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CICLOS COMBINADOS
El ciclo de vapor binario que se analiza posteriormente es una de esas modificaciones. Otra modificación aún más extendida incluye un ciclo de potencia de gas que remata a un ciclo de potencia de vapor, esto se denomina ciclo combinado de gas y vapor, o sólo ciclo combinado. El ciclo combinado que más interesa es el ciclo de turbina de gas (Brayton), el cual remata al ciclo deturbina de vapor (Rankine), y que tiene una eficiencia térmica más alta que cual quiera de los ciclos ejecutados individualmente.
Los ciclos característicos de turbina de gas operan a temperaturas considerablemente más altas que los ciclo de vapor. La temperatura máxima del fluido a la entrada de la turbina está cerca de los 620 °C (1 150 °F) en las centrales eléctricas de vapor modernas, pero sonsuperiores a los 1 425 °C (2 600 °F) en las centrales eléctricas de turbina de gas. Su valor es superior a 1 500 °C en la salida del quemador en los turborreactores. El uso de temperaturas más elevadas en las turbinas de gas ha sido posible gracias a los recientes desarrollos en el enfriamiento de los álabes de la turbina y en el revestimiento de éstos con materiales resistentes a las altastemperaturas, como cerámicas. Debido a la temperatura promedio más alta a la cual se suministra el calor, los ciclos de tur bina de gas tienen un potencial mayor para eficiencias térmicas más elevadas. Sin embargo, los ciclos de turbina de gas tienen una desventaja inherente: el gas sale de la turbina a tempera tu ras muy al tas (por lo general arriba de 500 °C), lo que cancela cualquier gananciapotencial en la eficiencia térmica. Esto se puede mejorar un poco utilizando la regeneración, pero la mejoría será limitada.
Desde el punto de vista de la ingeniería, es conveniente aprovechar las características deseables del ciclo de turbina de gas a altas temperaturas y utilizar los gases de escape de alta temperatura como fuente de energía en un ciclo en un intervalo de temperaturas menores, comoun ciclo de potencia de vapor. El resulta do es un ciclo combinado de gas y vapor, como se muestra en la figura 10-25. En este ciclo, la energía se recupera de los gases de escape y se transfiere al vapor en un intercambiador de calor que sirve como caldera. Generalmente más de una turbina de gas se necesita para su ministrar suficiente calor al vapor. Además, el ciclo de vapor pudiera implicar regeneración, así como recalentamiento. La energía para el proceso de recalentamiento puede ser su ministrada que mando algún combustible adicional en los gases de escape ricos en oxígeno.
Los recientes desarrollos tecnológicos para las turbinas de gas han logrado que el ciclo combinado de gas y vapor resulte muy atractivo desde el punto de vista económico, ya que el ciclo combinado aumenta laeficiencia sin incrementar mucho el costo inicial. Así, muchas centrales eléctricas nuevas operan en ciclos combinados, y muchas centrales de vapor o de turbina de gas existentes se están convirtiendo en centrales de ciclo combinado. Como resultado de esta con versión, se han reportado eficiencias térmicas muy por encima de 40 por ciento.










Figura 10-25 central eléctrica combinada de gas yvapor
Ciclos binarios de vapor
Con la excepción de unas cuantas aplicaciones especializadas, el fluido de trabajo que se usa predominantemente en los ciclos de potencia de vapor es el agua. Es te líquido es el mejor fluido de trabajo disponible en la actualidad, pero está lejos de ser el ideal. El ciclo binario es un intento por superar algunas de las deficiencias del agua y aproximarse al fluido detrabajo ideal, mediante el empleo de dos fluidos. Antes de analizar el ciclo binario, se enumeran las características del fluido de trabajo más apropiado para los ciclos de potencia de vapor:
1. Una temperatura crítica elevada y una presión máxima segura. Una temperatura crítica superior a la máxima temperatura permitida metalúrgicamente (cerca de 620 °C) permite transferir isotérmicamente una...