Ciclo combinado

Ciclo combinado
La eficiencia total de una central eléctrica se puede aumentar al utilizar un ciclo combinado. el ciclo combinado más utilizado es el ciclo combinado de gas y vapor, en el que una turbina de gas opera en el intervalo de alta temperatura mientras que un ciclo turbina de vapor opera en el intervalo de baja temperatura.
El vapor se calienta mediante los gases de escape de altatemperatura que salen de la turbina de gas. Los ciclos combinados tienen una eficiencia mayor que cuando se usan los ciclos de vapor o de gas por separado.
CICLO BRAYTON: EL CICLO IDEAL PARA LOS MOTORES DE TURBINA DE GAS.
Sigue un ciclo ya sugerido por Joule, por lo que también se denomina ciclo Joule.
Actualmente se usa en plantas de energía eléctrica a turbina de gas, en vehículos terrestres yaviones.
Su principal ventaja es al aplicarlo en una máquina de movimiento rotativo.
Actualmente se utiliza en turbinas de gas donde los procesos tanto de compresión como de expansión suceden en maquinaria rotatoria. Las turbinas de gas generalmente operan en un ciclo abierto, como se observa en la figura 1. Se introduce aire fresco en condiciones ambiente dentro del compresor, donde sutemperatura y presión se eleva. El aire de alta presión sigue hacia la cámara de combustión, donde el combustible se quema a presión constante. Los gases de alta temperatura que resultan entran a la turbina, donde se expanden hasta la presión atmosférica, produciendo potencia. Los gases de escape que salen de la turbina se expulsan hacia fuera (no se recirculan), causando que el ciclo se clasifique como unciclo abierto.

FIGURA 1.- Un motor de turbina de gas de ciclo abierto.
El ciclo de turbina de gas abierto descrito anteriormente puede modelarse como un ciclo cerrado, como se indica en la figura 2. En este caso los procesos de compresión y expansión permanecen iguales, pero el proceso de combustión se sustituye por uno de adición de calor a presión constante desde una fuente externa,mientras que el proceso de escape se reemplaza por otro de rechazo de calor a presión constante hacia el aire ambiente.

Figura 2.- Un motor de turbina de gas de ciclo cerrado


Compresión isentrópica (en un compresor)
Adición de calor a presión constante
Expansión isentrópica (en una turbina)
Rechazo de calor a presión constante

Compresión isotrópica.
Adición de calor a presiónconstante.
Expansión isotrópica.
Rechazo de calor a presión constante.
La temperatura más alla en el ciclo ocurre al final del proceso de combustión (estado 3) y está limitada por la temperatura máxima que los alabes de la turbina pueden resistir. Esto también limita las relaciones de presión que pueden utilizarse en el ciclo.
En turbinas de gas el aire realiza dos importantes funciones: suministrael oxidante necesario para la combustión del combustible y sirve como un refrigerante para mantener la temperatura de diversos componentes dentro de límites seguros. La segunda función se realiza al extraer más aire del necesario para la combustión completa del combustible. En turbinas de gas una relación de masa de aire y combustible de 50 o mayor es muy común. Por lo tanto, en un análisis delciclo, considerar como aire a los gases de combustión no causará un error significativo.
Las dos principales áreas de aplicación de las turbinas de gas son la propulsión de aviones y la generación de energía eléctrica. Las turbinas de gas también se utilizan como centrales eléctricas estacionarias que producen energía eléctrica como unidades independientes o en conjunto con las centrales eléctricasde vapor en el lado de alta temperatura. En estas centrales los gases de escape de las turbinas de gas sirven como fuente de calor para el vapor. El ciclo de turbina de gas también puede ejecutarse como un ciclo cerrado para su utilización en centrales nucleares, en las que el fluido de trabajo no se limita al aire y puede emplearse un gas con características más convenientes (como el helio)....