Generación mediante turbinas de gas

n la figura se muestra una turbina de gas integrada con el proceso. El sistema consiste esencialmente en un compresor montado sobre el mismo eje que la turbina. El aire entra en el compresor, donde se comprime antes de entrar en una cámara de combustión. En la cámara de combustión aumenta la temperatura del aire, y la mezcla de aire y gases de combustión se expande en la turbina. La energíaaportada a los gases durante la combustión es suficiente para producir trabajo neto en el eje y mover el compresor. El gas expandido puede liberarse directamente a la atmósfera o usarse para precalentar el aire que entra en la cámara de combustión (como ocurre en la figura ).

Figura: Integración de una turbina de gas con el proceso

Como ocurría con las turbinas de vapor, si no existiesenpérdidas de energía, la conversión de calor en trabajo tendría un rendimiento aparente del 100%. Las pérdidas de calor a la atmósfera (debida la entalpía de los gases liberados) reducen el rendimiento de la conversión. El rendimiento global depende del perfil de los gases durante la expansión, la temperatura de pinch y la forma de la curva grand compuesta del proceso.



Tabla: Corrientes del ejemploCorriente
N^o Tipo (^oC) (^oC) (MW ^oC)
1 Caliente 450 50
2 Caliente 50 40
3 Fría 30 400
4 Fría 30 400
5 Fría 120 121




Tabla: Tabla del diagrama de cascada para el ejemplo
(^oC) Flujo de calor (MW)
440
410
131
130
40
30


Figura: Curvas grand compuestas para el ejemplo

Ejemplo 5
En la tabla se dan los datos de lascorrientes de un proceso. Se ha escogido una diferencia mínima de temperaturas de min ^oC. La tabla del problema se da en la tabla , donde se indican el flujo de calor en cada etapa del diagrama de cascada. Este proceso requiere MW de potencia para hacer funcionar diversos equipos. Se ha decidido integrar una instalación de cogeneración con el proceso, y se han de evaluar, desde el punto de vistaeconómico, dos alternativas:
Una turbina de vapor, cuya salida es vapor saturado a ^oC, que se usa para calentar las corrientes del proceso. Un generador de vapor produce vapor de sobrecalentado a bar y ^oC. El vapor sobrecalentado se expande en la turbina (de una sola etapa), con un rendimiento iséntropico del . Calcular el trabajo máximo que es posible producir, si integramos la turbina devapor con el proceso.
Otra posibilidad es emplear una turbina de gas, con un caudal de aire de kg s. La temperatura de los gases a la salida de la turbina es de ^oC. Calcular el trabajo neto producido si la turbina tiene un rendimiento del . La temperatura ambiente es de ^oC.
El precio de la energía generada a partir del fuel para la turbina de gas es de GW. El precio de la electricidadimportada de GW. Se puede exportar electricidad a un precio de GW. El precio de la energía generada por el fuel para la turbina de vapor es de GW. El rendimiento global del circuito de vapor y de la generación de vapor es del ¿Qué alternativa resulta más rentable?
Solución:
. Turbina de vapor
En la figura a se muestra la curva grand compuesta, que se ha empleado para integrar la turbina devapor. De esta figura, podemos averiguar que:
Flujo de calor que debe aportar el vapor MW

De las tablas de vapor, para el vapor a la entrada de la turbina, ^oC y bar, obtenemos
kJ kg
kj kg K

Para el vapor a la salida de la turbina, expansión iséntropica hasta ^oC, obtenemos
bar
kj kg K

La fracción de líquido (ó título), , puedecalcularse a partir de


donde es la entropía del líquido saturado, y la del vapor saturado. Consultando estos valores en las tablas de vapor (para ^oC y bar), tenemos



La entalpía del vapor a la salida de la turbina es


donde es la entalpía del líquido saturado y la del vapor saturado. Consultando de nuevo las tablas de vapor, obtenemos

kJ kg...