Faculta de Ingeniería

Laboratorio de Maquinas Térmicas

Practica No 5

Turbina de Gas

Ing. Nieves Saavedra Agustín

Universidad Nacional Autónoma de México

La cogeneración consiste en la producción simultanea por parte del propio usuario de dos tipos de energía útil: habitualmente electricidad y calor. De esta forma se cubren todas las necesidades energéticas del usuario, reduciendo considerablemente las perdidas de energía y lo mas importante la cantidad de combustible utilizado para producirla.

Turbina de gas en la Cogeneración

Principalmente se utilizan cuatro tecnologías de cogeneración:

• Cogeneración con turbina de gas• Cogeneración con turbina de vapor• Cogeneración con motor alternativo• Cogeneración con ciclo combinadoLos diferentes sectores instalan una y otra

dependiendo de la relación de sus necesidades térmicas y eléctricas.

Turbina de gas en la Cogeneración

Turbina de gas en la CogeneraciónAplicaciones de la turbina de gas en la

cogeneración.Sector industrial: automóvil, cerámica, y azulejo,

químico.Sector servicios: hospitales, hoteles y polideportivos.

(lugares donde por ejemplo, se utiliza para obtener agua caliente sanitaria y el calentamiento de las piscinas).

Ofrecen rendimientos eléctricos elevados y un buen aprovechamiento térmico. Además, ex de las tecnologías menos contaminantes, reduce las emisiones CO2, Nox y SO2.

Turbina de Gas

En este arreglo un compresor alimenta aire a alta presión a una cámara de combustión en la que se inyecta el combustible, que al quemarse generará gases a alta temperatura y presión, que a su vez alimentan a la turbina donde se expanden generando energía mecánica que se transforma en energía eléctrica a través de un generador acoplado a la flecha de la turbina.

Turbina de gas en la Cogeneración

Esquema turbina de gas

Turbina de Gas Cogeneración

Diagrama de flujo

Ciclo Brayton

Procesos ideales

(1-2) Compresión Isentrópica

(2-3) Suministro de calor isobárico

(3-4) Expansión Isentrópica

(4-1) Rechazo de calor isobárico

Representación gráfica

Ciclo Brayton

Eficiencias, Calores y Trabajos.

Ciclo Brayton

Modificación del ciclo Brayton

Recalentamiento entre etapas de expansión

Otras modificaciones menores

Uso directo de los gases de combustión

Desde un punto de vista de aprovechamiento energético, esta es una aplicación muy ventajosa. Al no existir intercambiadores de calor y uso de un fluido intermedio para el transporte y acumulación de el calor cogenerada, además de aumentar el rendimiento se disminuyen los costos de instalación.

Cogeneración, Ciclo Brayton

Ciclo básico de producción de vapor

En esta aplicación vamos a utilizar agua/vapor como elemento intermediario de transporte y acumulación del calor cogenerada.

Cogeneración, Ciclo Brayton

Inyección de vapor en la turbina de gas

Se trata de obtener vapor, mediante un recuperador de calor, a partir de los gases calientes de post-combustión. Parte de este vapor se mezcla con el airee de admisión y es inyectado con éste en la cámara de combustión de la turbina. El ciclo termodinámico que sigue la turbina se conoce como Ciclo de Cheng. Mediante este sistema se aumenta el rendimiento eléctrico del sistema (al aumentar el caudal de gas que impele la turbina), a la vez los gases de combustión tienen un contenido menor de óxido de nitrógeno. Obviamente al usar parte del vapor cogenerado para la impulsión de la turbina, disminuye el rendimiento de la producción de vapor dedicado a otros usos. En aquellos casos en que la producciónde electricidad es prioritaria frente a las necesidades de producción de vapor (por ejemplo cogeneración en grandes edificios residenciales, apartamentos, hoteles, etc.) este sistema es muy ventajoso.

Cogeneración, Ciclo Brayton

Cogeneración, Ciclo Brayton

En la actualidad se utiliza principalmente en la aviación.

Su uso es principalmente como plantas de carga de punta.

A futuro se usaran como plantas de base.

Tendencias presentes y futuras 

Se esta desarrollando turbinas que funcionan con fluido de trabajo al helio.

Estas turbinas pueden incrementar entre un 43 y 46% la eficiencia de la conversión termoeléctrica.

Tendencias presentes y futuras

Se encuentran en pruebas turbinas que trabajan con CO2 supercritico.

la eficiencia que proporcianan estas son similares a las de helio pero a temperaturas menores.

Estos sistemas son mas compactos que las turbinas comunes.

Tendencias presentes y futuras

Las turbinas actuales para mejorar su rendimiento en cualquier condición es inyectar vapor de agua en el combustor.

Debido al desarrollo de nuevos materiales se ha podido incrementar las temperaturas de operacion.

Tendencias presentes y futuras

Alimentación de vapor de agua al combustor

  FAIRES, V.M. Thermodynamics. Edit. Macmillan 4a. edici6n, 1962.   LUCINI, M. Turbomáquinas de vapor y de gas. Edit. Dossat S.A., 4a. edición, 1972.   VIVIER, L. Turbinas_de vapor y de gas. Ediciones URMO, 1968.   Enciclopedia Británica. William Benton, Publisher.   VAN WYLEN, Gordon J. Fundamentos de Termodinámica. Limusa-Wesley. Mexico,

1972. P. 361-374.   INTERNET: Pagina: http://www.gas-turbines.com  

Bibliografía

• Jaime Molina Vidal • Sergio García Pérez• Eduardo Ortiz Goudet • Tiznado Urbina Aarón

“Por mi raza hablara el espíritu”

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