Central Térmica de Ciclo Combinado
Una central térmica de ciclo combinado transforma la energía calorífica, producida por una combustión, en energía eléctrica mediante dos c iclos termodinámicos continuos. El funcionamiento del primer ciclo se basa en el funcionamiento del Ciclo Brayton y toma lugar en una turbina de gas. Y el segundo ciclo toma lugar en una turbina de vapor y re rige por el Ciclo Rankine.
Funcionamiento: El proceso de obtención de energía eléctrica en una central térmica de ciclo combinado comienza cuando un combustible, ya sea gas natural (normalmente utilizado ya que es más limpio, no contiene azufre y produce menos CO2) petróleo o carbón, es impulsado a la cámara de combustión donde es mezclado con aire comprimido, producido por un compresor. Ambos, compresor y cámara de combustión, o caldera, se encuentran junto o dentro de la turbina de vapor. Una vez dentro de la cámara, el combustible y el aire se mezclan y combustionan, produciendo gases a muy altas temperaturas. Dichos gases se dirigen a la turbina de gas, se expansionan y su energía calorífica se transforma en energía mecánica produciendo el movimiento de los ejes de la turbina. Parte de la potencia producida se dirige al rotor del generador, que esta acoplado a la turbina, produciendo la energía eléctrica buscada. El rendimiento de la turbina aumenta con la temperatura de entrada de los gases, que alcanzan unos 1.300 ºC, y salen de la última etapa de expansión en la turbina a unos 600 ºC. Para aprovechar las altas temperaturas que los gases siguen teniendo, se los dirige a una caldera llamada recuperadora de calor donde se encuentra un sistema de tuberías conectadas llenas de agua en movimiento. Este fluido es calentado por los gases, generando el vapor de agua a presión. A partir de este proceso, se pasa a un ciclo de vapor/agua (Ciclo Rankine). El vapor de agua es llevado a la turbina de vapor donde se expande y ocurre un proceso muy similar al producido en la turbina de gas; el vapor al tener presión ejerce una fuerza sobre la turbina generando el accionamiento de la mi sma. A su vez, este accionamiento, a través de un eje, genera el movimiento del rotor del generador, transformando la energía mecánica en energía eléctrica. Fuera de la tubería de vapor se encuentra el condensador, constituido por un sistema de tuberías con circulación de agua fría, proveniente del mar o río. La función de dicho condensador es licuar el vapor, es decir, convertirlo en agua para volver a utilizarlo en la caldera de recuperación de calor. Y así comenzar un nuevo ciclo.
Partes: Turbina de Gas: La turbina de gas es un motor de combustión interna que transforma en energía mecánica la energía de combustión de un gas o de un líquido. Constituye el núcleo de la central de ciclo combinado y consta de diferentes etapas de válvulas fijas y móviles para la expansión de los gases Una turbina de gas simple consta de dos secciones principales: Compresor: El compresor está formado por una serie de válvulas fijas y móviles a través de las
cuales se comprime el aire de de la presión atmosférica (0.98 bar) hasta la presión necesaria para la combustión (2 bar). El aire comprimido se utiliza como comburente en la combustión y una parte pequeña se utiliza para refrigerar algunas partes de la turbina de gas. Cámara de combustión: En esta zona se mezcla el combustible con el aire comprimido y se
produce la combustión. En el interior encontramos los quemadores, dispuestos en dos anillos de 24 quemadores cada uno. Su diseño y disposición es de vital importancia para tener una buena combustión y minimizar las emisiones.
Caldera de recuperación: La caldera de recuperación está formada por una serie de tubos dispuestos en posición
horizontal. Por el interior de estos circula la mezcla agua-vapor y por l a parte exterior circulan los gases de combustión que provienen de la turbina de gas. Los gases generados en la combustión salen de la turbina de gas a temperaturas superiores a 600ºC, Este hecho se aprovecha para recuperar esta energía en la caldera de recuperación para producir vapor que se utilizará como alimentación en la turbina de vapor.
Turbina de Vapor En esta turbina se transforma la energía del vapor en energía cinética del rotor. La turbina está formada por una serie de válvulas fijas y móviles a través de los cuales se expande el vapor y hace girar el rotor de la turbina. La turbina de vapor es más robusta que la turbina de gas, ya que la presión del vapor a la entrada de la turbina es más alta que la presión de entrada del gas. No obstante la refrigeración de la turbina no es necesaria porque la temperatura del vapor es menor que la temperatura del gas.
La turbina de gas y la turbina de vapor pueden estar acopladas a un mismo generador mediante un embrague hidráulico, esta disposición permite el funcionamiento independiente de la turbina de gas.