Refrigeración

UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI)
INGENIERO INDUSTRIAL

PROYECTO FIN DE CARRERA

OPTIMIZACIÓN DE UN SISTEMA DE
REFRIGERACIÓN AIRE-COMBUSTIÓN
DE TURBINA DE GAS

AUTOR:

Miguel Fernández Sanz
MADRID, Junio 2007

OPTIMIZACIÓN DE UN SISTEMA DE REFRIGERACIÓN
AIRE-COMBUSTIÓN DE TURBINA DE GAS.
Autor: Fernández Sanz, Miguel
Director:Merchán Teyssiere, Antonio
Entidad colaboradora: Empresarios Agrupados

RESUMEN DEL PROYECTO
Con este proyecto se ha evaluado la viabilidad, técnica y económica, de la incorporación
de equipos enfriadores del aire de admisión en un ciclo de turbina de gas.
Si se enfría el aire a la entrada de una turbina de gas, aumentará la densidad del aire y
por tanto el flujo másico y la potencia, lo quesupone un incremento de la capacidad de
la centrales que usen equipos de refrigeración del aire de admisión.
Este estudio se ha realizado mediante el análisis comparativo de dos modelos, el modelo
básico del ciclo de turbina de gas de Brayton CBT y el modelo del ciclo de Brayton que
incorpora los equipos de refrigeración del aire de entrada a la turbina.
En el estudio técnico se han evaluado lapotencia y el rendimiento de la instalación en
los dos modelos definidos, para un emplazamiento base, con unas condiciones de diseño
(29ºC de temperatura ambiente, 101,3kPa de presión y un 60% de humedad relativa del
aire) y para diferentes modificaciones de las condiciones del aire de admisión. Con el
modelo básico se han evaluado los efectos, en la potencia y rendimiento, de la variaciónde las condiciones de admisión del aire en la turbina de gas. En el modelo del ciclo que
incorpora los equipos de refrigeración, se evalúan los cambios en la potencia obtenida y
el rendimiento, al modificarse el sistema. En el estudio diferencial de los dos modelos,
se han comparando los resultados de los dos modelos para las mismas temperaturas
ambiente.
El incremento de potencia eléctricaobtenido con los equipos refrigeradores del aire con
respecto al modelo básico, para las condiciones de diseño, es del 6,2%, mientras que el
incremento del rendimiento de la instalación es del 1,5%. La figura I.1 muestra el
incremento de potencia obtenido con los equipos refrigeradores, para diferentes

temperaturas ambiente, observándose que el incremento siempre es positivo. El
incrementose hace más acusado cuando mayor es la temperatura ambiente.
7

∆potencia

∆potencia(%)

6

5

4

3

2

1

0
10

14,5

19

23,5

28

32,5

TAE [ºC]
Fig. I.1– Incremento de la Potencia eléctrica en función de la temperatura del aire de entrada

En la figura I.2 se observa como el rendimiento de la instalación con los equipos
refrigeradores es menor que sinellos, para temperaturas menores de 20ºC, mejorando
progresivamente, con los nuevos equipos, para mayores temperaturas ambiente.
0,3025
SIN CHILLER

0,3

CON CHILLER

0,2975

ηinstalacion

0,295

0,2925

0,29

0,2875

0,285

0,2825

0,28

13,5

18

22,5

TAE(ºC)

27

Fig. I.2 –Variación del rendimiento en función de la temperatura del aire de entrada.

Para elanálisis de la viabilidad económica, se ha evaluado la rentabilidad de la inversión
en los equipos refrigeradores del aire, mediante el estudio de la diferencia de implantar
la mejora respecto a no implantarla, observando los distintos índices de rentabilidad
obtenidos (TIR, VAN y PR). El estudio se ha realizado a 30 años, evaluándose la
rentabilidad, tanto para las condiciones ambientalesanuales del emplazamiento base,
como para emplazamientos con distintos repartos anuales de temperaturas.
Para el emplazamiento base, con una utilización de los equipos del 90% de las 8760
horas anuales, se ha obtenido un VAN de 4,633 millones de euros, una TIR del 23,63%
y un PR de 6 años. El coste nivelado de generación es de 122,2 e/MWh, siendo 114,4
e/MWh la parte relativa al coste del...