer ensayo exitoso es solo de 1937 Difieren de las anteriores en el sentido de que se realiza combustioacuten dentro de la maacutequina Por lo tanto el fluido de trabajo son gases de combustioacuten (de alliacute su nombre)
Si bien la turbina a gas es un motor de combustioacuten interna y su ciclo tiene puntos en comuacuten con los ciclos Otto o Diesel tiene una diferencia fundamental Se trata (igual que todas las turbinas) de maacutequina de funcionamiento continuo Es decir en reacutegimen permanente cada elemento de ella estaacute en condicioacuten estable
ANTECEDENTES BAacuteSICOS SOBRE EL FUNCIONAMIENTO
Ciclo Utilizado
El ciclo de la turbina a gas es el ciclo Joule o Brayton Este se ilustra en la figura T1 en un diagrama p-V y uno T-S En la figura T2 se ilustra el ciclo en diagrama de bloques Consta de las siguientes evoluciones
bull En 1 se toma aire ambiente Este se comprime hasta 2 seguacuten una adiabaacutetica (idealmente sin roce normalmente una politroacutepica con roce)
o Luego el aire comprimido se introduce a una caacutemara de combustioacuten Alliacute se le agrega una cierta cantidad de combustible y este se quema Al producirse la combustioacuten se realiza la evolucioacuten 2-3 Tiacutepicamente esta es isobaacuterica (o casi isobaacuterica pues se pierde un poco de presioacuten por roce) Como a la caacutemara de combustioacuten entra tanto fluido como el que sale la presioacuten casi no variacutea La temperatura T3 es una temperatura criacutetica pues corresponde a la mayor temperatura en el ciclo Ademaacutes tambieacuten es la mayor presioacuten Por lo tanto los elementos sometidos a T3 seraacuten los maacutes solicitados
bull A continuacioacuten viene la expansioacuten de los gases hasta la presioacuten ambiente Esta expansioacuten la debemos dividir en dos fases En la primera (de 3 a 3) el trabajo de expansioacuten se recupera en una turbina que sirve para accionar el compresor En la segunda fase (de 3 a 4) existen dos opciones
o Si entre 3 y 4 se instala una turbina el trabajo de expansioacuten se convierte en trabajo mecaacutenico Se trata de un turbopropulsor o lo que comuacutenmente se llama turbina a gas
o Si entre 3 y 4 se sigue con la expansioacuten de los gases en una tobera el trabajo de expansioacuten se convierte en energiacutea cineacutetica en los gases Esta energiacutea cineacutetica sirve para impulsar el motor Se trata de un turboreactor o lo que comuacutenmente se llama un motor a reaccioacuten
bull Finalmente los gases de combustioacuten se evacuacutean a la atmoacutesfera en 4 La evolucioacuten 4-1 es virtual y corresponde al enfriamiento de los gases hasta la temperatura ambiente
Si bien este ciclo se realiza normalmente como ciclo abierto tambieacuten es posible realizarlo como ciclo cerrado Es decir tener un fluido de trabajo que siga las evoluciones del ciclo Entre 2 y 3 se le aporta calor externo y entre 4 y 1 se le extrae Tambieacuten es posible realizarlo sin combustioacuten interna haciendo un aporte de calor entre 2 y 3 Esto se ha hecho en algunos motores solares en que se opera seguacuten un ciclo Brayton
Diagrama de Bloques
A continuacioacuten veremos como se visualiza el ciclo de Joule en un diagrama de bloques Las componentes principales de la maacutequina son
bull Un turbocompresor que toma el aire ambiente (a p1 y T1) y lo comprime hasta p2 (evolucioacuten 1 - 2) Este proceso se puede suponer adiabaacutetico Idealmente es sin roce pero en general es politroacutepica con roce
bull Luego el aire comprimido a p2 pasa a la caacutemara de combustioacuten Alliacute se le agrega una cierta cantidad de combustible el que se quema Al quemarse la mezcla la temperatura de los gases sube hasta T3 La combustioacuten es praacutecticamente isobaacuterica (evolucioacuten 2 - 3)
bull A continuacioacuten los gases calientes y a alta
Alternativa 1 Turbopropulsor presioacuten se expanden en la turbina T1 Esta turbina acciona el turbocompresor por medio de un eje La expansioacuten en la turbina es hasta las condiciones 3 Idealmente es expansioacuten adiabaacutetica sin roce pero en general es politroacutepica con roce (evolucioacuten 3 - 3)
bull Luego los gases de escape se siguen expandiendo a traveacutes de una segunda turbina de potencia hasta alcanzar la presioacuten ambiente (p4 evolucioacuten 3 - 4)Esta turbina de potencia entrega trabajo al exterior Tiacutepicamente el trabajo se usa para accionar un generador o bien otro mecanismo (heacutelice en el caso de aviones con turbopropulsor o aspas en un helicoacuteptero)
Alternativa 2 Turboreactor
Este caso es similar al anterior hasta el punto 3 La diferencia estriba en que de alliacute en adelante la segunda turbina es reemplazada por una tobera El potencial de presioacuten de los gases de escape en 3 es convertido en energiacutea cineacutetica Los gases salen a C4
Es decir el trabajo de expansioacuten se convierte en energiacutea cineacutetica y los gases salen del motor a gran velocidad produciendo un empuje por efecto del principio de accioacuten y reaccioacuten
El caso se ilustra en la figura de al lado la que representa un turboreactor de flujo simple Esto quiere decir que todoel aire pasa por la caacutemara de combustioacuten y turbina
Cogeneracioacuten
Los sistemas de cogeneracioacuten son sistemas de produccioacuten conjunta de electricidad (o energiacutea mecaacutenica) y de energiacutea teacutermica uacutetil (calor) partiendo de un uacutenico combustible El gas natural es la energiacutea primaria maacutes utilizada para el funcionamiento de las centrales de cogeneracioacuten de electricidad calor las cuales funcionan con turbinas o motores de gas No obstante tambieacuten se pueden utilizar fuentes de energiacutea renovables y residuos como biomasa o residuos que se incineran
En un proceso de cogeneracioacuten el calor se presenta en forma de vapor de agua a alta presioacuten o en forma de agua caliente Por ejemplo se puede utilizar el vapor caliente que sale de una turbina de produccioacuten de energiacutea eleacutectrica
para suministrar energiacutea para otros usos Hasta hace poco lo usual era dejar que el vapor se enfriara pero con esta teacutecnica con el calor que le queda al vapor se calienta agua para distintos usos
El aprovechamiento del calor residual los sistemas de cogeneracioacuten presentan rendimientos globales del orden del 85 lo que implica que el aprovechamiento simultaacuteneo de electricidad y calor favorezca la obtencioacuten de elevados iacutendices de ahorro energeacutetico asiacute como una disminucioacuten importante de la factura energeacutetica sin alterar el proceso productivo ahorro energeacutetico que se incrementa notablemente si se utilizan energiacuteas residuales
En una central eleacutectrica tradicional los humos salen directamente por la chimenea mientras que en una planta de cogeneracioacuten los gases de escape se enfriacutean transmitiendo su energiacutea a un circuito de agua calientevapor Una vez enfriados los gases de escape pasan a la chimenea
Las centrales de cogeneracioacuten de electricidad-calor pueden alcanzar un rendimiento energeacutetico del orden del 90 El procedimiento es maacutes ecoloacutegico ya que durante la combustioacuten el gas natural libera menos dioacutexido de carbono (CO2) y oacutexido de nitroacutegeno (NOX) que el petroacuteleo o el carboacuten El desarrollo de la cogeneracioacuten podriacutea evitar la emisioacuten de 127 millones de toneladas de CO2 en la UE en 2010 et de 258 millones de toneladas en 2020 ayudando a cumplir los objetivos fijados en el Protocolo de Kioto
La produccioacuten de electricidad por cogeneracioacuten representoacute en la UE en 1998 el 11 del total Si se lograra aumentar hasta un 18 el ahorro de energiacutea podriacutea llegar a ser del 3-4 del consumo bruto total de la UE Ademaacutes son cada vez maacutes numerosas las aplicaciones que se le estaacute dando a esta teacutecnica tanto en usos industriales como en hospitales hoteles etc
bull VENTAJAS o Ahorra energiacutea y mejora la seguridad del abastecimiento o Disminuye las peacuterdidas de la red eleacutectrica especialmente porque
las centrales de cogeneracioacuten se suelen situar proacuteximas a los lugares de consumo
o Aumenta la competencia entre los productores o Permite crear nuevas empresas
o Se adapta bien a las zonas aisladas o ultraperifeacutericas
bull SISTEMAS DE COGENERACIOacuteN
Plantas con motores alternativos Utilizan gas gasoacuteleo o fuel-oil como combustible Son muy eficientes eleacutectricamente pero son poco eficientes teacutermicamente El sistema de recuperacioacuten teacutermica se disentildea en funcioacuten de los requisitos de la industria y en general se basan en la produccioacuten de vapor a baja presioacuten (hasta 10 bares) aceite teacutermico y en el aprovechamiento del circuito de alta temperatura del agua de refrigeracioacuten del motor Son tambieacuten adecuadas la produccioacuten de friacuteo por absorcioacuten bien a traveacutes del vapor generado con los gases en maacutequinas de doble efecto o utilizando directamente el calor del agua de refrigeracioacuten en maacutequinas de simple efecto Plantas con turbinas de vapor En estos sistemas la energiacutea mecaacutenica se produce por la expansioacuten del vapor de alta presioacuten procedente de una caldera convencional
El uso de esta turbina fue el primero en cogeneracioacuten Actualmente su aplicacioacuten ha quedado praacutecticamente limitada como complemento para ciclos combinados o en instalaciones que utilizan combustibles residuales como biomasa o residuos que se incineran
La aplicacioacuten conjunta de una turbina de gas y una turbina de vapor es lo que se denomina Ciclo Combinado Plantas con turbinas de gas En los sistemas con turbina de gas se quema combustible en un turbogenerador cediendo parte de su energiacutea para producir energiacutea mecaacutenica Su rendimiento de conversioacuten es inferior al de los motores alternativos pero presentan la ventaja de que permiten una recuperacioacuten faacutecil del calor que se encuentra concentrado en su praacutectica totalidad en sus gases de escape que estaacute a una temperatura de unos 500ordmC idoacutenea para producir vapor en un generador de recuperacioacuten
Se diferencian 2 tipos de ciclos (1) simple cuando el vapor se produce a la presioacuten de utilizacioacuten del usuario y (2) combinado cuando el vapor se produce a alta presioacuten y temperatura para su expansioacuten previa en una turbina de vapor
bull Ciclo simple
Es la planta claacutesica de cogeneracioacuten y su aplicacioacuten es adecuada cuando los requisitos de vapor son importantes (gt10 th) situacioacuten que se encuentra faacutecilmente en numerosas industrias (alimentacioacuten quiacutemica papelera) Son plantas de gran fiabilidad y
econoacutemicamente rentables cuando estaacuten disentildeadas para una aplicacioacuten determinada
El disentildeo del sistema de recuperacioacuten de calor es fundamental pues su economiacutea estaacute directamente ligada al mismo ya que a diferencia de las plantas con motores alternativos el precio del calor recuperado es esencial en un ciclo simple de turbina de gas
bull Ciclo combinado
Un ciclo combinado ayuda a absorber una parte del vapor generado en el ciclo simple y permite por ello mejorar la recuperacioacuten teacutermica o instalar una turbina de gas de mayor tamantildeo cuya recuperacioacuten teacutermica no estariacutea aprovechada si no se utilizara el vapor en una segunda turbina de contrapresioacuten
En un ciclo combinado el proceso de vapor es esencial para lograr la eficiencia del mismo La seleccioacuten de la presioacuten y la temperatura del vapor vivo se hace en funcioacuten de las turbinas de gas y vapor seleccionadas seleccioacuten que debe realizarse con criterios de eficiencia y economiacutea Por ello se requiere la existencia de experiencias previas e imaginacioacuten responsable para crear procesos adaptados a un centro de consumo que al mismo tiempo dispongan de gran flexibilidad que posibilite su trabajo eficiente en situaciones alejadas del punto de disentildeo
Una variante del ciclo combinado es el ciclo combinado a condensacioacuten
bull Ciclo combinado a condensacioacuten
Variante del ciclo combinado de contrapresioacuten claacutesico se basa en procesos estrictamente cogenerativos Se basa en una gran capacidad de regulacioacuten ante demandas de vapor muy variables
El proceso claacutesico de regulacioacuten de una planta de cogeneracioacuten consiste en evacuar gases a traveacutes del by-pass cuando la demanda de vapor es menor a la produccioacuten y utilizar la post-combustioacuten cuando sucede lo contrario
Bajando sensiblemente su potencia no se consigue su adaptacioacuten a la demanda de vapor debido a una importante bajada en el rendimiento de recuperacioacuten ya que los gases de escapa mantienen praacutecticamente su caudal y bajan ostensiblemente su temperatura Por ellos las peacuterdidas de calor se mantienen praacutecticamente constantes y la planta deja de cumplir los requisitos de rendimiento
Por contra un ciclo de contrapresioacuten y condensacioacuten permite aprovechar la totalidad del vapor generado regulando mediante la
condensacioacuten del vapor que no puede usarse en el proceso produciendo una cantidad adicional de electricidad
Trigeneracioacuten Se basa en la produccioacuten conjunta de calor electricidad y friacuteo
Una planta de trigeneracioacuten es similar a una de cogeneracioacuten a la que se le ha antildeadido un sistema de absorcioacuten para la produccioacuten de friacuteo No obstante existen una serie de diferencias
La trigeneracioacuten permite a la cogeneracioacuten que inicialmente no era posible en centros que no consumieran calor acceder a centros que precisen friacuteo que se produzca con electricidad Facilita a la industria del sector alimentario ser cogeneradores potenciales Asimismo permite la utilizacioacuten de cogeneracioacuten en el sector terciario (hoteles hospitales etc) donde ademaacutes de calor se requiere friacuteo para climatizacioacuten y que debido a la estacionalidad de estos consumos (calor en invierno friacuteo en verano) impediacutea la normal operacioacuten de una planta de cogeneracioacuten claacutesica
Esta modalidad de cogeneracioacuten tiene maacutes aplicaciones
bull Aplicaciones de secado Especialmente en industria ceraacutemica que utilizada atomizadores Son plantas muy simples y econoacutemicas ya que los gases calientes generados por una turbina o un motor se utilizan directamente en el proceso de secado
bull Aplicaciones en la industria textil bull Calefaccioacuten y refrigeracioacuten bull Aplicaciones para industrias medioambientales como plantas
depuradoras de tipo bioloacutegico o de concentracioacuten de residuos o de secado de fangos etc al demandar calor son potencialmente cogeneradoras En estas aplicaciones puede ser un factor importante para la reduccioacuten del coste de tratamiento de os residuos
Motor alternativo En los sistemas basados en motores alternativos el elemento motriz es un motor de explosioacuten El calor recuperable se encuentra en forma de gases calientes y agua caliente ( Circuito Refrigeracioacuten )
Tipo Ventajas Desventajas Amplia gama de aplicaciones Muy fiable Elevada temperatura de la energiacutea teacutermica
Limitacioacuten en los combustibles
Turbina de gas
Rango desde 05 a 100 MW
Tiempo de vida relativamente corto
Gases con alto contenido en oxiacutegeno Rendimiento global muy alto Extremadamente segura
Baja relacioacuten electricidadcalor
Posibilidad de emplear todo tipo de combustibles Larga vida de servicio
No permite alcanzar altas potencias eleacutectricas
Amplia gama de potencias
Turbina de vapor
Coste elevado Pues en marcha lenta
Elevada relacioacuten electricidadcalor Alto rendimiento eleacutectrico Bajo coste
Alto coste de mantenimiento
Tiempo de vida largo
Motor alternativo
Capacidad de adaptacioacuten a variaciones de la demanda
Energiacutea teacutermica muy distribuida y a baja temperatura
- Cogeneracioacuten
-
Como se puede observar el compresor toma aire de la atmoacutesfera lo comprime y lo deposita en la caacutemara de combustioacuten donde al mismo tiempo se inyecta combustible y se provoca la combustioacuten Esta combustioacuten provoca la raacutepida expansioacuten de los gases lo que hace mover la turbina y a traveacutes de eacutesta el eje del generador Luego de este proceso el aire es devuelto a la atmoacutesfera por esta razoacuten es llamada de ldquociclo abiertordquo El combustible que se utiliza para hacer la mezcla en la caacutemara de combustioacuten es principalmente gas natural pero en general se presenta la flexibilidad de utilizar diesel como sustituto Al final aproximadamente soacutelo un 34 de la energiacutea teacutermica es transformada en energiacutea eleacutectrica Se han diferenciado dos mercados dentro de las turbinas de gas basaacutendose en las potencias a) Turbinas de gas industriales de baja potencia (con una potencia inferior a 10-13 MW) b) Turbinas de gas industriales de alta potencia (con una potencia superior a los 10-13 MW)
El costo de inversioacuten en este tipo de centrales es bajo con un costo unitario aproximado de 450 US$kW en una central de 240 MW de potencia
332- CENTRAL TEacuteRMICA VAPOR CARBOacuteN YO GAS NATURAL Este tipo de centrales corresponde a las que obtienen la energiacutea mecaacutenica necesaria para mover el rotor del generador a partir del vapor formado al hervir el agua en una caldera El agua es tomada por una bomba y depositada en la caldera a una alta presioacuten En este lugar el agua hierve debido al aumento de temperatura que provoca la quema del combustible Luego este vapor a alta presioacuten se hace llegar a la turbina donde su expansioacuten provoca el movimiento de eacutesta uacuteltima El vapor que ha sido utilizado se transforma en agua al pasar por un condensador y es tomado por la bomba para empezar nuevamente el ciclo Un dibujo simplificado del proceso que se lleva a cabo en este tipo de centrales se puede ver en la figura 7
Figura 7 Central teacutermica a vapor
El costo de inversioacuten en este tipo de centrales es alto con un costo unitario aproximado de 1100 US$kW en una central de 300 MW de potencia
333- CENTRAL DE CICLO COMBINADO Este tipo de centrales teacutermicas corresponden a las que tienen dos tipos diferentes de turbinas a gas y de vapor La idea de combinar estos dos tipos de tecnologiacuteas es la de aprovechar al maacuteximo el combustible o sea aumentar la eficiencia del complejo en su totalidad El funcionamiento de este tipo de centrales se puede esquematizar como en la siguiente figura
Figura 8 Esquema Central Ciclo Combinado
En la figura se observa que el gas que fue utilizado para hacer girar la turbina a gas sale a una alta temperatura de la caacutemara de combustioacuten por lo que es posible reutilizarlo para calentar el agua y transformarla en vapor el cual se puede utilizar para hacer girar la segunda turbina que es a vapor La eficiencia de estas centrales es cercana al 55 lo que explica porque es tan utilizada en generacioacuten teacutermica El nuacutemero de turbinas a gas por turbina de vapor en las centrales de ciclo combinado puede variar desde uno a cuatro ademaacutes de esto puede tener otras variantes como que la turbina de gas y de vapor tengan un solo eje solidario o que por el contrario cada una tenga su propio eje Una de las grandes ventajas de este tipo de centrales es que permiten ser construidas por parte ya que la turbina a gas puede funcionar por siacute sola con lo que al momento de construir estas centrales puede construirse la turbina a gas empezar a operar y luego completar la construccioacuten de la central de ciclo combinado agregaacutendole la turbina a vapor
Para hacer una correcta evaluacioacuten de una central teacutermica es necesario tener una buena estimacioacuten de los costos tanto en la etapa de construccioacuten como en la etapa de operacioacuten En cuanto a los costos de construccioacuten se debe tener en cuenta el precio de las turbinas y equipos necesarios para el buen funcionamiento de la central incluyendo el terreno liacuteneas eleacutectricas transformadores etc En los costos de operacioacuten el costo maacutes relevante es el del combustible pero tambieacuten existen costos fijos costos de personal costos de partida y de parada costos de cambio entre estados o de setup En relacioacuten al costo del
combustible hay que tener en cuenta la eficiencia de la central y queacute combustible se estaacute utilizando ya que en general las centrales teacutermicas pueden utilizar dos o maacutes tipos de combustibles distintos
Flexibilidad en centrales teacutermicas
- Las pequentildeas turbinas de gas (1-15 MW) compiten de forma efectiva con las grandes (de hasta 60 MW) Por lo tanto las centrales multi-unidad ofrecen una flexibilidad que resulta ventajosa cuando los clientes tienen necesidades diversas de potencia - La licencia para construir una central puede ser vista como una opcioacuten call sobre el valor de la central - Puede existir la opcioacuten para posponer la construccioacuten - Los flujos de caja de la central dependen de la diferencia entre el precio de la electricidad y el precio del combustible por lo que estaacute la opcioacuten de producir o no producir electricidad dependiendo de los distintos precios que se presenten Este punto se aplica principalmente a las centrales que operan en ldquopuntardquo ya que son las que corren riesgo de perder dinero en ese caso En caso de no generar se debe comprar a precio spot a otra central para cumplir con sus contratos - Existe la opcioacuten de utilizar distintos combustible En nuestro caso se puede elegir entre dieselGN y carboacutenGN - Estaacute la opcioacuten de abandonar la central
Las turbinas son maacutequinas rotativas En forma global se clasifican en tres grandes familias
bull Las turbinas hidraacuteulicas son las maacutes antiguas Usan agua como fluido de trabajo Sus antepasados directos son los molinos de agua Hoy existen varios modelos baacutesicos Pelton Francis y Kaplan (o heacutelice de paso variable) A estos modelos baacutesicos se debe agregar la Mitchell-Banki que es muy utilizada en instalaciones de microhidraacuteulica La tiacutepica turbina hidraacuteulica se usa en centrales de generacioacuten eleacutectrica sea centrales de pasada o centrales de embalse
bull Las turbinas a vapor en este caso el fluido de trabajo es vapor de agua (tiacutepicamente) Aunque tambieacuten hay instancias en que se han
fabricado usando otro vapor de trabajo (Mercurio Propano u otro) Las tiacutepicas turbinas de vapor se dividen en de accioacuten y de reaccioacuten La turbina a vapor tiacutepicamente se usan en centrales teacutermicas de generacioacuten eleacutectrica Estos son sistemas de combustioacuten externa (el calor se usa para calentar el fluido de trabajo en forma indirecta en caldera)
bull Las turbinas a gas Son las maacutes recientes Si bien hay intentos de fabricarlas a inicios de este siglo el primer ensayo exitoso es solo de 1937 Difieren de las anteriores en el sentido de que se realiza combustioacuten dentro de la maacutequina Por lo tanto el fluido de trabajo son gases de combustioacuten (de alliacute su nombre)
Si bien la turbina a gas es un motor de combustioacuten interna y su ciclo tiene puntos en comuacuten con los ciclos Otto o Diesel tiene una diferencia fundamental Se trata (igual que todas las turbinas) de maacutequina de funcionamiento continuo Es decir en reacutegimen permanente cada elemento de ella estaacute en condicioacuten estable
ANTECEDENTES BAacuteSICOS SOBRE EL FUNCIONAMIENTO
Ciclo Utilizado
El ciclo de la turbina a gas es el ciclo Joule o Brayton Este se ilustra en la figura T1 en un diagrama p-V y uno T-S En la figura T2 se ilustra el ciclo en diagrama de bloques Consta de las siguientes evoluciones
bull En 1 se toma aire ambiente Este se comprime hasta 2 seguacuten una adiabaacutetica (idealmente sin roce normalmente una politroacutepica con roce)
o Luego el aire comprimido se introduce a una caacutemara de combustioacuten Alliacute se le agrega una cierta cantidad de combustible y este se quema Al producirse la combustioacuten se realiza la evolucioacuten 2-3 Tiacutepicamente esta es isobaacuterica (o casi isobaacuterica pues se pierde un poco de presioacuten por roce) Como a la caacutemara de combustioacuten entra tanto fluido como el que sale la presioacuten casi no variacutea La temperatura T3 es una temperatura criacutetica pues corresponde a la mayor temperatura en el ciclo Ademaacutes tambieacuten es la mayor presioacuten Por lo tanto los elementos sometidos a T3 seraacuten los maacutes solicitados
bull A continuacioacuten viene la expansioacuten de los gases hasta la presioacuten ambiente Esta expansioacuten la debemos dividir en dos fases En la primera (de 3 a 3) el trabajo de expansioacuten se recupera en una turbina que sirve para accionar el compresor En la segunda fase (de 3 a 4) existen dos opciones
o Si entre 3 y 4 se instala una turbina el trabajo de expansioacuten se convierte en trabajo mecaacutenico Se trata de un turbopropulsor o lo que comuacutenmente se llama turbina a gas
o Si entre 3 y 4 se sigue con la expansioacuten de los gases en una tobera el trabajo de expansioacuten se convierte en energiacutea cineacutetica en los gases Esta energiacutea cineacutetica sirve para impulsar el motor Se trata de un turboreactor o lo que comuacutenmente se llama un motor a reaccioacuten
bull Finalmente los gases de combustioacuten se evacuacutean a la atmoacutesfera en 4 La evolucioacuten 4-1 es virtual y corresponde al enfriamiento de los gases hasta la temperatura ambiente
Si bien este ciclo se realiza normalmente como ciclo abierto tambieacuten es posible realizarlo como ciclo cerrado Es decir tener un fluido de trabajo que siga las evoluciones del ciclo Entre 2 y 3 se le aporta calor externo y entre 4 y 1 se le extrae Tambieacuten es posible realizarlo sin combustioacuten interna haciendo un aporte de calor entre 2 y 3 Esto se ha hecho en algunos motores solares en que se opera seguacuten un ciclo Brayton
Diagrama de Bloques
A continuacioacuten veremos como se visualiza el ciclo de Joule en un diagrama de bloques Las componentes principales de la maacutequina son
bull Un turbocompresor que toma el aire ambiente (a p1 y T1) y lo comprime hasta p2 (evolucioacuten 1 - 2) Este proceso se puede suponer adiabaacutetico Idealmente es sin roce pero en general es politroacutepica con roce
bull Luego el aire comprimido a p2 pasa a la caacutemara de combustioacuten Alliacute se le agrega una cierta cantidad de combustible el que se quema Al quemarse la mezcla la temperatura de los gases sube hasta T3 La combustioacuten es praacutecticamente isobaacuterica (evolucioacuten 2 - 3)
bull A continuacioacuten los gases calientes y a alta
Alternativa 1 Turbopropulsor presioacuten se expanden en la turbina T1 Esta turbina acciona el turbocompresor por medio de un eje La expansioacuten en la turbina es hasta las condiciones 3 Idealmente es expansioacuten adiabaacutetica sin roce pero en general es politroacutepica con roce (evolucioacuten 3 - 3)
bull Luego los gases de escape se siguen expandiendo a traveacutes de una segunda turbina de potencia hasta alcanzar la presioacuten ambiente (p4 evolucioacuten 3 - 4)Esta turbina de potencia entrega trabajo al exterior Tiacutepicamente el trabajo se usa para accionar un generador o bien otro mecanismo (heacutelice en el caso de aviones con turbopropulsor o aspas en un helicoacuteptero)
Alternativa 2 Turboreactor
Este caso es similar al anterior hasta el punto 3 La diferencia estriba en que de alliacute en adelante la segunda turbina es reemplazada por una tobera El potencial de presioacuten de los gases de escape en 3 es convertido en energiacutea cineacutetica Los gases salen a C4
Es decir el trabajo de expansioacuten se convierte en energiacutea cineacutetica y los gases salen del motor a gran velocidad produciendo un empuje por efecto del principio de accioacuten y reaccioacuten
El caso se ilustra en la figura de al lado la que representa un turboreactor de flujo simple Esto quiere decir que todoel aire pasa por la caacutemara de combustioacuten y turbina
Cogeneracioacuten
Los sistemas de cogeneracioacuten son sistemas de produccioacuten conjunta de electricidad (o energiacutea mecaacutenica) y de energiacutea teacutermica uacutetil (calor) partiendo de un uacutenico combustible El gas natural es la energiacutea primaria maacutes utilizada para el funcionamiento de las centrales de cogeneracioacuten de electricidad calor las cuales funcionan con turbinas o motores de gas No obstante tambieacuten se pueden utilizar fuentes de energiacutea renovables y residuos como biomasa o residuos que se incineran
En un proceso de cogeneracioacuten el calor se presenta en forma de vapor de agua a alta presioacuten o en forma de agua caliente Por ejemplo se puede utilizar el vapor caliente que sale de una turbina de produccioacuten de energiacutea eleacutectrica
para suministrar energiacutea para otros usos Hasta hace poco lo usual era dejar que el vapor se enfriara pero con esta teacutecnica con el calor que le queda al vapor se calienta agua para distintos usos
El aprovechamiento del calor residual los sistemas de cogeneracioacuten presentan rendimientos globales del orden del 85 lo que implica que el aprovechamiento simultaacuteneo de electricidad y calor favorezca la obtencioacuten de elevados iacutendices de ahorro energeacutetico asiacute como una disminucioacuten importante de la factura energeacutetica sin alterar el proceso productivo ahorro energeacutetico que se incrementa notablemente si se utilizan energiacuteas residuales
En una central eleacutectrica tradicional los humos salen directamente por la chimenea mientras que en una planta de cogeneracioacuten los gases de escape se enfriacutean transmitiendo su energiacutea a un circuito de agua calientevapor Una vez enfriados los gases de escape pasan a la chimenea
Las centrales de cogeneracioacuten de electricidad-calor pueden alcanzar un rendimiento energeacutetico del orden del 90 El procedimiento es maacutes ecoloacutegico ya que durante la combustioacuten el gas natural libera menos dioacutexido de carbono (CO2) y oacutexido de nitroacutegeno (NOX) que el petroacuteleo o el carboacuten El desarrollo de la cogeneracioacuten podriacutea evitar la emisioacuten de 127 millones de toneladas de CO2 en la UE en 2010 et de 258 millones de toneladas en 2020 ayudando a cumplir los objetivos fijados en el Protocolo de Kioto
La produccioacuten de electricidad por cogeneracioacuten representoacute en la UE en 1998 el 11 del total Si se lograra aumentar hasta un 18 el ahorro de energiacutea podriacutea llegar a ser del 3-4 del consumo bruto total de la UE Ademaacutes son cada vez maacutes numerosas las aplicaciones que se le estaacute dando a esta teacutecnica tanto en usos industriales como en hospitales hoteles etc
bull VENTAJAS o Ahorra energiacutea y mejora la seguridad del abastecimiento o Disminuye las peacuterdidas de la red eleacutectrica especialmente porque
las centrales de cogeneracioacuten se suelen situar proacuteximas a los lugares de consumo
o Aumenta la competencia entre los productores o Permite crear nuevas empresas
o Se adapta bien a las zonas aisladas o ultraperifeacutericas
bull SISTEMAS DE COGENERACIOacuteN
Plantas con motores alternativos Utilizan gas gasoacuteleo o fuel-oil como combustible Son muy eficientes eleacutectricamente pero son poco eficientes teacutermicamente El sistema de recuperacioacuten teacutermica se disentildea en funcioacuten de los requisitos de la industria y en general se basan en la produccioacuten de vapor a baja presioacuten (hasta 10 bares) aceite teacutermico y en el aprovechamiento del circuito de alta temperatura del agua de refrigeracioacuten del motor Son tambieacuten adecuadas la produccioacuten de friacuteo por absorcioacuten bien a traveacutes del vapor generado con los gases en maacutequinas de doble efecto o utilizando directamente el calor del agua de refrigeracioacuten en maacutequinas de simple efecto Plantas con turbinas de vapor En estos sistemas la energiacutea mecaacutenica se produce por la expansioacuten del vapor de alta presioacuten procedente de una caldera convencional
El uso de esta turbina fue el primero en cogeneracioacuten Actualmente su aplicacioacuten ha quedado praacutecticamente limitada como complemento para ciclos combinados o en instalaciones que utilizan combustibles residuales como biomasa o residuos que se incineran
La aplicacioacuten conjunta de una turbina de gas y una turbina de vapor es lo que se denomina Ciclo Combinado Plantas con turbinas de gas En los sistemas con turbina de gas se quema combustible en un turbogenerador cediendo parte de su energiacutea para producir energiacutea mecaacutenica Su rendimiento de conversioacuten es inferior al de los motores alternativos pero presentan la ventaja de que permiten una recuperacioacuten faacutecil del calor que se encuentra concentrado en su praacutectica totalidad en sus gases de escape que estaacute a una temperatura de unos 500ordmC idoacutenea para producir vapor en un generador de recuperacioacuten
Se diferencian 2 tipos de ciclos (1) simple cuando el vapor se produce a la presioacuten de utilizacioacuten del usuario y (2) combinado cuando el vapor se produce a alta presioacuten y temperatura para su expansioacuten previa en una turbina de vapor
bull Ciclo simple
Es la planta claacutesica de cogeneracioacuten y su aplicacioacuten es adecuada cuando los requisitos de vapor son importantes (gt10 th) situacioacuten que se encuentra faacutecilmente en numerosas industrias (alimentacioacuten quiacutemica papelera) Son plantas de gran fiabilidad y
econoacutemicamente rentables cuando estaacuten disentildeadas para una aplicacioacuten determinada
El disentildeo del sistema de recuperacioacuten de calor es fundamental pues su economiacutea estaacute directamente ligada al mismo ya que a diferencia de las plantas con motores alternativos el precio del calor recuperado es esencial en un ciclo simple de turbina de gas
bull Ciclo combinado
Un ciclo combinado ayuda a absorber una parte del vapor generado en el ciclo simple y permite por ello mejorar la recuperacioacuten teacutermica o instalar una turbina de gas de mayor tamantildeo cuya recuperacioacuten teacutermica no estariacutea aprovechada si no se utilizara el vapor en una segunda turbina de contrapresioacuten
En un ciclo combinado el proceso de vapor es esencial para lograr la eficiencia del mismo La seleccioacuten de la presioacuten y la temperatura del vapor vivo se hace en funcioacuten de las turbinas de gas y vapor seleccionadas seleccioacuten que debe realizarse con criterios de eficiencia y economiacutea Por ello se requiere la existencia de experiencias previas e imaginacioacuten responsable para crear procesos adaptados a un centro de consumo que al mismo tiempo dispongan de gran flexibilidad que posibilite su trabajo eficiente en situaciones alejadas del punto de disentildeo
Una variante del ciclo combinado es el ciclo combinado a condensacioacuten
bull Ciclo combinado a condensacioacuten
Variante del ciclo combinado de contrapresioacuten claacutesico se basa en procesos estrictamente cogenerativos Se basa en una gran capacidad de regulacioacuten ante demandas de vapor muy variables
El proceso claacutesico de regulacioacuten de una planta de cogeneracioacuten consiste en evacuar gases a traveacutes del by-pass cuando la demanda de vapor es menor a la produccioacuten y utilizar la post-combustioacuten cuando sucede lo contrario
Bajando sensiblemente su potencia no se consigue su adaptacioacuten a la demanda de vapor debido a una importante bajada en el rendimiento de recuperacioacuten ya que los gases de escapa mantienen praacutecticamente su caudal y bajan ostensiblemente su temperatura Por ellos las peacuterdidas de calor se mantienen praacutecticamente constantes y la planta deja de cumplir los requisitos de rendimiento
Por contra un ciclo de contrapresioacuten y condensacioacuten permite aprovechar la totalidad del vapor generado regulando mediante la
condensacioacuten del vapor que no puede usarse en el proceso produciendo una cantidad adicional de electricidad
Trigeneracioacuten Se basa en la produccioacuten conjunta de calor electricidad y friacuteo
Una planta de trigeneracioacuten es similar a una de cogeneracioacuten a la que se le ha antildeadido un sistema de absorcioacuten para la produccioacuten de friacuteo No obstante existen una serie de diferencias
La trigeneracioacuten permite a la cogeneracioacuten que inicialmente no era posible en centros que no consumieran calor acceder a centros que precisen friacuteo que se produzca con electricidad Facilita a la industria del sector alimentario ser cogeneradores potenciales Asimismo permite la utilizacioacuten de cogeneracioacuten en el sector terciario (hoteles hospitales etc) donde ademaacutes de calor se requiere friacuteo para climatizacioacuten y que debido a la estacionalidad de estos consumos (calor en invierno friacuteo en verano) impediacutea la normal operacioacuten de una planta de cogeneracioacuten claacutesica
Esta modalidad de cogeneracioacuten tiene maacutes aplicaciones
bull Aplicaciones de secado Especialmente en industria ceraacutemica que utilizada atomizadores Son plantas muy simples y econoacutemicas ya que los gases calientes generados por una turbina o un motor se utilizan directamente en el proceso de secado
bull Aplicaciones en la industria textil bull Calefaccioacuten y refrigeracioacuten bull Aplicaciones para industrias medioambientales como plantas
depuradoras de tipo bioloacutegico o de concentracioacuten de residuos o de secado de fangos etc al demandar calor son potencialmente cogeneradoras En estas aplicaciones puede ser un factor importante para la reduccioacuten del coste de tratamiento de os residuos
Motor alternativo En los sistemas basados en motores alternativos el elemento motriz es un motor de explosioacuten El calor recuperable se encuentra en forma de gases calientes y agua caliente ( Circuito Refrigeracioacuten )
Tipo Ventajas Desventajas Amplia gama de aplicaciones Muy fiable Elevada temperatura de la energiacutea teacutermica
Limitacioacuten en los combustibles
Turbina de gas
Rango desde 05 a 100 MW
Tiempo de vida relativamente corto
Gases con alto contenido en oxiacutegeno Rendimiento global muy alto Extremadamente segura
Baja relacioacuten electricidadcalor
Posibilidad de emplear todo tipo de combustibles Larga vida de servicio
No permite alcanzar altas potencias eleacutectricas
Amplia gama de potencias
Turbina de vapor
Coste elevado Pues en marcha lenta
Elevada relacioacuten electricidadcalor Alto rendimiento eleacutectrico Bajo coste
Alto coste de mantenimiento
Tiempo de vida largo
Motor alternativo
Capacidad de adaptacioacuten a variaciones de la demanda
Energiacutea teacutermica muy distribuida y a baja temperatura
- Cogeneracioacuten
-
Figura 7 Central teacutermica a vapor
El costo de inversioacuten en este tipo de centrales es alto con un costo unitario aproximado de 1100 US$kW en una central de 300 MW de potencia
333- CENTRAL DE CICLO COMBINADO Este tipo de centrales teacutermicas corresponden a las que tienen dos tipos diferentes de turbinas a gas y de vapor La idea de combinar estos dos tipos de tecnologiacuteas es la de aprovechar al maacuteximo el combustible o sea aumentar la eficiencia del complejo en su totalidad El funcionamiento de este tipo de centrales se puede esquematizar como en la siguiente figura
Figura 8 Esquema Central Ciclo Combinado
En la figura se observa que el gas que fue utilizado para hacer girar la turbina a gas sale a una alta temperatura de la caacutemara de combustioacuten por lo que es posible reutilizarlo para calentar el agua y transformarla en vapor el cual se puede utilizar para hacer girar la segunda turbina que es a vapor La eficiencia de estas centrales es cercana al 55 lo que explica porque es tan utilizada en generacioacuten teacutermica El nuacutemero de turbinas a gas por turbina de vapor en las centrales de ciclo combinado puede variar desde uno a cuatro ademaacutes de esto puede tener otras variantes como que la turbina de gas y de vapor tengan un solo eje solidario o que por el contrario cada una tenga su propio eje Una de las grandes ventajas de este tipo de centrales es que permiten ser construidas por parte ya que la turbina a gas puede funcionar por siacute sola con lo que al momento de construir estas centrales puede construirse la turbina a gas empezar a operar y luego completar la construccioacuten de la central de ciclo combinado agregaacutendole la turbina a vapor
Para hacer una correcta evaluacioacuten de una central teacutermica es necesario tener una buena estimacioacuten de los costos tanto en la etapa de construccioacuten como en la etapa de operacioacuten En cuanto a los costos de construccioacuten se debe tener en cuenta el precio de las turbinas y equipos necesarios para el buen funcionamiento de la central incluyendo el terreno liacuteneas eleacutectricas transformadores etc En los costos de operacioacuten el costo maacutes relevante es el del combustible pero tambieacuten existen costos fijos costos de personal costos de partida y de parada costos de cambio entre estados o de setup En relacioacuten al costo del
combustible hay que tener en cuenta la eficiencia de la central y queacute combustible se estaacute utilizando ya que en general las centrales teacutermicas pueden utilizar dos o maacutes tipos de combustibles distintos
Flexibilidad en centrales teacutermicas
- Las pequentildeas turbinas de gas (1-15 MW) compiten de forma efectiva con las grandes (de hasta 60 MW) Por lo tanto las centrales multi-unidad ofrecen una flexibilidad que resulta ventajosa cuando los clientes tienen necesidades diversas de potencia - La licencia para construir una central puede ser vista como una opcioacuten call sobre el valor de la central - Puede existir la opcioacuten para posponer la construccioacuten - Los flujos de caja de la central dependen de la diferencia entre el precio de la electricidad y el precio del combustible por lo que estaacute la opcioacuten de producir o no producir electricidad dependiendo de los distintos precios que se presenten Este punto se aplica principalmente a las centrales que operan en ldquopuntardquo ya que son las que corren riesgo de perder dinero en ese caso En caso de no generar se debe comprar a precio spot a otra central para cumplir con sus contratos - Existe la opcioacuten de utilizar distintos combustible En nuestro caso se puede elegir entre dieselGN y carboacutenGN - Estaacute la opcioacuten de abandonar la central
Las turbinas son maacutequinas rotativas En forma global se clasifican en tres grandes familias
bull Las turbinas hidraacuteulicas son las maacutes antiguas Usan agua como fluido de trabajo Sus antepasados directos son los molinos de agua Hoy existen varios modelos baacutesicos Pelton Francis y Kaplan (o heacutelice de paso variable) A estos modelos baacutesicos se debe agregar la Mitchell-Banki que es muy utilizada en instalaciones de microhidraacuteulica La tiacutepica turbina hidraacuteulica se usa en centrales de generacioacuten eleacutectrica sea centrales de pasada o centrales de embalse
bull Las turbinas a vapor en este caso el fluido de trabajo es vapor de agua (tiacutepicamente) Aunque tambieacuten hay instancias en que se han
fabricado usando otro vapor de trabajo (Mercurio Propano u otro) Las tiacutepicas turbinas de vapor se dividen en de accioacuten y de reaccioacuten La turbina a vapor tiacutepicamente se usan en centrales teacutermicas de generacioacuten eleacutectrica Estos son sistemas de combustioacuten externa (el calor se usa para calentar el fluido de trabajo en forma indirecta en caldera)
bull Las turbinas a gas Son las maacutes recientes Si bien hay intentos de fabricarlas a inicios de este siglo el primer ensayo exitoso es solo de 1937 Difieren de las anteriores en el sentido de que se realiza combustioacuten dentro de la maacutequina Por lo tanto el fluido de trabajo son gases de combustioacuten (de alliacute su nombre)
Si bien la turbina a gas es un motor de combustioacuten interna y su ciclo tiene puntos en comuacuten con los ciclos Otto o Diesel tiene una diferencia fundamental Se trata (igual que todas las turbinas) de maacutequina de funcionamiento continuo Es decir en reacutegimen permanente cada elemento de ella estaacute en condicioacuten estable
ANTECEDENTES BAacuteSICOS SOBRE EL FUNCIONAMIENTO
Ciclo Utilizado
El ciclo de la turbina a gas es el ciclo Joule o Brayton Este se ilustra en la figura T1 en un diagrama p-V y uno T-S En la figura T2 se ilustra el ciclo en diagrama de bloques Consta de las siguientes evoluciones
bull En 1 se toma aire ambiente Este se comprime hasta 2 seguacuten una adiabaacutetica (idealmente sin roce normalmente una politroacutepica con roce)
o Luego el aire comprimido se introduce a una caacutemara de combustioacuten Alliacute se le agrega una cierta cantidad de combustible y este se quema Al producirse la combustioacuten se realiza la evolucioacuten 2-3 Tiacutepicamente esta es isobaacuterica (o casi isobaacuterica pues se pierde un poco de presioacuten por roce) Como a la caacutemara de combustioacuten entra tanto fluido como el que sale la presioacuten casi no variacutea La temperatura T3 es una temperatura criacutetica pues corresponde a la mayor temperatura en el ciclo Ademaacutes tambieacuten es la mayor presioacuten Por lo tanto los elementos sometidos a T3 seraacuten los maacutes solicitados
bull A continuacioacuten viene la expansioacuten de los gases hasta la presioacuten ambiente Esta expansioacuten la debemos dividir en dos fases En la primera (de 3 a 3) el trabajo de expansioacuten se recupera en una turbina que sirve para accionar el compresor En la segunda fase (de 3 a 4) existen dos opciones
o Si entre 3 y 4 se instala una turbina el trabajo de expansioacuten se convierte en trabajo mecaacutenico Se trata de un turbopropulsor o lo que comuacutenmente se llama turbina a gas
o Si entre 3 y 4 se sigue con la expansioacuten de los gases en una tobera el trabajo de expansioacuten se convierte en energiacutea cineacutetica en los gases Esta energiacutea cineacutetica sirve para impulsar el motor Se trata de un turboreactor o lo que comuacutenmente se llama un motor a reaccioacuten
bull Finalmente los gases de combustioacuten se evacuacutean a la atmoacutesfera en 4 La evolucioacuten 4-1 es virtual y corresponde al enfriamiento de los gases hasta la temperatura ambiente
Si bien este ciclo se realiza normalmente como ciclo abierto tambieacuten es posible realizarlo como ciclo cerrado Es decir tener un fluido de trabajo que siga las evoluciones del ciclo Entre 2 y 3 se le aporta calor externo y entre 4 y 1 se le extrae Tambieacuten es posible realizarlo sin combustioacuten interna haciendo un aporte de calor entre 2 y 3 Esto se ha hecho en algunos motores solares en que se opera seguacuten un ciclo Brayton
Diagrama de Bloques
A continuacioacuten veremos como se visualiza el ciclo de Joule en un diagrama de bloques Las componentes principales de la maacutequina son
bull Un turbocompresor que toma el aire ambiente (a p1 y T1) y lo comprime hasta p2 (evolucioacuten 1 - 2) Este proceso se puede suponer adiabaacutetico Idealmente es sin roce pero en general es politroacutepica con roce
bull Luego el aire comprimido a p2 pasa a la caacutemara de combustioacuten Alliacute se le agrega una cierta cantidad de combustible el que se quema Al quemarse la mezcla la temperatura de los gases sube hasta T3 La combustioacuten es praacutecticamente isobaacuterica (evolucioacuten 2 - 3)
bull A continuacioacuten los gases calientes y a alta
Alternativa 1 Turbopropulsor presioacuten se expanden en la turbina T1 Esta turbina acciona el turbocompresor por medio de un eje La expansioacuten en la turbina es hasta las condiciones 3 Idealmente es expansioacuten adiabaacutetica sin roce pero en general es politroacutepica con roce (evolucioacuten 3 - 3)
bull Luego los gases de escape se siguen expandiendo a traveacutes de una segunda turbina de potencia hasta alcanzar la presioacuten ambiente (p4 evolucioacuten 3 - 4)Esta turbina de potencia entrega trabajo al exterior Tiacutepicamente el trabajo se usa para accionar un generador o bien otro mecanismo (heacutelice en el caso de aviones con turbopropulsor o aspas en un helicoacuteptero)
Alternativa 2 Turboreactor
Este caso es similar al anterior hasta el punto 3 La diferencia estriba en que de alliacute en adelante la segunda turbina es reemplazada por una tobera El potencial de presioacuten de los gases de escape en 3 es convertido en energiacutea cineacutetica Los gases salen a C4
Es decir el trabajo de expansioacuten se convierte en energiacutea cineacutetica y los gases salen del motor a gran velocidad produciendo un empuje por efecto del principio de accioacuten y reaccioacuten
El caso se ilustra en la figura de al lado la que representa un turboreactor de flujo simple Esto quiere decir que todoel aire pasa por la caacutemara de combustioacuten y turbina
Cogeneracioacuten
Los sistemas de cogeneracioacuten son sistemas de produccioacuten conjunta de electricidad (o energiacutea mecaacutenica) y de energiacutea teacutermica uacutetil (calor) partiendo de un uacutenico combustible El gas natural es la energiacutea primaria maacutes utilizada para el funcionamiento de las centrales de cogeneracioacuten de electricidad calor las cuales funcionan con turbinas o motores de gas No obstante tambieacuten se pueden utilizar fuentes de energiacutea renovables y residuos como biomasa o residuos que se incineran
En un proceso de cogeneracioacuten el calor se presenta en forma de vapor de agua a alta presioacuten o en forma de agua caliente Por ejemplo se puede utilizar el vapor caliente que sale de una turbina de produccioacuten de energiacutea eleacutectrica
para suministrar energiacutea para otros usos Hasta hace poco lo usual era dejar que el vapor se enfriara pero con esta teacutecnica con el calor que le queda al vapor se calienta agua para distintos usos
El aprovechamiento del calor residual los sistemas de cogeneracioacuten presentan rendimientos globales del orden del 85 lo que implica que el aprovechamiento simultaacuteneo de electricidad y calor favorezca la obtencioacuten de elevados iacutendices de ahorro energeacutetico asiacute como una disminucioacuten importante de la factura energeacutetica sin alterar el proceso productivo ahorro energeacutetico que se incrementa notablemente si se utilizan energiacuteas residuales
En una central eleacutectrica tradicional los humos salen directamente por la chimenea mientras que en una planta de cogeneracioacuten los gases de escape se enfriacutean transmitiendo su energiacutea a un circuito de agua calientevapor Una vez enfriados los gases de escape pasan a la chimenea
Las centrales de cogeneracioacuten de electricidad-calor pueden alcanzar un rendimiento energeacutetico del orden del 90 El procedimiento es maacutes ecoloacutegico ya que durante la combustioacuten el gas natural libera menos dioacutexido de carbono (CO2) y oacutexido de nitroacutegeno (NOX) que el petroacuteleo o el carboacuten El desarrollo de la cogeneracioacuten podriacutea evitar la emisioacuten de 127 millones de toneladas de CO2 en la UE en 2010 et de 258 millones de toneladas en 2020 ayudando a cumplir los objetivos fijados en el Protocolo de Kioto
La produccioacuten de electricidad por cogeneracioacuten representoacute en la UE en 1998 el 11 del total Si se lograra aumentar hasta un 18 el ahorro de energiacutea podriacutea llegar a ser del 3-4 del consumo bruto total de la UE Ademaacutes son cada vez maacutes numerosas las aplicaciones que se le estaacute dando a esta teacutecnica tanto en usos industriales como en hospitales hoteles etc
bull VENTAJAS o Ahorra energiacutea y mejora la seguridad del abastecimiento o Disminuye las peacuterdidas de la red eleacutectrica especialmente porque
las centrales de cogeneracioacuten se suelen situar proacuteximas a los lugares de consumo
o Aumenta la competencia entre los productores o Permite crear nuevas empresas
o Se adapta bien a las zonas aisladas o ultraperifeacutericas
bull SISTEMAS DE COGENERACIOacuteN
Plantas con motores alternativos Utilizan gas gasoacuteleo o fuel-oil como combustible Son muy eficientes eleacutectricamente pero son poco eficientes teacutermicamente El sistema de recuperacioacuten teacutermica se disentildea en funcioacuten de los requisitos de la industria y en general se basan en la produccioacuten de vapor a baja presioacuten (hasta 10 bares) aceite teacutermico y en el aprovechamiento del circuito de alta temperatura del agua de refrigeracioacuten del motor Son tambieacuten adecuadas la produccioacuten de friacuteo por absorcioacuten bien a traveacutes del vapor generado con los gases en maacutequinas de doble efecto o utilizando directamente el calor del agua de refrigeracioacuten en maacutequinas de simple efecto Plantas con turbinas de vapor En estos sistemas la energiacutea mecaacutenica se produce por la expansioacuten del vapor de alta presioacuten procedente de una caldera convencional
El uso de esta turbina fue el primero en cogeneracioacuten Actualmente su aplicacioacuten ha quedado praacutecticamente limitada como complemento para ciclos combinados o en instalaciones que utilizan combustibles residuales como biomasa o residuos que se incineran
La aplicacioacuten conjunta de una turbina de gas y una turbina de vapor es lo que se denomina Ciclo Combinado Plantas con turbinas de gas En los sistemas con turbina de gas se quema combustible en un turbogenerador cediendo parte de su energiacutea para producir energiacutea mecaacutenica Su rendimiento de conversioacuten es inferior al de los motores alternativos pero presentan la ventaja de que permiten una recuperacioacuten faacutecil del calor que se encuentra concentrado en su praacutectica totalidad en sus gases de escape que estaacute a una temperatura de unos 500ordmC idoacutenea para producir vapor en un generador de recuperacioacuten
Se diferencian 2 tipos de ciclos (1) simple cuando el vapor se produce a la presioacuten de utilizacioacuten del usuario y (2) combinado cuando el vapor se produce a alta presioacuten y temperatura para su expansioacuten previa en una turbina de vapor
bull Ciclo simple
Es la planta claacutesica de cogeneracioacuten y su aplicacioacuten es adecuada cuando los requisitos de vapor son importantes (gt10 th) situacioacuten que se encuentra faacutecilmente en numerosas industrias (alimentacioacuten quiacutemica papelera) Son plantas de gran fiabilidad y
econoacutemicamente rentables cuando estaacuten disentildeadas para una aplicacioacuten determinada
El disentildeo del sistema de recuperacioacuten de calor es fundamental pues su economiacutea estaacute directamente ligada al mismo ya que a diferencia de las plantas con motores alternativos el precio del calor recuperado es esencial en un ciclo simple de turbina de gas
bull Ciclo combinado
Un ciclo combinado ayuda a absorber una parte del vapor generado en el ciclo simple y permite por ello mejorar la recuperacioacuten teacutermica o instalar una turbina de gas de mayor tamantildeo cuya recuperacioacuten teacutermica no estariacutea aprovechada si no se utilizara el vapor en una segunda turbina de contrapresioacuten
En un ciclo combinado el proceso de vapor es esencial para lograr la eficiencia del mismo La seleccioacuten de la presioacuten y la temperatura del vapor vivo se hace en funcioacuten de las turbinas de gas y vapor seleccionadas seleccioacuten que debe realizarse con criterios de eficiencia y economiacutea Por ello se requiere la existencia de experiencias previas e imaginacioacuten responsable para crear procesos adaptados a un centro de consumo que al mismo tiempo dispongan de gran flexibilidad que posibilite su trabajo eficiente en situaciones alejadas del punto de disentildeo
Una variante del ciclo combinado es el ciclo combinado a condensacioacuten
bull Ciclo combinado a condensacioacuten
Variante del ciclo combinado de contrapresioacuten claacutesico se basa en procesos estrictamente cogenerativos Se basa en una gran capacidad de regulacioacuten ante demandas de vapor muy variables
El proceso claacutesico de regulacioacuten de una planta de cogeneracioacuten consiste en evacuar gases a traveacutes del by-pass cuando la demanda de vapor es menor a la produccioacuten y utilizar la post-combustioacuten cuando sucede lo contrario
Bajando sensiblemente su potencia no se consigue su adaptacioacuten a la demanda de vapor debido a una importante bajada en el rendimiento de recuperacioacuten ya que los gases de escapa mantienen praacutecticamente su caudal y bajan ostensiblemente su temperatura Por ellos las peacuterdidas de calor se mantienen praacutecticamente constantes y la planta deja de cumplir los requisitos de rendimiento
Por contra un ciclo de contrapresioacuten y condensacioacuten permite aprovechar la totalidad del vapor generado regulando mediante la
condensacioacuten del vapor que no puede usarse en el proceso produciendo una cantidad adicional de electricidad
Trigeneracioacuten Se basa en la produccioacuten conjunta de calor electricidad y friacuteo
Una planta de trigeneracioacuten es similar a una de cogeneracioacuten a la que se le ha antildeadido un sistema de absorcioacuten para la produccioacuten de friacuteo No obstante existen una serie de diferencias
La trigeneracioacuten permite a la cogeneracioacuten que inicialmente no era posible en centros que no consumieran calor acceder a centros que precisen friacuteo que se produzca con electricidad Facilita a la industria del sector alimentario ser cogeneradores potenciales Asimismo permite la utilizacioacuten de cogeneracioacuten en el sector terciario (hoteles hospitales etc) donde ademaacutes de calor se requiere friacuteo para climatizacioacuten y que debido a la estacionalidad de estos consumos (calor en invierno friacuteo en verano) impediacutea la normal operacioacuten de una planta de cogeneracioacuten claacutesica
Esta modalidad de cogeneracioacuten tiene maacutes aplicaciones
bull Aplicaciones de secado Especialmente en industria ceraacutemica que utilizada atomizadores Son plantas muy simples y econoacutemicas ya que los gases calientes generados por una turbina o un motor se utilizan directamente en el proceso de secado
bull Aplicaciones en la industria textil bull Calefaccioacuten y refrigeracioacuten bull Aplicaciones para industrias medioambientales como plantas
depuradoras de tipo bioloacutegico o de concentracioacuten de residuos o de secado de fangos etc al demandar calor son potencialmente cogeneradoras En estas aplicaciones puede ser un factor importante para la reduccioacuten del coste de tratamiento de os residuos
Motor alternativo En los sistemas basados en motores alternativos el elemento motriz es un motor de explosioacuten El calor recuperable se encuentra en forma de gases calientes y agua caliente ( Circuito Refrigeracioacuten )
Tipo Ventajas Desventajas Amplia gama de aplicaciones Muy fiable Elevada temperatura de la energiacutea teacutermica
Limitacioacuten en los combustibles
Turbina de gas
Rango desde 05 a 100 MW
Tiempo de vida relativamente corto
Gases con alto contenido en oxiacutegeno Rendimiento global muy alto Extremadamente segura
Baja relacioacuten electricidadcalor
Posibilidad de emplear todo tipo de combustibles Larga vida de servicio
No permite alcanzar altas potencias eleacutectricas
Amplia gama de potencias
Turbina de vapor
Coste elevado Pues en marcha lenta
Elevada relacioacuten electricidadcalor Alto rendimiento eleacutectrico Bajo coste
Alto coste de mantenimiento
Tiempo de vida largo
Motor alternativo
Capacidad de adaptacioacuten a variaciones de la demanda
Energiacutea teacutermica muy distribuida y a baja temperatura
- Cogeneracioacuten
-
Figura 8 Esquema Central Ciclo Combinado
En la figura se observa que el gas que fue utilizado para hacer girar la turbina a gas sale a una alta temperatura de la caacutemara de combustioacuten por lo que es posible reutilizarlo para calentar el agua y transformarla en vapor el cual se puede utilizar para hacer girar la segunda turbina que es a vapor La eficiencia de estas centrales es cercana al 55 lo que explica porque es tan utilizada en generacioacuten teacutermica El nuacutemero de turbinas a gas por turbina de vapor en las centrales de ciclo combinado puede variar desde uno a cuatro ademaacutes de esto puede tener otras variantes como que la turbina de gas y de vapor tengan un solo eje solidario o que por el contrario cada una tenga su propio eje Una de las grandes ventajas de este tipo de centrales es que permiten ser construidas por parte ya que la turbina a gas puede funcionar por siacute sola con lo que al momento de construir estas centrales puede construirse la turbina a gas empezar a operar y luego completar la construccioacuten de la central de ciclo combinado agregaacutendole la turbina a vapor
Para hacer una correcta evaluacioacuten de una central teacutermica es necesario tener una buena estimacioacuten de los costos tanto en la etapa de construccioacuten como en la etapa de operacioacuten En cuanto a los costos de construccioacuten se debe tener en cuenta el precio de las turbinas y equipos necesarios para el buen funcionamiento de la central incluyendo el terreno liacuteneas eleacutectricas transformadores etc En los costos de operacioacuten el costo maacutes relevante es el del combustible pero tambieacuten existen costos fijos costos de personal costos de partida y de parada costos de cambio entre estados o de setup En relacioacuten al costo del
combustible hay que tener en cuenta la eficiencia de la central y queacute combustible se estaacute utilizando ya que en general las centrales teacutermicas pueden utilizar dos o maacutes tipos de combustibles distintos
Flexibilidad en centrales teacutermicas
- Las pequentildeas turbinas de gas (1-15 MW) compiten de forma efectiva con las grandes (de hasta 60 MW) Por lo tanto las centrales multi-unidad ofrecen una flexibilidad que resulta ventajosa cuando los clientes tienen necesidades diversas de potencia - La licencia para construir una central puede ser vista como una opcioacuten call sobre el valor de la central - Puede existir la opcioacuten para posponer la construccioacuten - Los flujos de caja de la central dependen de la diferencia entre el precio de la electricidad y el precio del combustible por lo que estaacute la opcioacuten de producir o no producir electricidad dependiendo de los distintos precios que se presenten Este punto se aplica principalmente a las centrales que operan en ldquopuntardquo ya que son las que corren riesgo de perder dinero en ese caso En caso de no generar se debe comprar a precio spot a otra central para cumplir con sus contratos - Existe la opcioacuten de utilizar distintos combustible En nuestro caso se puede elegir entre dieselGN y carboacutenGN - Estaacute la opcioacuten de abandonar la central
Las turbinas son maacutequinas rotativas En forma global se clasifican en tres grandes familias
bull Las turbinas hidraacuteulicas son las maacutes antiguas Usan agua como fluido de trabajo Sus antepasados directos son los molinos de agua Hoy existen varios modelos baacutesicos Pelton Francis y Kaplan (o heacutelice de paso variable) A estos modelos baacutesicos se debe agregar la Mitchell-Banki que es muy utilizada en instalaciones de microhidraacuteulica La tiacutepica turbina hidraacuteulica se usa en centrales de generacioacuten eleacutectrica sea centrales de pasada o centrales de embalse
bull Las turbinas a vapor en este caso el fluido de trabajo es vapor de agua (tiacutepicamente) Aunque tambieacuten hay instancias en que se han
fabricado usando otro vapor de trabajo (Mercurio Propano u otro) Las tiacutepicas turbinas de vapor se dividen en de accioacuten y de reaccioacuten La turbina a vapor tiacutepicamente se usan en centrales teacutermicas de generacioacuten eleacutectrica Estos son sistemas de combustioacuten externa (el calor se usa para calentar el fluido de trabajo en forma indirecta en caldera)
bull Las turbinas a gas Son las maacutes recientes Si bien hay intentos de fabricarlas a inicios de este siglo el primer ensayo exitoso es solo de 1937 Difieren de las anteriores en el sentido de que se realiza combustioacuten dentro de la maacutequina Por lo tanto el fluido de trabajo son gases de combustioacuten (de alliacute su nombre)
Si bien la turbina a gas es un motor de combustioacuten interna y su ciclo tiene puntos en comuacuten con los ciclos Otto o Diesel tiene una diferencia fundamental Se trata (igual que todas las turbinas) de maacutequina de funcionamiento continuo Es decir en reacutegimen permanente cada elemento de ella estaacute en condicioacuten estable
ANTECEDENTES BAacuteSICOS SOBRE EL FUNCIONAMIENTO
Ciclo Utilizado
El ciclo de la turbina a gas es el ciclo Joule o Brayton Este se ilustra en la figura T1 en un diagrama p-V y uno T-S En la figura T2 se ilustra el ciclo en diagrama de bloques Consta de las siguientes evoluciones
bull En 1 se toma aire ambiente Este se comprime hasta 2 seguacuten una adiabaacutetica (idealmente sin roce normalmente una politroacutepica con roce)
o Luego el aire comprimido se introduce a una caacutemara de combustioacuten Alliacute se le agrega una cierta cantidad de combustible y este se quema Al producirse la combustioacuten se realiza la evolucioacuten 2-3 Tiacutepicamente esta es isobaacuterica (o casi isobaacuterica pues se pierde un poco de presioacuten por roce) Como a la caacutemara de combustioacuten entra tanto fluido como el que sale la presioacuten casi no variacutea La temperatura T3 es una temperatura criacutetica pues corresponde a la mayor temperatura en el ciclo Ademaacutes tambieacuten es la mayor presioacuten Por lo tanto los elementos sometidos a T3 seraacuten los maacutes solicitados
bull A continuacioacuten viene la expansioacuten de los gases hasta la presioacuten ambiente Esta expansioacuten la debemos dividir en dos fases En la primera (de 3 a 3) el trabajo de expansioacuten se recupera en una turbina que sirve para accionar el compresor En la segunda fase (de 3 a 4) existen dos opciones
o Si entre 3 y 4 se instala una turbina el trabajo de expansioacuten se convierte en trabajo mecaacutenico Se trata de un turbopropulsor o lo que comuacutenmente se llama turbina a gas
o Si entre 3 y 4 se sigue con la expansioacuten de los gases en una tobera el trabajo de expansioacuten se convierte en energiacutea cineacutetica en los gases Esta energiacutea cineacutetica sirve para impulsar el motor Se trata de un turboreactor o lo que comuacutenmente se llama un motor a reaccioacuten
bull Finalmente los gases de combustioacuten se evacuacutean a la atmoacutesfera en 4 La evolucioacuten 4-1 es virtual y corresponde al enfriamiento de los gases hasta la temperatura ambiente
Si bien este ciclo se realiza normalmente como ciclo abierto tambieacuten es posible realizarlo como ciclo cerrado Es decir tener un fluido de trabajo que siga las evoluciones del ciclo Entre 2 y 3 se le aporta calor externo y entre 4 y 1 se le extrae Tambieacuten es posible realizarlo sin combustioacuten interna haciendo un aporte de calor entre 2 y 3 Esto se ha hecho en algunos motores solares en que se opera seguacuten un ciclo Brayton
Diagrama de Bloques
A continuacioacuten veremos como se visualiza el ciclo de Joule en un diagrama de bloques Las componentes principales de la maacutequina son
bull Un turbocompresor que toma el aire ambiente (a p1 y T1) y lo comprime hasta p2 (evolucioacuten 1 - 2) Este proceso se puede suponer adiabaacutetico Idealmente es sin roce pero en general es politroacutepica con roce
bull Luego el aire comprimido a p2 pasa a la caacutemara de combustioacuten Alliacute se le agrega una cierta cantidad de combustible el que se quema Al quemarse la mezcla la temperatura de los gases sube hasta T3 La combustioacuten es praacutecticamente isobaacuterica (evolucioacuten 2 - 3)
bull A continuacioacuten los gases calientes y a alta
Alternativa 1 Turbopropulsor presioacuten se expanden en la turbina T1 Esta turbina acciona el turbocompresor por medio de un eje La expansioacuten en la turbina es hasta las condiciones 3 Idealmente es expansioacuten adiabaacutetica sin roce pero en general es politroacutepica con roce (evolucioacuten 3 - 3)
bull Luego los gases de escape se siguen expandiendo a traveacutes de una segunda turbina de potencia hasta alcanzar la presioacuten ambiente (p4 evolucioacuten 3 - 4)Esta turbina de potencia entrega trabajo al exterior Tiacutepicamente el trabajo se usa para accionar un generador o bien otro mecanismo (heacutelice en el caso de aviones con turbopropulsor o aspas en un helicoacuteptero)
Alternativa 2 Turboreactor
Este caso es similar al anterior hasta el punto 3 La diferencia estriba en que de alliacute en adelante la segunda turbina es reemplazada por una tobera El potencial de presioacuten de los gases de escape en 3 es convertido en energiacutea cineacutetica Los gases salen a C4
Es decir el trabajo de expansioacuten se convierte en energiacutea cineacutetica y los gases salen del motor a gran velocidad produciendo un empuje por efecto del principio de accioacuten y reaccioacuten
El caso se ilustra en la figura de al lado la que representa un turboreactor de flujo simple Esto quiere decir que todoel aire pasa por la caacutemara de combustioacuten y turbina
Cogeneracioacuten
Los sistemas de cogeneracioacuten son sistemas de produccioacuten conjunta de electricidad (o energiacutea mecaacutenica) y de energiacutea teacutermica uacutetil (calor) partiendo de un uacutenico combustible El gas natural es la energiacutea primaria maacutes utilizada para el funcionamiento de las centrales de cogeneracioacuten de electricidad calor las cuales funcionan con turbinas o motores de gas No obstante tambieacuten se pueden utilizar fuentes de energiacutea renovables y residuos como biomasa o residuos que se incineran
En un proceso de cogeneracioacuten el calor se presenta en forma de vapor de agua a alta presioacuten o en forma de agua caliente Por ejemplo se puede utilizar el vapor caliente que sale de una turbina de produccioacuten de energiacutea eleacutectrica
para suministrar energiacutea para otros usos Hasta hace poco lo usual era dejar que el vapor se enfriara pero con esta teacutecnica con el calor que le queda al vapor se calienta agua para distintos usos
El aprovechamiento del calor residual los sistemas de cogeneracioacuten presentan rendimientos globales del orden del 85 lo que implica que el aprovechamiento simultaacuteneo de electricidad y calor favorezca la obtencioacuten de elevados iacutendices de ahorro energeacutetico asiacute como una disminucioacuten importante de la factura energeacutetica sin alterar el proceso productivo ahorro energeacutetico que se incrementa notablemente si se utilizan energiacuteas residuales
En una central eleacutectrica tradicional los humos salen directamente por la chimenea mientras que en una planta de cogeneracioacuten los gases de escape se enfriacutean transmitiendo su energiacutea a un circuito de agua calientevapor Una vez enfriados los gases de escape pasan a la chimenea
Las centrales de cogeneracioacuten de electricidad-calor pueden alcanzar un rendimiento energeacutetico del orden del 90 El procedimiento es maacutes ecoloacutegico ya que durante la combustioacuten el gas natural libera menos dioacutexido de carbono (CO2) y oacutexido de nitroacutegeno (NOX) que el petroacuteleo o el carboacuten El desarrollo de la cogeneracioacuten podriacutea evitar la emisioacuten de 127 millones de toneladas de CO2 en la UE en 2010 et de 258 millones de toneladas en 2020 ayudando a cumplir los objetivos fijados en el Protocolo de Kioto
La produccioacuten de electricidad por cogeneracioacuten representoacute en la UE en 1998 el 11 del total Si se lograra aumentar hasta un 18 el ahorro de energiacutea podriacutea llegar a ser del 3-4 del consumo bruto total de la UE Ademaacutes son cada vez maacutes numerosas las aplicaciones que se le estaacute dando a esta teacutecnica tanto en usos industriales como en hospitales hoteles etc
bull VENTAJAS o Ahorra energiacutea y mejora la seguridad del abastecimiento o Disminuye las peacuterdidas de la red eleacutectrica especialmente porque
las centrales de cogeneracioacuten se suelen situar proacuteximas a los lugares de consumo
o Aumenta la competencia entre los productores o Permite crear nuevas empresas
o Se adapta bien a las zonas aisladas o ultraperifeacutericas
bull SISTEMAS DE COGENERACIOacuteN
Plantas con motores alternativos Utilizan gas gasoacuteleo o fuel-oil como combustible Son muy eficientes eleacutectricamente pero son poco eficientes teacutermicamente El sistema de recuperacioacuten teacutermica se disentildea en funcioacuten de los requisitos de la industria y en general se basan en la produccioacuten de vapor a baja presioacuten (hasta 10 bares) aceite teacutermico y en el aprovechamiento del circuito de alta temperatura del agua de refrigeracioacuten del motor Son tambieacuten adecuadas la produccioacuten de friacuteo por absorcioacuten bien a traveacutes del vapor generado con los gases en maacutequinas de doble efecto o utilizando directamente el calor del agua de refrigeracioacuten en maacutequinas de simple efecto Plantas con turbinas de vapor En estos sistemas la energiacutea mecaacutenica se produce por la expansioacuten del vapor de alta presioacuten procedente de una caldera convencional
El uso de esta turbina fue el primero en cogeneracioacuten Actualmente su aplicacioacuten ha quedado praacutecticamente limitada como complemento para ciclos combinados o en instalaciones que utilizan combustibles residuales como biomasa o residuos que se incineran
La aplicacioacuten conjunta de una turbina de gas y una turbina de vapor es lo que se denomina Ciclo Combinado Plantas con turbinas de gas En los sistemas con turbina de gas se quema combustible en un turbogenerador cediendo parte de su energiacutea para producir energiacutea mecaacutenica Su rendimiento de conversioacuten es inferior al de los motores alternativos pero presentan la ventaja de que permiten una recuperacioacuten faacutecil del calor que se encuentra concentrado en su praacutectica totalidad en sus gases de escape que estaacute a una temperatura de unos 500ordmC idoacutenea para producir vapor en un generador de recuperacioacuten
Se diferencian 2 tipos de ciclos (1) simple cuando el vapor se produce a la presioacuten de utilizacioacuten del usuario y (2) combinado cuando el vapor se produce a alta presioacuten y temperatura para su expansioacuten previa en una turbina de vapor
bull Ciclo simple
Es la planta claacutesica de cogeneracioacuten y su aplicacioacuten es adecuada cuando los requisitos de vapor son importantes (gt10 th) situacioacuten que se encuentra faacutecilmente en numerosas industrias (alimentacioacuten quiacutemica papelera) Son plantas de gran fiabilidad y
econoacutemicamente rentables cuando estaacuten disentildeadas para una aplicacioacuten determinada
El disentildeo del sistema de recuperacioacuten de calor es fundamental pues su economiacutea estaacute directamente ligada al mismo ya que a diferencia de las plantas con motores alternativos el precio del calor recuperado es esencial en un ciclo simple de turbina de gas
bull Ciclo combinado
Un ciclo combinado ayuda a absorber una parte del vapor generado en el ciclo simple y permite por ello mejorar la recuperacioacuten teacutermica o instalar una turbina de gas de mayor tamantildeo cuya recuperacioacuten teacutermica no estariacutea aprovechada si no se utilizara el vapor en una segunda turbina de contrapresioacuten
En un ciclo combinado el proceso de vapor es esencial para lograr la eficiencia del mismo La seleccioacuten de la presioacuten y la temperatura del vapor vivo se hace en funcioacuten de las turbinas de gas y vapor seleccionadas seleccioacuten que debe realizarse con criterios de eficiencia y economiacutea Por ello se requiere la existencia de experiencias previas e imaginacioacuten responsable para crear procesos adaptados a un centro de consumo que al mismo tiempo dispongan de gran flexibilidad que posibilite su trabajo eficiente en situaciones alejadas del punto de disentildeo
Una variante del ciclo combinado es el ciclo combinado a condensacioacuten
bull Ciclo combinado a condensacioacuten
Variante del ciclo combinado de contrapresioacuten claacutesico se basa en procesos estrictamente cogenerativos Se basa en una gran capacidad de regulacioacuten ante demandas de vapor muy variables
El proceso claacutesico de regulacioacuten de una planta de cogeneracioacuten consiste en evacuar gases a traveacutes del by-pass cuando la demanda de vapor es menor a la produccioacuten y utilizar la post-combustioacuten cuando sucede lo contrario
Bajando sensiblemente su potencia no se consigue su adaptacioacuten a la demanda de vapor debido a una importante bajada en el rendimiento de recuperacioacuten ya que los gases de escapa mantienen praacutecticamente su caudal y bajan ostensiblemente su temperatura Por ellos las peacuterdidas de calor se mantienen praacutecticamente constantes y la planta deja de cumplir los requisitos de rendimiento
Por contra un ciclo de contrapresioacuten y condensacioacuten permite aprovechar la totalidad del vapor generado regulando mediante la
condensacioacuten del vapor que no puede usarse en el proceso produciendo una cantidad adicional de electricidad
Trigeneracioacuten Se basa en la produccioacuten conjunta de calor electricidad y friacuteo
Una planta de trigeneracioacuten es similar a una de cogeneracioacuten a la que se le ha antildeadido un sistema de absorcioacuten para la produccioacuten de friacuteo No obstante existen una serie de diferencias
La trigeneracioacuten permite a la cogeneracioacuten que inicialmente no era posible en centros que no consumieran calor acceder a centros que precisen friacuteo que se produzca con electricidad Facilita a la industria del sector alimentario ser cogeneradores potenciales Asimismo permite la utilizacioacuten de cogeneracioacuten en el sector terciario (hoteles hospitales etc) donde ademaacutes de calor se requiere friacuteo para climatizacioacuten y que debido a la estacionalidad de estos consumos (calor en invierno friacuteo en verano) impediacutea la normal operacioacuten de una planta de cogeneracioacuten claacutesica
Esta modalidad de cogeneracioacuten tiene maacutes aplicaciones
bull Aplicaciones de secado Especialmente en industria ceraacutemica que utilizada atomizadores Son plantas muy simples y econoacutemicas ya que los gases calientes generados por una turbina o un motor se utilizan directamente en el proceso de secado
bull Aplicaciones en la industria textil bull Calefaccioacuten y refrigeracioacuten bull Aplicaciones para industrias medioambientales como plantas
depuradoras de tipo bioloacutegico o de concentracioacuten de residuos o de secado de fangos etc al demandar calor son potencialmente cogeneradoras En estas aplicaciones puede ser un factor importante para la reduccioacuten del coste de tratamiento de os residuos
Motor alternativo En los sistemas basados en motores alternativos el elemento motriz es un motor de explosioacuten El calor recuperable se encuentra en forma de gases calientes y agua caliente ( Circuito Refrigeracioacuten )
Tipo Ventajas Desventajas Amplia gama de aplicaciones Muy fiable Elevada temperatura de la energiacutea teacutermica
Limitacioacuten en los combustibles
Turbina de gas
Rango desde 05 a 100 MW
Tiempo de vida relativamente corto
Gases con alto contenido en oxiacutegeno Rendimiento global muy alto Extremadamente segura
Baja relacioacuten electricidadcalor
Posibilidad de emplear todo tipo de combustibles Larga vida de servicio
No permite alcanzar altas potencias eleacutectricas
Amplia gama de potencias
Turbina de vapor
Coste elevado Pues en marcha lenta
Elevada relacioacuten electricidadcalor Alto rendimiento eleacutectrico Bajo coste
Alto coste de mantenimiento
Tiempo de vida largo
Motor alternativo
Capacidad de adaptacioacuten a variaciones de la demanda
Energiacutea teacutermica muy distribuida y a baja temperatura
- Cogeneracioacuten
-
combustible hay que tener en cuenta la eficiencia de la central y queacute combustible se estaacute utilizando ya que en general las centrales teacutermicas pueden utilizar dos o maacutes tipos de combustibles distintos
Flexibilidad en centrales teacutermicas
- Las pequentildeas turbinas de gas (1-15 MW) compiten de forma efectiva con las grandes (de hasta 60 MW) Por lo tanto las centrales multi-unidad ofrecen una flexibilidad que resulta ventajosa cuando los clientes tienen necesidades diversas de potencia - La licencia para construir una central puede ser vista como una opcioacuten call sobre el valor de la central - Puede existir la opcioacuten para posponer la construccioacuten - Los flujos de caja de la central dependen de la diferencia entre el precio de la electricidad y el precio del combustible por lo que estaacute la opcioacuten de producir o no producir electricidad dependiendo de los distintos precios que se presenten Este punto se aplica principalmente a las centrales que operan en ldquopuntardquo ya que son las que corren riesgo de perder dinero en ese caso En caso de no generar se debe comprar a precio spot a otra central para cumplir con sus contratos - Existe la opcioacuten de utilizar distintos combustible En nuestro caso se puede elegir entre dieselGN y carboacutenGN - Estaacute la opcioacuten de abandonar la central
Las turbinas son maacutequinas rotativas En forma global se clasifican en tres grandes familias
bull Las turbinas hidraacuteulicas son las maacutes antiguas Usan agua como fluido de trabajo Sus antepasados directos son los molinos de agua Hoy existen varios modelos baacutesicos Pelton Francis y Kaplan (o heacutelice de paso variable) A estos modelos baacutesicos se debe agregar la Mitchell-Banki que es muy utilizada en instalaciones de microhidraacuteulica La tiacutepica turbina hidraacuteulica se usa en centrales de generacioacuten eleacutectrica sea centrales de pasada o centrales de embalse
bull Las turbinas a vapor en este caso el fluido de trabajo es vapor de agua (tiacutepicamente) Aunque tambieacuten hay instancias en que se han
fabricado usando otro vapor de trabajo (Mercurio Propano u otro) Las tiacutepicas turbinas de vapor se dividen en de accioacuten y de reaccioacuten La turbina a vapor tiacutepicamente se usan en centrales teacutermicas de generacioacuten eleacutectrica Estos son sistemas de combustioacuten externa (el calor se usa para calentar el fluido de trabajo en forma indirecta en caldera)
bull Las turbinas a gas Son las maacutes recientes Si bien hay intentos de fabricarlas a inicios de este siglo el primer ensayo exitoso es solo de 1937 Difieren de las anteriores en el sentido de que se realiza combustioacuten dentro de la maacutequina Por lo tanto el fluido de trabajo son gases de combustioacuten (de alliacute su nombre)
Si bien la turbina a gas es un motor de combustioacuten interna y su ciclo tiene puntos en comuacuten con los ciclos Otto o Diesel tiene una diferencia fundamental Se trata (igual que todas las turbinas) de maacutequina de funcionamiento continuo Es decir en reacutegimen permanente cada elemento de ella estaacute en condicioacuten estable
ANTECEDENTES BAacuteSICOS SOBRE EL FUNCIONAMIENTO
Ciclo Utilizado
El ciclo de la turbina a gas es el ciclo Joule o Brayton Este se ilustra en la figura T1 en un diagrama p-V y uno T-S En la figura T2 se ilustra el ciclo en diagrama de bloques Consta de las siguientes evoluciones
bull En 1 se toma aire ambiente Este se comprime hasta 2 seguacuten una adiabaacutetica (idealmente sin roce normalmente una politroacutepica con roce)
o Luego el aire comprimido se introduce a una caacutemara de combustioacuten Alliacute se le agrega una cierta cantidad de combustible y este se quema Al producirse la combustioacuten se realiza la evolucioacuten 2-3 Tiacutepicamente esta es isobaacuterica (o casi isobaacuterica pues se pierde un poco de presioacuten por roce) Como a la caacutemara de combustioacuten entra tanto fluido como el que sale la presioacuten casi no variacutea La temperatura T3 es una temperatura criacutetica pues corresponde a la mayor temperatura en el ciclo Ademaacutes tambieacuten es la mayor presioacuten Por lo tanto los elementos sometidos a T3 seraacuten los maacutes solicitados
bull A continuacioacuten viene la expansioacuten de los gases hasta la presioacuten ambiente Esta expansioacuten la debemos dividir en dos fases En la primera (de 3 a 3) el trabajo de expansioacuten se recupera en una turbina que sirve para accionar el compresor En la segunda fase (de 3 a 4) existen dos opciones
o Si entre 3 y 4 se instala una turbina el trabajo de expansioacuten se convierte en trabajo mecaacutenico Se trata de un turbopropulsor o lo que comuacutenmente se llama turbina a gas
o Si entre 3 y 4 se sigue con la expansioacuten de los gases en una tobera el trabajo de expansioacuten se convierte en energiacutea cineacutetica en los gases Esta energiacutea cineacutetica sirve para impulsar el motor Se trata de un turboreactor o lo que comuacutenmente se llama un motor a reaccioacuten
bull Finalmente los gases de combustioacuten se evacuacutean a la atmoacutesfera en 4 La evolucioacuten 4-1 es virtual y corresponde al enfriamiento de los gases hasta la temperatura ambiente
Si bien este ciclo se realiza normalmente como ciclo abierto tambieacuten es posible realizarlo como ciclo cerrado Es decir tener un fluido de trabajo que siga las evoluciones del ciclo Entre 2 y 3 se le aporta calor externo y entre 4 y 1 se le extrae Tambieacuten es posible realizarlo sin combustioacuten interna haciendo un aporte de calor entre 2 y 3 Esto se ha hecho en algunos motores solares en que se opera seguacuten un ciclo Brayton
Diagrama de Bloques
A continuacioacuten veremos como se visualiza el ciclo de Joule en un diagrama de bloques Las componentes principales de la maacutequina son
bull Un turbocompresor que toma el aire ambiente (a p1 y T1) y lo comprime hasta p2 (evolucioacuten 1 - 2) Este proceso se puede suponer adiabaacutetico Idealmente es sin roce pero en general es politroacutepica con roce
bull Luego el aire comprimido a p2 pasa a la caacutemara de combustioacuten Alliacute se le agrega una cierta cantidad de combustible el que se quema Al quemarse la mezcla la temperatura de los gases sube hasta T3 La combustioacuten es praacutecticamente isobaacuterica (evolucioacuten 2 - 3)
bull A continuacioacuten los gases calientes y a alta
Alternativa 1 Turbopropulsor presioacuten se expanden en la turbina T1 Esta turbina acciona el turbocompresor por medio de un eje La expansioacuten en la turbina es hasta las condiciones 3 Idealmente es expansioacuten adiabaacutetica sin roce pero en general es politroacutepica con roce (evolucioacuten 3 - 3)
bull Luego los gases de escape se siguen expandiendo a traveacutes de una segunda turbina de potencia hasta alcanzar la presioacuten ambiente (p4 evolucioacuten 3 - 4)Esta turbina de potencia entrega trabajo al exterior Tiacutepicamente el trabajo se usa para accionar un generador o bien otro mecanismo (heacutelice en el caso de aviones con turbopropulsor o aspas en un helicoacuteptero)
Alternativa 2 Turboreactor
Este caso es similar al anterior hasta el punto 3 La diferencia estriba en que de alliacute en adelante la segunda turbina es reemplazada por una tobera El potencial de presioacuten de los gases de escape en 3 es convertido en energiacutea cineacutetica Los gases salen a C4
Es decir el trabajo de expansioacuten se convierte en energiacutea cineacutetica y los gases salen del motor a gran velocidad produciendo un empuje por efecto del principio de accioacuten y reaccioacuten
El caso se ilustra en la figura de al lado la que representa un turboreactor de flujo simple Esto quiere decir que todoel aire pasa por la caacutemara de combustioacuten y turbina
Cogeneracioacuten
Los sistemas de cogeneracioacuten son sistemas de produccioacuten conjunta de electricidad (o energiacutea mecaacutenica) y de energiacutea teacutermica uacutetil (calor) partiendo de un uacutenico combustible El gas natural es la energiacutea primaria maacutes utilizada para el funcionamiento de las centrales de cogeneracioacuten de electricidad calor las cuales funcionan con turbinas o motores de gas No obstante tambieacuten se pueden utilizar fuentes de energiacutea renovables y residuos como biomasa o residuos que se incineran
En un proceso de cogeneracioacuten el calor se presenta en forma de vapor de agua a alta presioacuten o en forma de agua caliente Por ejemplo se puede utilizar el vapor caliente que sale de una turbina de produccioacuten de energiacutea eleacutectrica
para suministrar energiacutea para otros usos Hasta hace poco lo usual era dejar que el vapor se enfriara pero con esta teacutecnica con el calor que le queda al vapor se calienta agua para distintos usos
El aprovechamiento del calor residual los sistemas de cogeneracioacuten presentan rendimientos globales del orden del 85 lo que implica que el aprovechamiento simultaacuteneo de electricidad y calor favorezca la obtencioacuten de elevados iacutendices de ahorro energeacutetico asiacute como una disminucioacuten importante de la factura energeacutetica sin alterar el proceso productivo ahorro energeacutetico que se incrementa notablemente si se utilizan energiacuteas residuales
En una central eleacutectrica tradicional los humos salen directamente por la chimenea mientras que en una planta de cogeneracioacuten los gases de escape se enfriacutean transmitiendo su energiacutea a un circuito de agua calientevapor Una vez enfriados los gases de escape pasan a la chimenea
Las centrales de cogeneracioacuten de electricidad-calor pueden alcanzar un rendimiento energeacutetico del orden del 90 El procedimiento es maacutes ecoloacutegico ya que durante la combustioacuten el gas natural libera menos dioacutexido de carbono (CO2) y oacutexido de nitroacutegeno (NOX) que el petroacuteleo o el carboacuten El desarrollo de la cogeneracioacuten podriacutea evitar la emisioacuten de 127 millones de toneladas de CO2 en la UE en 2010 et de 258 millones de toneladas en 2020 ayudando a cumplir los objetivos fijados en el Protocolo de Kioto
La produccioacuten de electricidad por cogeneracioacuten representoacute en la UE en 1998 el 11 del total Si se lograra aumentar hasta un 18 el ahorro de energiacutea podriacutea llegar a ser del 3-4 del consumo bruto total de la UE Ademaacutes son cada vez maacutes numerosas las aplicaciones que se le estaacute dando a esta teacutecnica tanto en usos industriales como en hospitales hoteles etc
bull VENTAJAS o Ahorra energiacutea y mejora la seguridad del abastecimiento o Disminuye las peacuterdidas de la red eleacutectrica especialmente porque
las centrales de cogeneracioacuten se suelen situar proacuteximas a los lugares de consumo
o Aumenta la competencia entre los productores o Permite crear nuevas empresas
o Se adapta bien a las zonas aisladas o ultraperifeacutericas
bull SISTEMAS DE COGENERACIOacuteN
Plantas con motores alternativos Utilizan gas gasoacuteleo o fuel-oil como combustible Son muy eficientes eleacutectricamente pero son poco eficientes teacutermicamente El sistema de recuperacioacuten teacutermica se disentildea en funcioacuten de los requisitos de la industria y en general se basan en la produccioacuten de vapor a baja presioacuten (hasta 10 bares) aceite teacutermico y en el aprovechamiento del circuito de alta temperatura del agua de refrigeracioacuten del motor Son tambieacuten adecuadas la produccioacuten de friacuteo por absorcioacuten bien a traveacutes del vapor generado con los gases en maacutequinas de doble efecto o utilizando directamente el calor del agua de refrigeracioacuten en maacutequinas de simple efecto Plantas con turbinas de vapor En estos sistemas la energiacutea mecaacutenica se produce por la expansioacuten del vapor de alta presioacuten procedente de una caldera convencional
El uso de esta turbina fue el primero en cogeneracioacuten Actualmente su aplicacioacuten ha quedado praacutecticamente limitada como complemento para ciclos combinados o en instalaciones que utilizan combustibles residuales como biomasa o residuos que se incineran
La aplicacioacuten conjunta de una turbina de gas y una turbina de vapor es lo que se denomina Ciclo Combinado Plantas con turbinas de gas En los sistemas con turbina de gas se quema combustible en un turbogenerador cediendo parte de su energiacutea para producir energiacutea mecaacutenica Su rendimiento de conversioacuten es inferior al de los motores alternativos pero presentan la ventaja de que permiten una recuperacioacuten faacutecil del calor que se encuentra concentrado en su praacutectica totalidad en sus gases de escape que estaacute a una temperatura de unos 500ordmC idoacutenea para producir vapor en un generador de recuperacioacuten
Se diferencian 2 tipos de ciclos (1) simple cuando el vapor se produce a la presioacuten de utilizacioacuten del usuario y (2) combinado cuando el vapor se produce a alta presioacuten y temperatura para su expansioacuten previa en una turbina de vapor
bull Ciclo simple
Es la planta claacutesica de cogeneracioacuten y su aplicacioacuten es adecuada cuando los requisitos de vapor son importantes (gt10 th) situacioacuten que se encuentra faacutecilmente en numerosas industrias (alimentacioacuten quiacutemica papelera) Son plantas de gran fiabilidad y
econoacutemicamente rentables cuando estaacuten disentildeadas para una aplicacioacuten determinada
El disentildeo del sistema de recuperacioacuten de calor es fundamental pues su economiacutea estaacute directamente ligada al mismo ya que a diferencia de las plantas con motores alternativos el precio del calor recuperado es esencial en un ciclo simple de turbina de gas
bull Ciclo combinado
Un ciclo combinado ayuda a absorber una parte del vapor generado en el ciclo simple y permite por ello mejorar la recuperacioacuten teacutermica o instalar una turbina de gas de mayor tamantildeo cuya recuperacioacuten teacutermica no estariacutea aprovechada si no se utilizara el vapor en una segunda turbina de contrapresioacuten
En un ciclo combinado el proceso de vapor es esencial para lograr la eficiencia del mismo La seleccioacuten de la presioacuten y la temperatura del vapor vivo se hace en funcioacuten de las turbinas de gas y vapor seleccionadas seleccioacuten que debe realizarse con criterios de eficiencia y economiacutea Por ello se requiere la existencia de experiencias previas e imaginacioacuten responsable para crear procesos adaptados a un centro de consumo que al mismo tiempo dispongan de gran flexibilidad que posibilite su trabajo eficiente en situaciones alejadas del punto de disentildeo
Una variante del ciclo combinado es el ciclo combinado a condensacioacuten
bull Ciclo combinado a condensacioacuten
Variante del ciclo combinado de contrapresioacuten claacutesico se basa en procesos estrictamente cogenerativos Se basa en una gran capacidad de regulacioacuten ante demandas de vapor muy variables
El proceso claacutesico de regulacioacuten de una planta de cogeneracioacuten consiste en evacuar gases a traveacutes del by-pass cuando la demanda de vapor es menor a la produccioacuten y utilizar la post-combustioacuten cuando sucede lo contrario
Bajando sensiblemente su potencia no se consigue su adaptacioacuten a la demanda de vapor debido a una importante bajada en el rendimiento de recuperacioacuten ya que los gases de escapa mantienen praacutecticamente su caudal y bajan ostensiblemente su temperatura Por ellos las peacuterdidas de calor se mantienen praacutecticamente constantes y la planta deja de cumplir los requisitos de rendimiento
Por contra un ciclo de contrapresioacuten y condensacioacuten permite aprovechar la totalidad del vapor generado regulando mediante la
condensacioacuten del vapor que no puede usarse en el proceso produciendo una cantidad adicional de electricidad
Trigeneracioacuten Se basa en la produccioacuten conjunta de calor electricidad y friacuteo
Una planta de trigeneracioacuten es similar a una de cogeneracioacuten a la que se le ha antildeadido un sistema de absorcioacuten para la produccioacuten de friacuteo No obstante existen una serie de diferencias
La trigeneracioacuten permite a la cogeneracioacuten que inicialmente no era posible en centros que no consumieran calor acceder a centros que precisen friacuteo que se produzca con electricidad Facilita a la industria del sector alimentario ser cogeneradores potenciales Asimismo permite la utilizacioacuten de cogeneracioacuten en el sector terciario (hoteles hospitales etc) donde ademaacutes de calor se requiere friacuteo para climatizacioacuten y que debido a la estacionalidad de estos consumos (calor en invierno friacuteo en verano) impediacutea la normal operacioacuten de una planta de cogeneracioacuten claacutesica
Esta modalidad de cogeneracioacuten tiene maacutes aplicaciones
bull Aplicaciones de secado Especialmente en industria ceraacutemica que utilizada atomizadores Son plantas muy simples y econoacutemicas ya que los gases calientes generados por una turbina o un motor se utilizan directamente en el proceso de secado
bull Aplicaciones en la industria textil bull Calefaccioacuten y refrigeracioacuten bull Aplicaciones para industrias medioambientales como plantas
depuradoras de tipo bioloacutegico o de concentracioacuten de residuos o de secado de fangos etc al demandar calor son potencialmente cogeneradoras En estas aplicaciones puede ser un factor importante para la reduccioacuten del coste de tratamiento de os residuos
Motor alternativo En los sistemas basados en motores alternativos el elemento motriz es un motor de explosioacuten El calor recuperable se encuentra en forma de gases calientes y agua caliente ( Circuito Refrigeracioacuten )
Tipo Ventajas Desventajas Amplia gama de aplicaciones Muy fiable Elevada temperatura de la energiacutea teacutermica
Limitacioacuten en los combustibles
Turbina de gas
Rango desde 05 a 100 MW
Tiempo de vida relativamente corto
Gases con alto contenido en oxiacutegeno Rendimiento global muy alto Extremadamente segura
Baja relacioacuten electricidadcalor
Posibilidad de emplear todo tipo de combustibles Larga vida de servicio
No permite alcanzar altas potencias eleacutectricas
Amplia gama de potencias
Turbina de vapor
Coste elevado Pues en marcha lenta
Elevada relacioacuten electricidadcalor Alto rendimiento eleacutectrico Bajo coste
Alto coste de mantenimiento
Tiempo de vida largo
Motor alternativo
Capacidad de adaptacioacuten a variaciones de la demanda
Energiacutea teacutermica muy distribuida y a baja temperatura
- Cogeneracioacuten
-
fabricado usando otro vapor de trabajo (Mercurio Propano u otro) Las tiacutepicas turbinas de vapor se dividen en de accioacuten y de reaccioacuten La turbina a vapor tiacutepicamente se usan en centrales teacutermicas de generacioacuten eleacutectrica Estos son sistemas de combustioacuten externa (el calor se usa para calentar el fluido de trabajo en forma indirecta en caldera)
bull Las turbinas a gas Son las maacutes recientes Si bien hay intentos de fabricarlas a inicios de este siglo el primer ensayo exitoso es solo de 1937 Difieren de las anteriores en el sentido de que se realiza combustioacuten dentro de la maacutequina Por lo tanto el fluido de trabajo son gases de combustioacuten (de alliacute su nombre)
Si bien la turbina a gas es un motor de combustioacuten interna y su ciclo tiene puntos en comuacuten con los ciclos Otto o Diesel tiene una diferencia fundamental Se trata (igual que todas las turbinas) de maacutequina de funcionamiento continuo Es decir en reacutegimen permanente cada elemento de ella estaacute en condicioacuten estable
ANTECEDENTES BAacuteSICOS SOBRE EL FUNCIONAMIENTO
Ciclo Utilizado
El ciclo de la turbina a gas es el ciclo Joule o Brayton Este se ilustra en la figura T1 en un diagrama p-V y uno T-S En la figura T2 se ilustra el ciclo en diagrama de bloques Consta de las siguientes evoluciones
bull En 1 se toma aire ambiente Este se comprime hasta 2 seguacuten una adiabaacutetica (idealmente sin roce normalmente una politroacutepica con roce)
o Luego el aire comprimido se introduce a una caacutemara de combustioacuten Alliacute se le agrega una cierta cantidad de combustible y este se quema Al producirse la combustioacuten se realiza la evolucioacuten 2-3 Tiacutepicamente esta es isobaacuterica (o casi isobaacuterica pues se pierde un poco de presioacuten por roce) Como a la caacutemara de combustioacuten entra tanto fluido como el que sale la presioacuten casi no variacutea La temperatura T3 es una temperatura criacutetica pues corresponde a la mayor temperatura en el ciclo Ademaacutes tambieacuten es la mayor presioacuten Por lo tanto los elementos sometidos a T3 seraacuten los maacutes solicitados
bull A continuacioacuten viene la expansioacuten de los gases hasta la presioacuten ambiente Esta expansioacuten la debemos dividir en dos fases En la primera (de 3 a 3) el trabajo de expansioacuten se recupera en una turbina que sirve para accionar el compresor En la segunda fase (de 3 a 4) existen dos opciones
o Si entre 3 y 4 se instala una turbina el trabajo de expansioacuten se convierte en trabajo mecaacutenico Se trata de un turbopropulsor o lo que comuacutenmente se llama turbina a gas
o Si entre 3 y 4 se sigue con la expansioacuten de los gases en una tobera el trabajo de expansioacuten se convierte en energiacutea cineacutetica en los gases Esta energiacutea cineacutetica sirve para impulsar el motor Se trata de un turboreactor o lo que comuacutenmente se llama un motor a reaccioacuten
bull Finalmente los gases de combustioacuten se evacuacutean a la atmoacutesfera en 4 La evolucioacuten 4-1 es virtual y corresponde al enfriamiento de los gases hasta la temperatura ambiente
Si bien este ciclo se realiza normalmente como ciclo abierto tambieacuten es posible realizarlo como ciclo cerrado Es decir tener un fluido de trabajo que siga las evoluciones del ciclo Entre 2 y 3 se le aporta calor externo y entre 4 y 1 se le extrae Tambieacuten es posible realizarlo sin combustioacuten interna haciendo un aporte de calor entre 2 y 3 Esto se ha hecho en algunos motores solares en que se opera seguacuten un ciclo Brayton
Diagrama de Bloques
A continuacioacuten veremos como se visualiza el ciclo de Joule en un diagrama de bloques Las componentes principales de la maacutequina son
bull Un turbocompresor que toma el aire ambiente (a p1 y T1) y lo comprime hasta p2 (evolucioacuten 1 - 2) Este proceso se puede suponer adiabaacutetico Idealmente es sin roce pero en general es politroacutepica con roce
bull Luego el aire comprimido a p2 pasa a la caacutemara de combustioacuten Alliacute se le agrega una cierta cantidad de combustible el que se quema Al quemarse la mezcla la temperatura de los gases sube hasta T3 La combustioacuten es praacutecticamente isobaacuterica (evolucioacuten 2 - 3)
bull A continuacioacuten los gases calientes y a alta
Alternativa 1 Turbopropulsor presioacuten se expanden en la turbina T1 Esta turbina acciona el turbocompresor por medio de un eje La expansioacuten en la turbina es hasta las condiciones 3 Idealmente es expansioacuten adiabaacutetica sin roce pero en general es politroacutepica con roce (evolucioacuten 3 - 3)
bull Luego los gases de escape se siguen expandiendo a traveacutes de una segunda turbina de potencia hasta alcanzar la presioacuten ambiente (p4 evolucioacuten 3 - 4)Esta turbina de potencia entrega trabajo al exterior Tiacutepicamente el trabajo se usa para accionar un generador o bien otro mecanismo (heacutelice en el caso de aviones con turbopropulsor o aspas en un helicoacuteptero)
Alternativa 2 Turboreactor
Este caso es similar al anterior hasta el punto 3 La diferencia estriba en que de alliacute en adelante la segunda turbina es reemplazada por una tobera El potencial de presioacuten de los gases de escape en 3 es convertido en energiacutea cineacutetica Los gases salen a C4
Es decir el trabajo de expansioacuten se convierte en energiacutea cineacutetica y los gases salen del motor a gran velocidad produciendo un empuje por efecto del principio de accioacuten y reaccioacuten
El caso se ilustra en la figura de al lado la que representa un turboreactor de flujo simple Esto quiere decir que todoel aire pasa por la caacutemara de combustioacuten y turbina
Cogeneracioacuten
Los sistemas de cogeneracioacuten son sistemas de produccioacuten conjunta de electricidad (o energiacutea mecaacutenica) y de energiacutea teacutermica uacutetil (calor) partiendo de un uacutenico combustible El gas natural es la energiacutea primaria maacutes utilizada para el funcionamiento de las centrales de cogeneracioacuten de electricidad calor las cuales funcionan con turbinas o motores de gas No obstante tambieacuten se pueden utilizar fuentes de energiacutea renovables y residuos como biomasa o residuos que se incineran
En un proceso de cogeneracioacuten el calor se presenta en forma de vapor de agua a alta presioacuten o en forma de agua caliente Por ejemplo se puede utilizar el vapor caliente que sale de una turbina de produccioacuten de energiacutea eleacutectrica
para suministrar energiacutea para otros usos Hasta hace poco lo usual era dejar que el vapor se enfriara pero con esta teacutecnica con el calor que le queda al vapor se calienta agua para distintos usos
El aprovechamiento del calor residual los sistemas de cogeneracioacuten presentan rendimientos globales del orden del 85 lo que implica que el aprovechamiento simultaacuteneo de electricidad y calor favorezca la obtencioacuten de elevados iacutendices de ahorro energeacutetico asiacute como una disminucioacuten importante de la factura energeacutetica sin alterar el proceso productivo ahorro energeacutetico que se incrementa notablemente si se utilizan energiacuteas residuales
En una central eleacutectrica tradicional los humos salen directamente por la chimenea mientras que en una planta de cogeneracioacuten los gases de escape se enfriacutean transmitiendo su energiacutea a un circuito de agua calientevapor Una vez enfriados los gases de escape pasan a la chimenea
Las centrales de cogeneracioacuten de electricidad-calor pueden alcanzar un rendimiento energeacutetico del orden del 90 El procedimiento es maacutes ecoloacutegico ya que durante la combustioacuten el gas natural libera menos dioacutexido de carbono (CO2) y oacutexido de nitroacutegeno (NOX) que el petroacuteleo o el carboacuten El desarrollo de la cogeneracioacuten podriacutea evitar la emisioacuten de 127 millones de toneladas de CO2 en la UE en 2010 et de 258 millones de toneladas en 2020 ayudando a cumplir los objetivos fijados en el Protocolo de Kioto
La produccioacuten de electricidad por cogeneracioacuten representoacute en la UE en 1998 el 11 del total Si se lograra aumentar hasta un 18 el ahorro de energiacutea podriacutea llegar a ser del 3-4 del consumo bruto total de la UE Ademaacutes son cada vez maacutes numerosas las aplicaciones que se le estaacute dando a esta teacutecnica tanto en usos industriales como en hospitales hoteles etc
bull VENTAJAS o Ahorra energiacutea y mejora la seguridad del abastecimiento o Disminuye las peacuterdidas de la red eleacutectrica especialmente porque
las centrales de cogeneracioacuten se suelen situar proacuteximas a los lugares de consumo
o Aumenta la competencia entre los productores o Permite crear nuevas empresas
o Se adapta bien a las zonas aisladas o ultraperifeacutericas
bull SISTEMAS DE COGENERACIOacuteN
Plantas con motores alternativos Utilizan gas gasoacuteleo o fuel-oil como combustible Son muy eficientes eleacutectricamente pero son poco eficientes teacutermicamente El sistema de recuperacioacuten teacutermica se disentildea en funcioacuten de los requisitos de la industria y en general se basan en la produccioacuten de vapor a baja presioacuten (hasta 10 bares) aceite teacutermico y en el aprovechamiento del circuito de alta temperatura del agua de refrigeracioacuten del motor Son tambieacuten adecuadas la produccioacuten de friacuteo por absorcioacuten bien a traveacutes del vapor generado con los gases en maacutequinas de doble efecto o utilizando directamente el calor del agua de refrigeracioacuten en maacutequinas de simple efecto Plantas con turbinas de vapor En estos sistemas la energiacutea mecaacutenica se produce por la expansioacuten del vapor de alta presioacuten procedente de una caldera convencional
El uso de esta turbina fue el primero en cogeneracioacuten Actualmente su aplicacioacuten ha quedado praacutecticamente limitada como complemento para ciclos combinados o en instalaciones que utilizan combustibles residuales como biomasa o residuos que se incineran
La aplicacioacuten conjunta de una turbina de gas y una turbina de vapor es lo que se denomina Ciclo Combinado Plantas con turbinas de gas En los sistemas con turbina de gas se quema combustible en un turbogenerador cediendo parte de su energiacutea para producir energiacutea mecaacutenica Su rendimiento de conversioacuten es inferior al de los motores alternativos pero presentan la ventaja de que permiten una recuperacioacuten faacutecil del calor que se encuentra concentrado en su praacutectica totalidad en sus gases de escape que estaacute a una temperatura de unos 500ordmC idoacutenea para producir vapor en un generador de recuperacioacuten
Se diferencian 2 tipos de ciclos (1) simple cuando el vapor se produce a la presioacuten de utilizacioacuten del usuario y (2) combinado cuando el vapor se produce a alta presioacuten y temperatura para su expansioacuten previa en una turbina de vapor
bull Ciclo simple
Es la planta claacutesica de cogeneracioacuten y su aplicacioacuten es adecuada cuando los requisitos de vapor son importantes (gt10 th) situacioacuten que se encuentra faacutecilmente en numerosas industrias (alimentacioacuten quiacutemica papelera) Son plantas de gran fiabilidad y
econoacutemicamente rentables cuando estaacuten disentildeadas para una aplicacioacuten determinada
El disentildeo del sistema de recuperacioacuten de calor es fundamental pues su economiacutea estaacute directamente ligada al mismo ya que a diferencia de las plantas con motores alternativos el precio del calor recuperado es esencial en un ciclo simple de turbina de gas
bull Ciclo combinado
Un ciclo combinado ayuda a absorber una parte del vapor generado en el ciclo simple y permite por ello mejorar la recuperacioacuten teacutermica o instalar una turbina de gas de mayor tamantildeo cuya recuperacioacuten teacutermica no estariacutea aprovechada si no se utilizara el vapor en una segunda turbina de contrapresioacuten
En un ciclo combinado el proceso de vapor es esencial para lograr la eficiencia del mismo La seleccioacuten de la presioacuten y la temperatura del vapor vivo se hace en funcioacuten de las turbinas de gas y vapor seleccionadas seleccioacuten que debe realizarse con criterios de eficiencia y economiacutea Por ello se requiere la existencia de experiencias previas e imaginacioacuten responsable para crear procesos adaptados a un centro de consumo que al mismo tiempo dispongan de gran flexibilidad que posibilite su trabajo eficiente en situaciones alejadas del punto de disentildeo
Una variante del ciclo combinado es el ciclo combinado a condensacioacuten
bull Ciclo combinado a condensacioacuten
Variante del ciclo combinado de contrapresioacuten claacutesico se basa en procesos estrictamente cogenerativos Se basa en una gran capacidad de regulacioacuten ante demandas de vapor muy variables
El proceso claacutesico de regulacioacuten de una planta de cogeneracioacuten consiste en evacuar gases a traveacutes del by-pass cuando la demanda de vapor es menor a la produccioacuten y utilizar la post-combustioacuten cuando sucede lo contrario
Bajando sensiblemente su potencia no se consigue su adaptacioacuten a la demanda de vapor debido a una importante bajada en el rendimiento de recuperacioacuten ya que los gases de escapa mantienen praacutecticamente su caudal y bajan ostensiblemente su temperatura Por ellos las peacuterdidas de calor se mantienen praacutecticamente constantes y la planta deja de cumplir los requisitos de rendimiento
Por contra un ciclo de contrapresioacuten y condensacioacuten permite aprovechar la totalidad del vapor generado regulando mediante la
condensacioacuten del vapor que no puede usarse en el proceso produciendo una cantidad adicional de electricidad
Trigeneracioacuten Se basa en la produccioacuten conjunta de calor electricidad y friacuteo
Una planta de trigeneracioacuten es similar a una de cogeneracioacuten a la que se le ha antildeadido un sistema de absorcioacuten para la produccioacuten de friacuteo No obstante existen una serie de diferencias
La trigeneracioacuten permite a la cogeneracioacuten que inicialmente no era posible en centros que no consumieran calor acceder a centros que precisen friacuteo que se produzca con electricidad Facilita a la industria del sector alimentario ser cogeneradores potenciales Asimismo permite la utilizacioacuten de cogeneracioacuten en el sector terciario (hoteles hospitales etc) donde ademaacutes de calor se requiere friacuteo para climatizacioacuten y que debido a la estacionalidad de estos consumos (calor en invierno friacuteo en verano) impediacutea la normal operacioacuten de una planta de cogeneracioacuten claacutesica
Esta modalidad de cogeneracioacuten tiene maacutes aplicaciones
bull Aplicaciones de secado Especialmente en industria ceraacutemica que utilizada atomizadores Son plantas muy simples y econoacutemicas ya que los gases calientes generados por una turbina o un motor se utilizan directamente en el proceso de secado
bull Aplicaciones en la industria textil bull Calefaccioacuten y refrigeracioacuten bull Aplicaciones para industrias medioambientales como plantas
depuradoras de tipo bioloacutegico o de concentracioacuten de residuos o de secado de fangos etc al demandar calor son potencialmente cogeneradoras En estas aplicaciones puede ser un factor importante para la reduccioacuten del coste de tratamiento de os residuos
Motor alternativo En los sistemas basados en motores alternativos el elemento motriz es un motor de explosioacuten El calor recuperable se encuentra en forma de gases calientes y agua caliente ( Circuito Refrigeracioacuten )
Tipo Ventajas Desventajas Amplia gama de aplicaciones Muy fiable Elevada temperatura de la energiacutea teacutermica
Limitacioacuten en los combustibles
Turbina de gas
Rango desde 05 a 100 MW
Tiempo de vida relativamente corto
Gases con alto contenido en oxiacutegeno Rendimiento global muy alto Extremadamente segura
Baja relacioacuten electricidadcalor
Posibilidad de emplear todo tipo de combustibles Larga vida de servicio
No permite alcanzar altas potencias eleacutectricas
Amplia gama de potencias
Turbina de vapor
Coste elevado Pues en marcha lenta
Elevada relacioacuten electricidadcalor Alto rendimiento eleacutectrico Bajo coste
Alto coste de mantenimiento
Tiempo de vida largo
Motor alternativo
Capacidad de adaptacioacuten a variaciones de la demanda
Energiacutea teacutermica muy distribuida y a baja temperatura
- Cogeneracioacuten
-
bull A continuacioacuten viene la expansioacuten de los gases hasta la presioacuten ambiente Esta expansioacuten la debemos dividir en dos fases En la primera (de 3 a 3) el trabajo de expansioacuten se recupera en una turbina que sirve para accionar el compresor En la segunda fase (de 3 a 4) existen dos opciones
o Si entre 3 y 4 se instala una turbina el trabajo de expansioacuten se convierte en trabajo mecaacutenico Se trata de un turbopropulsor o lo que comuacutenmente se llama turbina a gas
o Si entre 3 y 4 se sigue con la expansioacuten de los gases en una tobera el trabajo de expansioacuten se convierte en energiacutea cineacutetica en los gases Esta energiacutea cineacutetica sirve para impulsar el motor Se trata de un turboreactor o lo que comuacutenmente se llama un motor a reaccioacuten
bull Finalmente los gases de combustioacuten se evacuacutean a la atmoacutesfera en 4 La evolucioacuten 4-1 es virtual y corresponde al enfriamiento de los gases hasta la temperatura ambiente
Si bien este ciclo se realiza normalmente como ciclo abierto tambieacuten es posible realizarlo como ciclo cerrado Es decir tener un fluido de trabajo que siga las evoluciones del ciclo Entre 2 y 3 se le aporta calor externo y entre 4 y 1 se le extrae Tambieacuten es posible realizarlo sin combustioacuten interna haciendo un aporte de calor entre 2 y 3 Esto se ha hecho en algunos motores solares en que se opera seguacuten un ciclo Brayton
Diagrama de Bloques
A continuacioacuten veremos como se visualiza el ciclo de Joule en un diagrama de bloques Las componentes principales de la maacutequina son
bull Un turbocompresor que toma el aire ambiente (a p1 y T1) y lo comprime hasta p2 (evolucioacuten 1 - 2) Este proceso se puede suponer adiabaacutetico Idealmente es sin roce pero en general es politroacutepica con roce
bull Luego el aire comprimido a p2 pasa a la caacutemara de combustioacuten Alliacute se le agrega una cierta cantidad de combustible el que se quema Al quemarse la mezcla la temperatura de los gases sube hasta T3 La combustioacuten es praacutecticamente isobaacuterica (evolucioacuten 2 - 3)
bull A continuacioacuten los gases calientes y a alta
Alternativa 1 Turbopropulsor presioacuten se expanden en la turbina T1 Esta turbina acciona el turbocompresor por medio de un eje La expansioacuten en la turbina es hasta las condiciones 3 Idealmente es expansioacuten adiabaacutetica sin roce pero en general es politroacutepica con roce (evolucioacuten 3 - 3)
bull Luego los gases de escape se siguen expandiendo a traveacutes de una segunda turbina de potencia hasta alcanzar la presioacuten ambiente (p4 evolucioacuten 3 - 4)Esta turbina de potencia entrega trabajo al exterior Tiacutepicamente el trabajo se usa para accionar un generador o bien otro mecanismo (heacutelice en el caso de aviones con turbopropulsor o aspas en un helicoacuteptero)
Alternativa 2 Turboreactor
Este caso es similar al anterior hasta el punto 3 La diferencia estriba en que de alliacute en adelante la segunda turbina es reemplazada por una tobera El potencial de presioacuten de los gases de escape en 3 es convertido en energiacutea cineacutetica Los gases salen a C4
Es decir el trabajo de expansioacuten se convierte en energiacutea cineacutetica y los gases salen del motor a gran velocidad produciendo un empuje por efecto del principio de accioacuten y reaccioacuten
El caso se ilustra en la figura de al lado la que representa un turboreactor de flujo simple Esto quiere decir que todoel aire pasa por la caacutemara de combustioacuten y turbina
Cogeneracioacuten
Los sistemas de cogeneracioacuten son sistemas de produccioacuten conjunta de electricidad (o energiacutea mecaacutenica) y de energiacutea teacutermica uacutetil (calor) partiendo de un uacutenico combustible El gas natural es la energiacutea primaria maacutes utilizada para el funcionamiento de las centrales de cogeneracioacuten de electricidad calor las cuales funcionan con turbinas o motores de gas No obstante tambieacuten se pueden utilizar fuentes de energiacutea renovables y residuos como biomasa o residuos que se incineran
En un proceso de cogeneracioacuten el calor se presenta en forma de vapor de agua a alta presioacuten o en forma de agua caliente Por ejemplo se puede utilizar el vapor caliente que sale de una turbina de produccioacuten de energiacutea eleacutectrica
para suministrar energiacutea para otros usos Hasta hace poco lo usual era dejar que el vapor se enfriara pero con esta teacutecnica con el calor que le queda al vapor se calienta agua para distintos usos
El aprovechamiento del calor residual los sistemas de cogeneracioacuten presentan rendimientos globales del orden del 85 lo que implica que el aprovechamiento simultaacuteneo de electricidad y calor favorezca la obtencioacuten de elevados iacutendices de ahorro energeacutetico asiacute como una disminucioacuten importante de la factura energeacutetica sin alterar el proceso productivo ahorro energeacutetico que se incrementa notablemente si se utilizan energiacuteas residuales
En una central eleacutectrica tradicional los humos salen directamente por la chimenea mientras que en una planta de cogeneracioacuten los gases de escape se enfriacutean transmitiendo su energiacutea a un circuito de agua calientevapor Una vez enfriados los gases de escape pasan a la chimenea
Las centrales de cogeneracioacuten de electricidad-calor pueden alcanzar un rendimiento energeacutetico del orden del 90 El procedimiento es maacutes ecoloacutegico ya que durante la combustioacuten el gas natural libera menos dioacutexido de carbono (CO2) y oacutexido de nitroacutegeno (NOX) que el petroacuteleo o el carboacuten El desarrollo de la cogeneracioacuten podriacutea evitar la emisioacuten de 127 millones de toneladas de CO2 en la UE en 2010 et de 258 millones de toneladas en 2020 ayudando a cumplir los objetivos fijados en el Protocolo de Kioto
La produccioacuten de electricidad por cogeneracioacuten representoacute en la UE en 1998 el 11 del total Si se lograra aumentar hasta un 18 el ahorro de energiacutea podriacutea llegar a ser del 3-4 del consumo bruto total de la UE Ademaacutes son cada vez maacutes numerosas las aplicaciones que se le estaacute dando a esta teacutecnica tanto en usos industriales como en hospitales hoteles etc
bull VENTAJAS o Ahorra energiacutea y mejora la seguridad del abastecimiento o Disminuye las peacuterdidas de la red eleacutectrica especialmente porque
las centrales de cogeneracioacuten se suelen situar proacuteximas a los lugares de consumo
o Aumenta la competencia entre los productores o Permite crear nuevas empresas
o Se adapta bien a las zonas aisladas o ultraperifeacutericas
bull SISTEMAS DE COGENERACIOacuteN
Plantas con motores alternativos Utilizan gas gasoacuteleo o fuel-oil como combustible Son muy eficientes eleacutectricamente pero son poco eficientes teacutermicamente El sistema de recuperacioacuten teacutermica se disentildea en funcioacuten de los requisitos de la industria y en general se basan en la produccioacuten de vapor a baja presioacuten (hasta 10 bares) aceite teacutermico y en el aprovechamiento del circuito de alta temperatura del agua de refrigeracioacuten del motor Son tambieacuten adecuadas la produccioacuten de friacuteo por absorcioacuten bien a traveacutes del vapor generado con los gases en maacutequinas de doble efecto o utilizando directamente el calor del agua de refrigeracioacuten en maacutequinas de simple efecto Plantas con turbinas de vapor En estos sistemas la energiacutea mecaacutenica se produce por la expansioacuten del vapor de alta presioacuten procedente de una caldera convencional
El uso de esta turbina fue el primero en cogeneracioacuten Actualmente su aplicacioacuten ha quedado praacutecticamente limitada como complemento para ciclos combinados o en instalaciones que utilizan combustibles residuales como biomasa o residuos que se incineran
La aplicacioacuten conjunta de una turbina de gas y una turbina de vapor es lo que se denomina Ciclo Combinado Plantas con turbinas de gas En los sistemas con turbina de gas se quema combustible en un turbogenerador cediendo parte de su energiacutea para producir energiacutea mecaacutenica Su rendimiento de conversioacuten es inferior al de los motores alternativos pero presentan la ventaja de que permiten una recuperacioacuten faacutecil del calor que se encuentra concentrado en su praacutectica totalidad en sus gases de escape que estaacute a una temperatura de unos 500ordmC idoacutenea para producir vapor en un generador de recuperacioacuten
Se diferencian 2 tipos de ciclos (1) simple cuando el vapor se produce a la presioacuten de utilizacioacuten del usuario y (2) combinado cuando el vapor se produce a alta presioacuten y temperatura para su expansioacuten previa en una turbina de vapor
bull Ciclo simple
Es la planta claacutesica de cogeneracioacuten y su aplicacioacuten es adecuada cuando los requisitos de vapor son importantes (gt10 th) situacioacuten que se encuentra faacutecilmente en numerosas industrias (alimentacioacuten quiacutemica papelera) Son plantas de gran fiabilidad y
econoacutemicamente rentables cuando estaacuten disentildeadas para una aplicacioacuten determinada
El disentildeo del sistema de recuperacioacuten de calor es fundamental pues su economiacutea estaacute directamente ligada al mismo ya que a diferencia de las plantas con motores alternativos el precio del calor recuperado es esencial en un ciclo simple de turbina de gas
bull Ciclo combinado
Un ciclo combinado ayuda a absorber una parte del vapor generado en el ciclo simple y permite por ello mejorar la recuperacioacuten teacutermica o instalar una turbina de gas de mayor tamantildeo cuya recuperacioacuten teacutermica no estariacutea aprovechada si no se utilizara el vapor en una segunda turbina de contrapresioacuten
En un ciclo combinado el proceso de vapor es esencial para lograr la eficiencia del mismo La seleccioacuten de la presioacuten y la temperatura del vapor vivo se hace en funcioacuten de las turbinas de gas y vapor seleccionadas seleccioacuten que debe realizarse con criterios de eficiencia y economiacutea Por ello se requiere la existencia de experiencias previas e imaginacioacuten responsable para crear procesos adaptados a un centro de consumo que al mismo tiempo dispongan de gran flexibilidad que posibilite su trabajo eficiente en situaciones alejadas del punto de disentildeo
Una variante del ciclo combinado es el ciclo combinado a condensacioacuten
bull Ciclo combinado a condensacioacuten
Variante del ciclo combinado de contrapresioacuten claacutesico se basa en procesos estrictamente cogenerativos Se basa en una gran capacidad de regulacioacuten ante demandas de vapor muy variables
El proceso claacutesico de regulacioacuten de una planta de cogeneracioacuten consiste en evacuar gases a traveacutes del by-pass cuando la demanda de vapor es menor a la produccioacuten y utilizar la post-combustioacuten cuando sucede lo contrario
Bajando sensiblemente su potencia no se consigue su adaptacioacuten a la demanda de vapor debido a una importante bajada en el rendimiento de recuperacioacuten ya que los gases de escapa mantienen praacutecticamente su caudal y bajan ostensiblemente su temperatura Por ellos las peacuterdidas de calor se mantienen praacutecticamente constantes y la planta deja de cumplir los requisitos de rendimiento
Por contra un ciclo de contrapresioacuten y condensacioacuten permite aprovechar la totalidad del vapor generado regulando mediante la
condensacioacuten del vapor que no puede usarse en el proceso produciendo una cantidad adicional de electricidad
Trigeneracioacuten Se basa en la produccioacuten conjunta de calor electricidad y friacuteo
Una planta de trigeneracioacuten es similar a una de cogeneracioacuten a la que se le ha antildeadido un sistema de absorcioacuten para la produccioacuten de friacuteo No obstante existen una serie de diferencias
La trigeneracioacuten permite a la cogeneracioacuten que inicialmente no era posible en centros que no consumieran calor acceder a centros que precisen friacuteo que se produzca con electricidad Facilita a la industria del sector alimentario ser cogeneradores potenciales Asimismo permite la utilizacioacuten de cogeneracioacuten en el sector terciario (hoteles hospitales etc) donde ademaacutes de calor se requiere friacuteo para climatizacioacuten y que debido a la estacionalidad de estos consumos (calor en invierno friacuteo en verano) impediacutea la normal operacioacuten de una planta de cogeneracioacuten claacutesica
Esta modalidad de cogeneracioacuten tiene maacutes aplicaciones
bull Aplicaciones de secado Especialmente en industria ceraacutemica que utilizada atomizadores Son plantas muy simples y econoacutemicas ya que los gases calientes generados por una turbina o un motor se utilizan directamente en el proceso de secado
bull Aplicaciones en la industria textil bull Calefaccioacuten y refrigeracioacuten bull Aplicaciones para industrias medioambientales como plantas
depuradoras de tipo bioloacutegico o de concentracioacuten de residuos o de secado de fangos etc al demandar calor son potencialmente cogeneradoras En estas aplicaciones puede ser un factor importante para la reduccioacuten del coste de tratamiento de os residuos
Motor alternativo En los sistemas basados en motores alternativos el elemento motriz es un motor de explosioacuten El calor recuperable se encuentra en forma de gases calientes y agua caliente ( Circuito Refrigeracioacuten )
Tipo Ventajas Desventajas Amplia gama de aplicaciones Muy fiable Elevada temperatura de la energiacutea teacutermica
Limitacioacuten en los combustibles
Turbina de gas
Rango desde 05 a 100 MW
Tiempo de vida relativamente corto
Gases con alto contenido en oxiacutegeno Rendimiento global muy alto Extremadamente segura
Baja relacioacuten electricidadcalor
Posibilidad de emplear todo tipo de combustibles Larga vida de servicio
No permite alcanzar altas potencias eleacutectricas
Amplia gama de potencias
Turbina de vapor
Coste elevado Pues en marcha lenta
Elevada relacioacuten electricidadcalor Alto rendimiento eleacutectrico Bajo coste
Alto coste de mantenimiento
Tiempo de vida largo
Motor alternativo
Capacidad de adaptacioacuten a variaciones de la demanda
Energiacutea teacutermica muy distribuida y a baja temperatura
- Cogeneracioacuten
-
Alternativa 1 Turbopropulsor presioacuten se expanden en la turbina T1 Esta turbina acciona el turbocompresor por medio de un eje La expansioacuten en la turbina es hasta las condiciones 3 Idealmente es expansioacuten adiabaacutetica sin roce pero en general es politroacutepica con roce (evolucioacuten 3 - 3)
bull Luego los gases de escape se siguen expandiendo a traveacutes de una segunda turbina de potencia hasta alcanzar la presioacuten ambiente (p4 evolucioacuten 3 - 4)Esta turbina de potencia entrega trabajo al exterior Tiacutepicamente el trabajo se usa para accionar un generador o bien otro mecanismo (heacutelice en el caso de aviones con turbopropulsor o aspas en un helicoacuteptero)
Alternativa 2 Turboreactor
Este caso es similar al anterior hasta el punto 3 La diferencia estriba en que de alliacute en adelante la segunda turbina es reemplazada por una tobera El potencial de presioacuten de los gases de escape en 3 es convertido en energiacutea cineacutetica Los gases salen a C4
Es decir el trabajo de expansioacuten se convierte en energiacutea cineacutetica y los gases salen del motor a gran velocidad produciendo un empuje por efecto del principio de accioacuten y reaccioacuten
El caso se ilustra en la figura de al lado la que representa un turboreactor de flujo simple Esto quiere decir que todoel aire pasa por la caacutemara de combustioacuten y turbina
Cogeneracioacuten
Los sistemas de cogeneracioacuten son sistemas de produccioacuten conjunta de electricidad (o energiacutea mecaacutenica) y de energiacutea teacutermica uacutetil (calor) partiendo de un uacutenico combustible El gas natural es la energiacutea primaria maacutes utilizada para el funcionamiento de las centrales de cogeneracioacuten de electricidad calor las cuales funcionan con turbinas o motores de gas No obstante tambieacuten se pueden utilizar fuentes de energiacutea renovables y residuos como biomasa o residuos que se incineran
En un proceso de cogeneracioacuten el calor se presenta en forma de vapor de agua a alta presioacuten o en forma de agua caliente Por ejemplo se puede utilizar el vapor caliente que sale de una turbina de produccioacuten de energiacutea eleacutectrica
para suministrar energiacutea para otros usos Hasta hace poco lo usual era dejar que el vapor se enfriara pero con esta teacutecnica con el calor que le queda al vapor se calienta agua para distintos usos
El aprovechamiento del calor residual los sistemas de cogeneracioacuten presentan rendimientos globales del orden del 85 lo que implica que el aprovechamiento simultaacuteneo de electricidad y calor favorezca la obtencioacuten de elevados iacutendices de ahorro energeacutetico asiacute como una disminucioacuten importante de la factura energeacutetica sin alterar el proceso productivo ahorro energeacutetico que se incrementa notablemente si se utilizan energiacuteas residuales
En una central eleacutectrica tradicional los humos salen directamente por la chimenea mientras que en una planta de cogeneracioacuten los gases de escape se enfriacutean transmitiendo su energiacutea a un circuito de agua calientevapor Una vez enfriados los gases de escape pasan a la chimenea
Las centrales de cogeneracioacuten de electricidad-calor pueden alcanzar un rendimiento energeacutetico del orden del 90 El procedimiento es maacutes ecoloacutegico ya que durante la combustioacuten el gas natural libera menos dioacutexido de carbono (CO2) y oacutexido de nitroacutegeno (NOX) que el petroacuteleo o el carboacuten El desarrollo de la cogeneracioacuten podriacutea evitar la emisioacuten de 127 millones de toneladas de CO2 en la UE en 2010 et de 258 millones de toneladas en 2020 ayudando a cumplir los objetivos fijados en el Protocolo de Kioto
La produccioacuten de electricidad por cogeneracioacuten representoacute en la UE en 1998 el 11 del total Si se lograra aumentar hasta un 18 el ahorro de energiacutea podriacutea llegar a ser del 3-4 del consumo bruto total de la UE Ademaacutes son cada vez maacutes numerosas las aplicaciones que se le estaacute dando a esta teacutecnica tanto en usos industriales como en hospitales hoteles etc
bull VENTAJAS o Ahorra energiacutea y mejora la seguridad del abastecimiento o Disminuye las peacuterdidas de la red eleacutectrica especialmente porque
las centrales de cogeneracioacuten se suelen situar proacuteximas a los lugares de consumo
o Aumenta la competencia entre los productores o Permite crear nuevas empresas
o Se adapta bien a las zonas aisladas o ultraperifeacutericas
bull SISTEMAS DE COGENERACIOacuteN
Plantas con motores alternativos Utilizan gas gasoacuteleo o fuel-oil como combustible Son muy eficientes eleacutectricamente pero son poco eficientes teacutermicamente El sistema de recuperacioacuten teacutermica se disentildea en funcioacuten de los requisitos de la industria y en general se basan en la produccioacuten de vapor a baja presioacuten (hasta 10 bares) aceite teacutermico y en el aprovechamiento del circuito de alta temperatura del agua de refrigeracioacuten del motor Son tambieacuten adecuadas la produccioacuten de friacuteo por absorcioacuten bien a traveacutes del vapor generado con los gases en maacutequinas de doble efecto o utilizando directamente el calor del agua de refrigeracioacuten en maacutequinas de simple efecto Plantas con turbinas de vapor En estos sistemas la energiacutea mecaacutenica se produce por la expansioacuten del vapor de alta presioacuten procedente de una caldera convencional
El uso de esta turbina fue el primero en cogeneracioacuten Actualmente su aplicacioacuten ha quedado praacutecticamente limitada como complemento para ciclos combinados o en instalaciones que utilizan combustibles residuales como biomasa o residuos que se incineran
La aplicacioacuten conjunta de una turbina de gas y una turbina de vapor es lo que se denomina Ciclo Combinado Plantas con turbinas de gas En los sistemas con turbina de gas se quema combustible en un turbogenerador cediendo parte de su energiacutea para producir energiacutea mecaacutenica Su rendimiento de conversioacuten es inferior al de los motores alternativos pero presentan la ventaja de que permiten una recuperacioacuten faacutecil del calor que se encuentra concentrado en su praacutectica totalidad en sus gases de escape que estaacute a una temperatura de unos 500ordmC idoacutenea para producir vapor en un generador de recuperacioacuten
Se diferencian 2 tipos de ciclos (1) simple cuando el vapor se produce a la presioacuten de utilizacioacuten del usuario y (2) combinado cuando el vapor se produce a alta presioacuten y temperatura para su expansioacuten previa en una turbina de vapor
bull Ciclo simple
Es la planta claacutesica de cogeneracioacuten y su aplicacioacuten es adecuada cuando los requisitos de vapor son importantes (gt10 th) situacioacuten que se encuentra faacutecilmente en numerosas industrias (alimentacioacuten quiacutemica papelera) Son plantas de gran fiabilidad y
econoacutemicamente rentables cuando estaacuten disentildeadas para una aplicacioacuten determinada
El disentildeo del sistema de recuperacioacuten de calor es fundamental pues su economiacutea estaacute directamente ligada al mismo ya que a diferencia de las plantas con motores alternativos el precio del calor recuperado es esencial en un ciclo simple de turbina de gas
bull Ciclo combinado
Un ciclo combinado ayuda a absorber una parte del vapor generado en el ciclo simple y permite por ello mejorar la recuperacioacuten teacutermica o instalar una turbina de gas de mayor tamantildeo cuya recuperacioacuten teacutermica no estariacutea aprovechada si no se utilizara el vapor en una segunda turbina de contrapresioacuten
En un ciclo combinado el proceso de vapor es esencial para lograr la eficiencia del mismo La seleccioacuten de la presioacuten y la temperatura del vapor vivo se hace en funcioacuten de las turbinas de gas y vapor seleccionadas seleccioacuten que debe realizarse con criterios de eficiencia y economiacutea Por ello se requiere la existencia de experiencias previas e imaginacioacuten responsable para crear procesos adaptados a un centro de consumo que al mismo tiempo dispongan de gran flexibilidad que posibilite su trabajo eficiente en situaciones alejadas del punto de disentildeo
Una variante del ciclo combinado es el ciclo combinado a condensacioacuten
bull Ciclo combinado a condensacioacuten
Variante del ciclo combinado de contrapresioacuten claacutesico se basa en procesos estrictamente cogenerativos Se basa en una gran capacidad de regulacioacuten ante demandas de vapor muy variables
El proceso claacutesico de regulacioacuten de una planta de cogeneracioacuten consiste en evacuar gases a traveacutes del by-pass cuando la demanda de vapor es menor a la produccioacuten y utilizar la post-combustioacuten cuando sucede lo contrario
Bajando sensiblemente su potencia no se consigue su adaptacioacuten a la demanda de vapor debido a una importante bajada en el rendimiento de recuperacioacuten ya que los gases de escapa mantienen praacutecticamente su caudal y bajan ostensiblemente su temperatura Por ellos las peacuterdidas de calor se mantienen praacutecticamente constantes y la planta deja de cumplir los requisitos de rendimiento
Por contra un ciclo de contrapresioacuten y condensacioacuten permite aprovechar la totalidad del vapor generado regulando mediante la
condensacioacuten del vapor que no puede usarse en el proceso produciendo una cantidad adicional de electricidad
Trigeneracioacuten Se basa en la produccioacuten conjunta de calor electricidad y friacuteo
Una planta de trigeneracioacuten es similar a una de cogeneracioacuten a la que se le ha antildeadido un sistema de absorcioacuten para la produccioacuten de friacuteo No obstante existen una serie de diferencias
La trigeneracioacuten permite a la cogeneracioacuten que inicialmente no era posible en centros que no consumieran calor acceder a centros que precisen friacuteo que se produzca con electricidad Facilita a la industria del sector alimentario ser cogeneradores potenciales Asimismo permite la utilizacioacuten de cogeneracioacuten en el sector terciario (hoteles hospitales etc) donde ademaacutes de calor se requiere friacuteo para climatizacioacuten y que debido a la estacionalidad de estos consumos (calor en invierno friacuteo en verano) impediacutea la normal operacioacuten de una planta de cogeneracioacuten claacutesica
Esta modalidad de cogeneracioacuten tiene maacutes aplicaciones
bull Aplicaciones de secado Especialmente en industria ceraacutemica que utilizada atomizadores Son plantas muy simples y econoacutemicas ya que los gases calientes generados por una turbina o un motor se utilizan directamente en el proceso de secado
bull Aplicaciones en la industria textil bull Calefaccioacuten y refrigeracioacuten bull Aplicaciones para industrias medioambientales como plantas
depuradoras de tipo bioloacutegico o de concentracioacuten de residuos o de secado de fangos etc al demandar calor son potencialmente cogeneradoras En estas aplicaciones puede ser un factor importante para la reduccioacuten del coste de tratamiento de os residuos
Motor alternativo En los sistemas basados en motores alternativos el elemento motriz es un motor de explosioacuten El calor recuperable se encuentra en forma de gases calientes y agua caliente ( Circuito Refrigeracioacuten )
Tipo Ventajas Desventajas Amplia gama de aplicaciones Muy fiable Elevada temperatura de la energiacutea teacutermica
Limitacioacuten en los combustibles
Turbina de gas
Rango desde 05 a 100 MW
Tiempo de vida relativamente corto
Gases con alto contenido en oxiacutegeno Rendimiento global muy alto Extremadamente segura
Baja relacioacuten electricidadcalor
Posibilidad de emplear todo tipo de combustibles Larga vida de servicio
No permite alcanzar altas potencias eleacutectricas
Amplia gama de potencias
Turbina de vapor
Coste elevado Pues en marcha lenta
Elevada relacioacuten electricidadcalor Alto rendimiento eleacutectrico Bajo coste
Alto coste de mantenimiento
Tiempo de vida largo
Motor alternativo
Capacidad de adaptacioacuten a variaciones de la demanda
Energiacutea teacutermica muy distribuida y a baja temperatura
- Cogeneracioacuten
-
para suministrar energiacutea para otros usos Hasta hace poco lo usual era dejar que el vapor se enfriara pero con esta teacutecnica con el calor que le queda al vapor se calienta agua para distintos usos
El aprovechamiento del calor residual los sistemas de cogeneracioacuten presentan rendimientos globales del orden del 85 lo que implica que el aprovechamiento simultaacuteneo de electricidad y calor favorezca la obtencioacuten de elevados iacutendices de ahorro energeacutetico asiacute como una disminucioacuten importante de la factura energeacutetica sin alterar el proceso productivo ahorro energeacutetico que se incrementa notablemente si se utilizan energiacuteas residuales
En una central eleacutectrica tradicional los humos salen directamente por la chimenea mientras que en una planta de cogeneracioacuten los gases de escape se enfriacutean transmitiendo su energiacutea a un circuito de agua calientevapor Una vez enfriados los gases de escape pasan a la chimenea
Las centrales de cogeneracioacuten de electricidad-calor pueden alcanzar un rendimiento energeacutetico del orden del 90 El procedimiento es maacutes ecoloacutegico ya que durante la combustioacuten el gas natural libera menos dioacutexido de carbono (CO2) y oacutexido de nitroacutegeno (NOX) que el petroacuteleo o el carboacuten El desarrollo de la cogeneracioacuten podriacutea evitar la emisioacuten de 127 millones de toneladas de CO2 en la UE en 2010 et de 258 millones de toneladas en 2020 ayudando a cumplir los objetivos fijados en el Protocolo de Kioto
La produccioacuten de electricidad por cogeneracioacuten representoacute en la UE en 1998 el 11 del total Si se lograra aumentar hasta un 18 el ahorro de energiacutea podriacutea llegar a ser del 3-4 del consumo bruto total de la UE Ademaacutes son cada vez maacutes numerosas las aplicaciones que se le estaacute dando a esta teacutecnica tanto en usos industriales como en hospitales hoteles etc
bull VENTAJAS o Ahorra energiacutea y mejora la seguridad del abastecimiento o Disminuye las peacuterdidas de la red eleacutectrica especialmente porque
las centrales de cogeneracioacuten se suelen situar proacuteximas a los lugares de consumo
o Aumenta la competencia entre los productores o Permite crear nuevas empresas
o Se adapta bien a las zonas aisladas o ultraperifeacutericas
bull SISTEMAS DE COGENERACIOacuteN
Plantas con motores alternativos Utilizan gas gasoacuteleo o fuel-oil como combustible Son muy eficientes eleacutectricamente pero son poco eficientes teacutermicamente El sistema de recuperacioacuten teacutermica se disentildea en funcioacuten de los requisitos de la industria y en general se basan en la produccioacuten de vapor a baja presioacuten (hasta 10 bares) aceite teacutermico y en el aprovechamiento del circuito de alta temperatura del agua de refrigeracioacuten del motor Son tambieacuten adecuadas la produccioacuten de friacuteo por absorcioacuten bien a traveacutes del vapor generado con los gases en maacutequinas de doble efecto o utilizando directamente el calor del agua de refrigeracioacuten en maacutequinas de simple efecto Plantas con turbinas de vapor En estos sistemas la energiacutea mecaacutenica se produce por la expansioacuten del vapor de alta presioacuten procedente de una caldera convencional
El uso de esta turbina fue el primero en cogeneracioacuten Actualmente su aplicacioacuten ha quedado praacutecticamente limitada como complemento para ciclos combinados o en instalaciones que utilizan combustibles residuales como biomasa o residuos que se incineran
La aplicacioacuten conjunta de una turbina de gas y una turbina de vapor es lo que se denomina Ciclo Combinado Plantas con turbinas de gas En los sistemas con turbina de gas se quema combustible en un turbogenerador cediendo parte de su energiacutea para producir energiacutea mecaacutenica Su rendimiento de conversioacuten es inferior al de los motores alternativos pero presentan la ventaja de que permiten una recuperacioacuten faacutecil del calor que se encuentra concentrado en su praacutectica totalidad en sus gases de escape que estaacute a una temperatura de unos 500ordmC idoacutenea para producir vapor en un generador de recuperacioacuten
Se diferencian 2 tipos de ciclos (1) simple cuando el vapor se produce a la presioacuten de utilizacioacuten del usuario y (2) combinado cuando el vapor se produce a alta presioacuten y temperatura para su expansioacuten previa en una turbina de vapor
bull Ciclo simple
Es la planta claacutesica de cogeneracioacuten y su aplicacioacuten es adecuada cuando los requisitos de vapor son importantes (gt10 th) situacioacuten que se encuentra faacutecilmente en numerosas industrias (alimentacioacuten quiacutemica papelera) Son plantas de gran fiabilidad y
econoacutemicamente rentables cuando estaacuten disentildeadas para una aplicacioacuten determinada
El disentildeo del sistema de recuperacioacuten de calor es fundamental pues su economiacutea estaacute directamente ligada al mismo ya que a diferencia de las plantas con motores alternativos el precio del calor recuperado es esencial en un ciclo simple de turbina de gas
bull Ciclo combinado
Un ciclo combinado ayuda a absorber una parte del vapor generado en el ciclo simple y permite por ello mejorar la recuperacioacuten teacutermica o instalar una turbina de gas de mayor tamantildeo cuya recuperacioacuten teacutermica no estariacutea aprovechada si no se utilizara el vapor en una segunda turbina de contrapresioacuten
En un ciclo combinado el proceso de vapor es esencial para lograr la eficiencia del mismo La seleccioacuten de la presioacuten y la temperatura del vapor vivo se hace en funcioacuten de las turbinas de gas y vapor seleccionadas seleccioacuten que debe realizarse con criterios de eficiencia y economiacutea Por ello se requiere la existencia de experiencias previas e imaginacioacuten responsable para crear procesos adaptados a un centro de consumo que al mismo tiempo dispongan de gran flexibilidad que posibilite su trabajo eficiente en situaciones alejadas del punto de disentildeo
Una variante del ciclo combinado es el ciclo combinado a condensacioacuten
bull Ciclo combinado a condensacioacuten
Variante del ciclo combinado de contrapresioacuten claacutesico se basa en procesos estrictamente cogenerativos Se basa en una gran capacidad de regulacioacuten ante demandas de vapor muy variables
El proceso claacutesico de regulacioacuten de una planta de cogeneracioacuten consiste en evacuar gases a traveacutes del by-pass cuando la demanda de vapor es menor a la produccioacuten y utilizar la post-combustioacuten cuando sucede lo contrario
Bajando sensiblemente su potencia no se consigue su adaptacioacuten a la demanda de vapor debido a una importante bajada en el rendimiento de recuperacioacuten ya que los gases de escapa mantienen praacutecticamente su caudal y bajan ostensiblemente su temperatura Por ellos las peacuterdidas de calor se mantienen praacutecticamente constantes y la planta deja de cumplir los requisitos de rendimiento
Por contra un ciclo de contrapresioacuten y condensacioacuten permite aprovechar la totalidad del vapor generado regulando mediante la
condensacioacuten del vapor que no puede usarse en el proceso produciendo una cantidad adicional de electricidad
Trigeneracioacuten Se basa en la produccioacuten conjunta de calor electricidad y friacuteo
Una planta de trigeneracioacuten es similar a una de cogeneracioacuten a la que se le ha antildeadido un sistema de absorcioacuten para la produccioacuten de friacuteo No obstante existen una serie de diferencias
La trigeneracioacuten permite a la cogeneracioacuten que inicialmente no era posible en centros que no consumieran calor acceder a centros que precisen friacuteo que se produzca con electricidad Facilita a la industria del sector alimentario ser cogeneradores potenciales Asimismo permite la utilizacioacuten de cogeneracioacuten en el sector terciario (hoteles hospitales etc) donde ademaacutes de calor se requiere friacuteo para climatizacioacuten y que debido a la estacionalidad de estos consumos (calor en invierno friacuteo en verano) impediacutea la normal operacioacuten de una planta de cogeneracioacuten claacutesica
Esta modalidad de cogeneracioacuten tiene maacutes aplicaciones
bull Aplicaciones de secado Especialmente en industria ceraacutemica que utilizada atomizadores Son plantas muy simples y econoacutemicas ya que los gases calientes generados por una turbina o un motor se utilizan directamente en el proceso de secado
bull Aplicaciones en la industria textil bull Calefaccioacuten y refrigeracioacuten bull Aplicaciones para industrias medioambientales como plantas
depuradoras de tipo bioloacutegico o de concentracioacuten de residuos o de secado de fangos etc al demandar calor son potencialmente cogeneradoras En estas aplicaciones puede ser un factor importante para la reduccioacuten del coste de tratamiento de os residuos
Motor alternativo En los sistemas basados en motores alternativos el elemento motriz es un motor de explosioacuten El calor recuperable se encuentra en forma de gases calientes y agua caliente ( Circuito Refrigeracioacuten )
Tipo Ventajas Desventajas Amplia gama de aplicaciones Muy fiable Elevada temperatura de la energiacutea teacutermica
Limitacioacuten en los combustibles
Turbina de gas
Rango desde 05 a 100 MW
Tiempo de vida relativamente corto
Gases con alto contenido en oxiacutegeno Rendimiento global muy alto Extremadamente segura
Baja relacioacuten electricidadcalor
Posibilidad de emplear todo tipo de combustibles Larga vida de servicio
No permite alcanzar altas potencias eleacutectricas
Amplia gama de potencias
Turbina de vapor
Coste elevado Pues en marcha lenta
Elevada relacioacuten electricidadcalor Alto rendimiento eleacutectrico Bajo coste
Alto coste de mantenimiento
Tiempo de vida largo
Motor alternativo
Capacidad de adaptacioacuten a variaciones de la demanda
Energiacutea teacutermica muy distribuida y a baja temperatura
- Cogeneracioacuten
-
o Se adapta bien a las zonas aisladas o ultraperifeacutericas
bull SISTEMAS DE COGENERACIOacuteN
Plantas con motores alternativos Utilizan gas gasoacuteleo o fuel-oil como combustible Son muy eficientes eleacutectricamente pero son poco eficientes teacutermicamente El sistema de recuperacioacuten teacutermica se disentildea en funcioacuten de los requisitos de la industria y en general se basan en la produccioacuten de vapor a baja presioacuten (hasta 10 bares) aceite teacutermico y en el aprovechamiento del circuito de alta temperatura del agua de refrigeracioacuten del motor Son tambieacuten adecuadas la produccioacuten de friacuteo por absorcioacuten bien a traveacutes del vapor generado con los gases en maacutequinas de doble efecto o utilizando directamente el calor del agua de refrigeracioacuten en maacutequinas de simple efecto Plantas con turbinas de vapor En estos sistemas la energiacutea mecaacutenica se produce por la expansioacuten del vapor de alta presioacuten procedente de una caldera convencional
El uso de esta turbina fue el primero en cogeneracioacuten Actualmente su aplicacioacuten ha quedado praacutecticamente limitada como complemento para ciclos combinados o en instalaciones que utilizan combustibles residuales como biomasa o residuos que se incineran
La aplicacioacuten conjunta de una turbina de gas y una turbina de vapor es lo que se denomina Ciclo Combinado Plantas con turbinas de gas En los sistemas con turbina de gas se quema combustible en un turbogenerador cediendo parte de su energiacutea para producir energiacutea mecaacutenica Su rendimiento de conversioacuten es inferior al de los motores alternativos pero presentan la ventaja de que permiten una recuperacioacuten faacutecil del calor que se encuentra concentrado en su praacutectica totalidad en sus gases de escape que estaacute a una temperatura de unos 500ordmC idoacutenea para producir vapor en un generador de recuperacioacuten
Se diferencian 2 tipos de ciclos (1) simple cuando el vapor se produce a la presioacuten de utilizacioacuten del usuario y (2) combinado cuando el vapor se produce a alta presioacuten y temperatura para su expansioacuten previa en una turbina de vapor
bull Ciclo simple
Es la planta claacutesica de cogeneracioacuten y su aplicacioacuten es adecuada cuando los requisitos de vapor son importantes (gt10 th) situacioacuten que se encuentra faacutecilmente en numerosas industrias (alimentacioacuten quiacutemica papelera) Son plantas de gran fiabilidad y
econoacutemicamente rentables cuando estaacuten disentildeadas para una aplicacioacuten determinada
El disentildeo del sistema de recuperacioacuten de calor es fundamental pues su economiacutea estaacute directamente ligada al mismo ya que a diferencia de las plantas con motores alternativos el precio del calor recuperado es esencial en un ciclo simple de turbina de gas
bull Ciclo combinado
Un ciclo combinado ayuda a absorber una parte del vapor generado en el ciclo simple y permite por ello mejorar la recuperacioacuten teacutermica o instalar una turbina de gas de mayor tamantildeo cuya recuperacioacuten teacutermica no estariacutea aprovechada si no se utilizara el vapor en una segunda turbina de contrapresioacuten
En un ciclo combinado el proceso de vapor es esencial para lograr la eficiencia del mismo La seleccioacuten de la presioacuten y la temperatura del vapor vivo se hace en funcioacuten de las turbinas de gas y vapor seleccionadas seleccioacuten que debe realizarse con criterios de eficiencia y economiacutea Por ello se requiere la existencia de experiencias previas e imaginacioacuten responsable para crear procesos adaptados a un centro de consumo que al mismo tiempo dispongan de gran flexibilidad que posibilite su trabajo eficiente en situaciones alejadas del punto de disentildeo
Una variante del ciclo combinado es el ciclo combinado a condensacioacuten
bull Ciclo combinado a condensacioacuten
Variante del ciclo combinado de contrapresioacuten claacutesico se basa en procesos estrictamente cogenerativos Se basa en una gran capacidad de regulacioacuten ante demandas de vapor muy variables
El proceso claacutesico de regulacioacuten de una planta de cogeneracioacuten consiste en evacuar gases a traveacutes del by-pass cuando la demanda de vapor es menor a la produccioacuten y utilizar la post-combustioacuten cuando sucede lo contrario
Bajando sensiblemente su potencia no se consigue su adaptacioacuten a la demanda de vapor debido a una importante bajada en el rendimiento de recuperacioacuten ya que los gases de escapa mantienen praacutecticamente su caudal y bajan ostensiblemente su temperatura Por ellos las peacuterdidas de calor se mantienen praacutecticamente constantes y la planta deja de cumplir los requisitos de rendimiento
Por contra un ciclo de contrapresioacuten y condensacioacuten permite aprovechar la totalidad del vapor generado regulando mediante la
condensacioacuten del vapor que no puede usarse en el proceso produciendo una cantidad adicional de electricidad
Trigeneracioacuten Se basa en la produccioacuten conjunta de calor electricidad y friacuteo
Una planta de trigeneracioacuten es similar a una de cogeneracioacuten a la que se le ha antildeadido un sistema de absorcioacuten para la produccioacuten de friacuteo No obstante existen una serie de diferencias
La trigeneracioacuten permite a la cogeneracioacuten que inicialmente no era posible en centros que no consumieran calor acceder a centros que precisen friacuteo que se produzca con electricidad Facilita a la industria del sector alimentario ser cogeneradores potenciales Asimismo permite la utilizacioacuten de cogeneracioacuten en el sector terciario (hoteles hospitales etc) donde ademaacutes de calor se requiere friacuteo para climatizacioacuten y que debido a la estacionalidad de estos consumos (calor en invierno friacuteo en verano) impediacutea la normal operacioacuten de una planta de cogeneracioacuten claacutesica
Esta modalidad de cogeneracioacuten tiene maacutes aplicaciones
bull Aplicaciones de secado Especialmente en industria ceraacutemica que utilizada atomizadores Son plantas muy simples y econoacutemicas ya que los gases calientes generados por una turbina o un motor se utilizan directamente en el proceso de secado
bull Aplicaciones en la industria textil bull Calefaccioacuten y refrigeracioacuten bull Aplicaciones para industrias medioambientales como plantas
depuradoras de tipo bioloacutegico o de concentracioacuten de residuos o de secado de fangos etc al demandar calor son potencialmente cogeneradoras En estas aplicaciones puede ser un factor importante para la reduccioacuten del coste de tratamiento de os residuos
Motor alternativo En los sistemas basados en motores alternativos el elemento motriz es un motor de explosioacuten El calor recuperable se encuentra en forma de gases calientes y agua caliente ( Circuito Refrigeracioacuten )
Tipo Ventajas Desventajas Amplia gama de aplicaciones Muy fiable Elevada temperatura de la energiacutea teacutermica
Limitacioacuten en los combustibles
Turbina de gas
Rango desde 05 a 100 MW
Tiempo de vida relativamente corto
Gases con alto contenido en oxiacutegeno Rendimiento global muy alto Extremadamente segura
Baja relacioacuten electricidadcalor
Posibilidad de emplear todo tipo de combustibles Larga vida de servicio
No permite alcanzar altas potencias eleacutectricas
Amplia gama de potencias
Turbina de vapor
Coste elevado Pues en marcha lenta
Elevada relacioacuten electricidadcalor Alto rendimiento eleacutectrico Bajo coste
Alto coste de mantenimiento
Tiempo de vida largo
Motor alternativo
Capacidad de adaptacioacuten a variaciones de la demanda
Energiacutea teacutermica muy distribuida y a baja temperatura
- Cogeneracioacuten
-
econoacutemicamente rentables cuando estaacuten disentildeadas para una aplicacioacuten determinada
El disentildeo del sistema de recuperacioacuten de calor es fundamental pues su economiacutea estaacute directamente ligada al mismo ya que a diferencia de las plantas con motores alternativos el precio del calor recuperado es esencial en un ciclo simple de turbina de gas
bull Ciclo combinado
Un ciclo combinado ayuda a absorber una parte del vapor generado en el ciclo simple y permite por ello mejorar la recuperacioacuten teacutermica o instalar una turbina de gas de mayor tamantildeo cuya recuperacioacuten teacutermica no estariacutea aprovechada si no se utilizara el vapor en una segunda turbina de contrapresioacuten
En un ciclo combinado el proceso de vapor es esencial para lograr la eficiencia del mismo La seleccioacuten de la presioacuten y la temperatura del vapor vivo se hace en funcioacuten de las turbinas de gas y vapor seleccionadas seleccioacuten que debe realizarse con criterios de eficiencia y economiacutea Por ello se requiere la existencia de experiencias previas e imaginacioacuten responsable para crear procesos adaptados a un centro de consumo que al mismo tiempo dispongan de gran flexibilidad que posibilite su trabajo eficiente en situaciones alejadas del punto de disentildeo
Una variante del ciclo combinado es el ciclo combinado a condensacioacuten
bull Ciclo combinado a condensacioacuten
Variante del ciclo combinado de contrapresioacuten claacutesico se basa en procesos estrictamente cogenerativos Se basa en una gran capacidad de regulacioacuten ante demandas de vapor muy variables
El proceso claacutesico de regulacioacuten de una planta de cogeneracioacuten consiste en evacuar gases a traveacutes del by-pass cuando la demanda de vapor es menor a la produccioacuten y utilizar la post-combustioacuten cuando sucede lo contrario
Bajando sensiblemente su potencia no se consigue su adaptacioacuten a la demanda de vapor debido a una importante bajada en el rendimiento de recuperacioacuten ya que los gases de escapa mantienen praacutecticamente su caudal y bajan ostensiblemente su temperatura Por ellos las peacuterdidas de calor se mantienen praacutecticamente constantes y la planta deja de cumplir los requisitos de rendimiento
Por contra un ciclo de contrapresioacuten y condensacioacuten permite aprovechar la totalidad del vapor generado regulando mediante la
condensacioacuten del vapor que no puede usarse en el proceso produciendo una cantidad adicional de electricidad
Trigeneracioacuten Se basa en la produccioacuten conjunta de calor electricidad y friacuteo
Una planta de trigeneracioacuten es similar a una de cogeneracioacuten a la que se le ha antildeadido un sistema de absorcioacuten para la produccioacuten de friacuteo No obstante existen una serie de diferencias
La trigeneracioacuten permite a la cogeneracioacuten que inicialmente no era posible en centros que no consumieran calor acceder a centros que precisen friacuteo que se produzca con electricidad Facilita a la industria del sector alimentario ser cogeneradores potenciales Asimismo permite la utilizacioacuten de cogeneracioacuten en el sector terciario (hoteles hospitales etc) donde ademaacutes de calor se requiere friacuteo para climatizacioacuten y que debido a la estacionalidad de estos consumos (calor en invierno friacuteo en verano) impediacutea la normal operacioacuten de una planta de cogeneracioacuten claacutesica
Esta modalidad de cogeneracioacuten tiene maacutes aplicaciones
bull Aplicaciones de secado Especialmente en industria ceraacutemica que utilizada atomizadores Son plantas muy simples y econoacutemicas ya que los gases calientes generados por una turbina o un motor se utilizan directamente en el proceso de secado
bull Aplicaciones en la industria textil bull Calefaccioacuten y refrigeracioacuten bull Aplicaciones para industrias medioambientales como plantas
depuradoras de tipo bioloacutegico o de concentracioacuten de residuos o de secado de fangos etc al demandar calor son potencialmente cogeneradoras En estas aplicaciones puede ser un factor importante para la reduccioacuten del coste de tratamiento de os residuos
Motor alternativo En los sistemas basados en motores alternativos el elemento motriz es un motor de explosioacuten El calor recuperable se encuentra en forma de gases calientes y agua caliente ( Circuito Refrigeracioacuten )
Tipo Ventajas Desventajas Amplia gama de aplicaciones Muy fiable Elevada temperatura de la energiacutea teacutermica
Limitacioacuten en los combustibles
Turbina de gas
Rango desde 05 a 100 MW
Tiempo de vida relativamente corto
Gases con alto contenido en oxiacutegeno Rendimiento global muy alto Extremadamente segura
Baja relacioacuten electricidadcalor
Posibilidad de emplear todo tipo de combustibles Larga vida de servicio
No permite alcanzar altas potencias eleacutectricas
Amplia gama de potencias
Turbina de vapor
Coste elevado Pues en marcha lenta
Elevada relacioacuten electricidadcalor Alto rendimiento eleacutectrico Bajo coste
Alto coste de mantenimiento
Tiempo de vida largo
Motor alternativo
Capacidad de adaptacioacuten a variaciones de la demanda
Energiacutea teacutermica muy distribuida y a baja temperatura
- Cogeneracioacuten
-
condensacioacuten del vapor que no puede usarse en el proceso produciendo una cantidad adicional de electricidad
Trigeneracioacuten Se basa en la produccioacuten conjunta de calor electricidad y friacuteo
Una planta de trigeneracioacuten es similar a una de cogeneracioacuten a la que se le ha antildeadido un sistema de absorcioacuten para la produccioacuten de friacuteo No obstante existen una serie de diferencias
La trigeneracioacuten permite a la cogeneracioacuten que inicialmente no era posible en centros que no consumieran calor acceder a centros que precisen friacuteo que se produzca con electricidad Facilita a la industria del sector alimentario ser cogeneradores potenciales Asimismo permite la utilizacioacuten de cogeneracioacuten en el sector terciario (hoteles hospitales etc) donde ademaacutes de calor se requiere friacuteo para climatizacioacuten y que debido a la estacionalidad de estos consumos (calor en invierno friacuteo en verano) impediacutea la normal operacioacuten de una planta de cogeneracioacuten claacutesica
Esta modalidad de cogeneracioacuten tiene maacutes aplicaciones
bull Aplicaciones de secado Especialmente en industria ceraacutemica que utilizada atomizadores Son plantas muy simples y econoacutemicas ya que los gases calientes generados por una turbina o un motor se utilizan directamente en el proceso de secado
bull Aplicaciones en la industria textil bull Calefaccioacuten y refrigeracioacuten bull Aplicaciones para industrias medioambientales como plantas
depuradoras de tipo bioloacutegico o de concentracioacuten de residuos o de secado de fangos etc al demandar calor son potencialmente cogeneradoras En estas aplicaciones puede ser un factor importante para la reduccioacuten del coste de tratamiento de os residuos
Motor alternativo En los sistemas basados en motores alternativos el elemento motriz es un motor de explosioacuten El calor recuperable se encuentra en forma de gases calientes y agua caliente ( Circuito Refrigeracioacuten )
Tipo Ventajas Desventajas Amplia gama de aplicaciones Muy fiable Elevada temperatura de la energiacutea teacutermica
Limitacioacuten en los combustibles
Turbina de gas
Rango desde 05 a 100 MW
Tiempo de vida relativamente corto
Gases con alto contenido en oxiacutegeno Rendimiento global muy alto Extremadamente segura
Baja relacioacuten electricidadcalor
Posibilidad de emplear todo tipo de combustibles Larga vida de servicio
No permite alcanzar altas potencias eleacutectricas
Amplia gama de potencias
Turbina de vapor
Coste elevado Pues en marcha lenta
Elevada relacioacuten electricidadcalor Alto rendimiento eleacutectrico Bajo coste
Alto coste de mantenimiento
Tiempo de vida largo
Motor alternativo
Capacidad de adaptacioacuten a variaciones de la demanda
Energiacutea teacutermica muy distribuida y a baja temperatura
- Cogeneracioacuten
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Gases con alto contenido en oxiacutegeno Rendimiento global muy alto Extremadamente segura
Baja relacioacuten electricidadcalor
Posibilidad de emplear todo tipo de combustibles Larga vida de servicio
No permite alcanzar altas potencias eleacutectricas
Amplia gama de potencias
Turbina de vapor
Coste elevado Pues en marcha lenta
Elevada relacioacuten electricidadcalor Alto rendimiento eleacutectrico Bajo coste
Alto coste de mantenimiento
Tiempo de vida largo
Motor alternativo
Capacidad de adaptacioacuten a variaciones de la demanda
Energiacutea teacutermica muy distribuida y a baja temperatura
- Cogeneracioacuten
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