generacion de energia electrica

4 Tecnologías de generación de energía eléctrica a partir de
biogás.
4.1 Turbinas y microturbinas.
Generalmente las plantas con turbina de gas se utilizan para cubrir cargas pico, como
sistema de respaldo o bien, si se tiene acceso a un combustible barato, para cubrir la carga
base. Los componentes básicos de una planta con turbina de gas son: un compresor, una
cámara de combustión y unaturbina.

Figura 4.1 Modelo del funcionamiento de una planta con turbina de gas.
Se absorbe aire del ambiente y se comprime en el compresor, éste aire es dividido a la
entrada de la cámara de combustión; parte de éste es usado para la combustión, y la otra
parte actuará como enfriador. En la cámara de combustión es introducido el biogás y la
combustión toma lugar. A la salida de la cámara seune el aire para enfriar con los gases
de combustión para pasar a la turbina a una temperatura adecuada, donde se expanden y
transfieren su energía a ésta, para finalmente ser expulsados [17].

Figura 4.2 Cámara de combustión
Aproximadamente 2/3 de la potencia desarrollada por la turbina son utilizados para
accionar al compresor el resto se utiliza para producir la potencia eléctrica. Laturbina de
gas debe ser arrancada con un motor, mientras el compresor corre lo suficientemente
rápido para alcanzar los valores adecuados para proporcionar el trabajo deseado. Si la
turbina de gas acciona a un generador con excitador independiente, éste puede usarse
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como motor de arranque para la turbina [17]. El ciclo ideal que sirve de modelo para el
estudio de este tipo de plantas es elBrayton.

Figura 4.3

a) Diagrama P-v

b) Diagrama T-s

A éste modo de operación (Fig. 4.1) se le conoce como ciclo abierto y en ésta modalidad
se obtiene alrededor del 25% de eficiencia. Para mejorar ésta, se puede optar por la
adición de un intercambiador de calor para aprovechar la energía en los gases de escape
lo que incrementa la eficiencia hasta 40%. La forma en que se aprovechaéste calor es
transferirlo de los gases de desecho al aire que sale del compresor para la cámara de
combustión con lo que disminuye el calor necesario para calentar los gases para la entrada
de la turbina. La potencia de salida de la planta no se incrementa pero la disminución en la
cantidad de combustible quemado mejora la eficiencia.

Figura 4.4 Planta con turbina de gas en ciclo cerrado.Las microturbinas de gas son máquinas de combustión basadas en el mismo principio que
las turbinas convencionales con potencias en el rango de 20 kW a 500 kW. Las diferencias
principales entre estas y las turbinas de gas son que generalmente trabajan con un
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intercambiador de calor y que la salida del generador es corriente eléctrica de alta
frecuencia, por lo que es necesaria laincorporación de un rectificador AC/DC y de un
inversor que permita obtener una corriente alterna trifásica adecuada [10].

Figura 4.5 Planta de generación con microturbina de gas.

4.2 Motor de combustión interna.
Los motores de combustión interna pueden ser de dos tipos: de encendido por chispa y de
encendido por compresión. Su eficiencia normalmente no excede 30-45%. Los ciclos
ideales paramodelar este tipo de motores son el ciclo Otto y el Diesel respectivamente.

4.2.1 Motores de combustión interna de encendido por chispa.
Los motores de encendido por chispa o motores Otto pueden funcionar con 100% de
biogás como combustible. Por ejemplo para la alimentación de gas se requieren elementos
extra para su pre-compresión. Pre-comprimiendo y posteriormente enfriando la mezcla laeficiencia puede incrementarse en un factor de 1.5 [10].
En un motor Otto el aire y el combustible entran a través del carburador, cuya función es
mezclarlos. Ésta mezcla se comprime hasta una temperatura menor a la de autoencendido, con el aumento de la relación de compresión aumenta la eficiencia pero si se
alcanza la temperatura de auto-ignición el combustible puede “quemarse” antes de...