INTRODUCCION

En este trabajo Se plantea y estudia el tema de las centrales de ciclo combinado; A travs de este trabajo, se abordar el panorama energtico de las diversas fuentes de generacin de energa hasta llegar a la generacin elctrica mediante el ciclo combinado, teniendo una perspectiva a nivel mundial y nacional de sus alcances; se definirn los principios y generalidades del ciclo combinado, adems de las caractersticas relevantes de la configuracin de los elementos que conforman la generacin de energa elctrica mediante este proceso, como son la turbina de gas, la turbina de vapor, el recuperador de calor generador de vapor, etc., que darn el conocimiento para sustentar el anlisis termodinmico aplicable a los ciclos de gas, vapor y combinados.

CAPITULO IGENERACION DE ENERGA Y CENTRALES TERMICAS DE CICLO COMBINADO1.1 GENERACIN DE ENERGA MEDIANTE CICLO COMBINADO.La necesidad de bajos niveles de emisin de contaminantes y de alta eficiencia energtica, ha trado el desarrollo de las centrales trmicas de vapor y de gas natural. Una central termoelctrica de tipo vapor es una instalacin industrial, donde la energa qumica del combustible se transforma en calorfica para producir vapor, ste se conduce a la turbina, donde la fuente cintica se convierte en mecnica, transmitindose al generador para producir electricidad.Si bien las centrales convencionales de vapor (termoelctricas) figuran entre las ms contaminantes de los tipos de generacin de electricidad, su arraigo en la totalidad de los pases se debe a que los combustibles fsiles como el combustleo, el carbn y el coque de petrleo, seguirn siendo durante algunas dcadas la principal fuente de energa utilizada para la produccin de electricidad.Las centrales de gas natural tambin representan una opcin viable en el campo de las trmicas, siendo su combustible principal el gas natural; la generacin de energa elctrica en las unidades de turbo-gas se realiza directamente de la energa cintica, resultante de la expansin de aire comprimido y los gases de combustin.En el ciclo de turbo gas, la turbina est unida al generador de rotor, dando lugar a la produccin de energa elctrica. Los gases de la combustin, se descargan directamente a la atmsfera despus de trabajar. En los sistemas de generacin de electricidad mediante gas, la emisin de contaminantes se ve reducida considerablemente, mientras que la eficiencia trmica se ve mejorada respecto al ciclo convencional de vapor utilizado en las centrales termoelctricas.Desde el punto de vista operativo, el breve tiempo de arranque y la variacin a la inconsistencia de la demanda, la turbina de gas satisface cargas de suministro y capacidad de un sistema elctrico demandante.1.1.1 CARACTERSTICAS GENERALES DEL CICLO COMBINADO.Tcnicamente, un ciclo combinado est constituido por tres elementos: una turbina de gas, una caldera de recuperacin de calor y una turbina de vapor. La turbina de gas genera energa elctrica mediante la combustin de gas natural. Los gases de escape procedentes de la combustin, se introducen en un intercambiador de calor que se conoce como caldera de recuperacin. En ella el agua aprovecha el calor residual de los gases de escape de la turbina de gas para generar vapor que se aprovecha en la turbina de vapor, incrementando la produccin total de energa elctrica.

Fig. 1.1. Esquema simplificado de un sistema de ciclo combinado.Las plantas de potencia de ciclo combinado pueden ser sin alimentacin o con alimentacin suplementaria, en este ltimo caso, se alimenta combustible adicional a una caldera de vapor, y la turbina puede ser una parte ms bien pequea de toda la planta. En el sistema sin alimentacin, la seccin de vapor es auxiliar para la turbina de gas y, por lo comn, est controlada automticamente a aquella. En el sistema sin alimentacin, pueden obtenerse tanto como un 40% adicional de potencia, sin quemar combustible adicional. Como consecuencia, la eficiencia trmica global es muy alta (alrededor de 40% en las turbinas modernas. (Avallone & Baumeister, 1999, p. 9-133).

Fig. 1.2. Central trmica de ciclo combinado.

1.1.2 COMBUSTIBLE.El gas natural ha probado ser un combustible ideal para las turbinas de gas y para las centrales de ciclo combinado. El gas natural se encuentra en yacimientos subterrneos por separado o asociado al petrleo. El gas natural licuado (liquefied natural gas o LNG por sus siglas en Ingls) es gas natural que ha sido procesado para ser transportado en forma lquida, por cuestiones de ubicacin de las centrales de energa, su composicin es una mezcla de hidrocarburos que por lo comn contiene propano, butano, isobutano, que generalmente se extraen del gas natural, y en menor grado propileno o butileno. El gas natural es transportado como lquido a presin atmosfrica y a -162 C donde la licuefaccin reduce en 600 veces el volumen de gas transportado. (Avallone & Baumiester, 1999, p. 7-20)Durante 2001, las reservas mundiales de gas natural se incrementaron 3.3% respecto al ao anterior para totalizar 5,477 billones de pies cbicos. En los ltimos 10 aos stas se han incrementado a una tasa anual de 2.3%, en contraste con las reservas de petrleo crudo que lo han hecho a 0.5% anual. De esta forma, la relacin reservas / produccin del gas natural es de 62 aos, en tanto que la de petrleo es 40 aos.Durante 2001, la produccin mundial de gas seco se increment 1.7% respecto al ao anterior y 2% anual en los ltimos 10 aos. En Norteamrica se produjo 30.9% de la produccin mundial: 22.5% en Estados Unidos, 7% en Canad y 1.4% en Mxico.Se estima que la demanda de gas natural presentar la mayor tasa de crecimiento respecto a los dems combustibles con un incremento de 3.2% anual durante el periodo 1999-2015, en tanto que la de petrleo 2.2% anual y el carbn 1.8% anual.El mayor dinamismo en el consumo de gas natural se dar en los pases en desarrollo, principalmente en Asia, Centro y Sudamrica con 5.7% anual, en donde la demanda de energa crecer alrededor de 4% anual, mientras que en los pases industrializados el incremento en el consumo de este combustible ser de 2.5% anual.En los pases industrializados, como en los pases en desarrollo, el mayor consumo de gas natural responde a su creciente uso para generar electricidad por sus ventajas ambientales y econmicas. Adems, en los pases en desarrollo su mayor uso ser resultado de su aplicacin en el sector industrial y el rpido desarrollo de estos mercados.Los precios del petrleo y el gas experimentarn una fuerte tendencia a la alza en relacin con los niveles actuales. Con arreglo a las proyecciones, en 2030 el precio del petrleo alcanzar los 35 euros por barril, mientras que los precios del gas sern de 28, 25 y 33 euros por barril en los mercados euroafricano, americano y asitico, respectivamente. Se prev una importante disminucin de los diferenciales regionales de los precios del gas, como consecuencia de unas combinaciones de abastecimiento ms comparables. En los prximos aos el gas natural continuar manteniendo el atractivo propio de un hidrocarburo eficiente y no contaminante, con una fuerte opcin para modificar la matriz energtica en los pases, reduciendo con ello, la dependencia de otros hidrocarburos que no presentan iguales ventajas.1.2 PANORAMA ACTUAL: PER Y EL MUNDO1.2.1 LAS CENTRALES DE CICLO COMBINADO EN EL MUNDO.Respecto a lo tratado hasta el momento en este trabajo, entre una central de gas y una de vapor se pueden tomar las caractersticas principales efectivas como: la alta eficiencia, la reduccin de contaminantes por parte de las centrales de gas natural y una rentabilidad garantizada por parte de las centrales de vapor; todo ello aunado a una situacin de mercado liberalizado que persigue objetivos como el de garantizar el suministro elctrico la calidad de dicho suministro y disminuir el coste, todo ello sin olvidar la proteccin al medio ambiente.Las ventajas del gas natural como combustible limpio frente al carbn o el petrleo y la flexibilidad de operacin convierte a la generacin de energa elctrica, mediante centrales de gas y vapor acopladas trmicamente llamadas ciclos combinados, en energa eficaz, limpia, y de carcter masivo; a su vez distribuido en los centros de consumo.El uso de este tipo de tecnologa en el mundo tiene un volumen importante de utilizacin, siendo Rusia, Canad, Alemania, Espaa, Estados Unidos y Suecia, los pases con el mayor porcentaje de produccin de energa utilizando el ciclo combinado.Segn datos del Departamento de Energa de los Estados Unidos de Amrica, el 90% de las nuevas plantas de generacin elctrica que se construirn hasta el ao 2020, sern Centrales de Ciclo Combinado de gas natural, con una potencia instalada superior a 360 GW. En la unin europea por su parte, en el ao 2000, el 15% de la energa elctrica fue producida a partir de gas natural. Para el ao 2020, se prev que el 30% de la energa elctrica europea sea generada mediante ciclo combinado de gas natural. En Rusia el uso de este tipo de plantas est en pleno auge cubriendo casi el 6% de la generacin total de energa. En Espaa hay actualmente proyectadas un total de 69 nuevas centrales de ciclo combinado, que suman una potencia total de 50.096 MW, representando el 30.4% de la generacin elctrica.1.2.2 LAS CENTRALES DE CICLO COMBINADO EN EL PERa) Ventanilla Ubicacin: Callao Operador: Endesa Etevensa Configuracin: 492-MW, 2 +1 de ciclo combinado de bloque con V84.3A1 urbinas de gas Combustible: gas natural, petrleo, Operacin: 1998-2006 HRSG Proveedor HRSG:? T / G proveedor: Siemens EPC: Siemens, Abengoa, ingendesa, Duro Felguera Los hechos: El Dos de fuel de 110 MW Westinghouse W501D5 mquinas fueron instaladas en Ventanilla, en 1993-1994. Estos fueron reemplazados por las mquinas ms grandes Siemens en 1998. En septiembre 2004, Ventanilla se cambi al gas natural desde el yacimiento de Camisea. En 2006, la planta se convirti en ciclo combinado de la operacin, la central de ciclo combinado por primera vez en el Per.

b) Chilca Kallpa (ciclo combinado en el ao 2012) Ubicacin: Caete Operador: Kallpa Generacin SA configuracin: 1 x 180 MW W501FD3, 1 x 194 MW SGT6-5000F, 1 x 196 MW SGT6-5000F turbinas de gas Combustible: gas natural Operacin: 2007-2010 T / G proveedor: Siemens EPC: Worley, Inkia Los hechos: Kallpa Generacin fue fundada como Globeleq Per en 2005. En junio 2007 Inkia Energy, una subsidiaria de Israel Corp, adquiri los activos de Globeleq en Amrica Latina y el Caribe. En noviembre de 2009, Quimpac SAA adquiri una participacin del 25,1% en Kallpa Generacin. The. La central elctrica utiliza el gas de los campos de Camisea. Uni-1 se puso en lnea el 01 de julio 2007, seguido por la Unidad-2 de junio 2009, y la Unidad 3-marzo 2010. Kallpa se va a convertir a la operacin de ciclo combinado en el ao 2012, momento en el que ser la mayor planta de energa trmica en el pas.c) Chilca Uno (ciclo combinado entre en operacin comercial en el segundo trimestre de 2013) Ubicacin: Caete Operador: Suez EnerSur configuracin: 2 x 174 MW de turbinas de gas V84.3A Combustible: gas natural Operacin: 2006-2007 T / G proveedor: Siemens EPC: Siemens Los hechos: Quince meses despus de la "Orden de inicio", el presidente peruano, Alan Garca Prez y SUEZ Energy International CEO Dirk Beeuwsaert inaugur Chilca, la primera planta de energa dedicada al uso de gas del yacimiento de Camisea. La nueva planta es 64 kilometros al sur de Lima y se conecta a la red a travs de una nueva subestacin de 220 kV y una corbata de lnea.. Una mquina idntica fue comisionada el 8 de agosto de 2007. La inversin total requerida para las dos unidades fue de US $ 120mn.

CAPITULO IITECNOLOGIA DE LAS CENTRALES DE CICLO COMBINADO2.1 PRINCIPIOS DEL CICLO COMBINADO.El ciclo combinado es un mtodo para utilizar la energa sobrante del escape de la turbina de gas. Recibe este nombre porque opera bajo los principios de dos ciclos termodinmicos: el ciclo Brayton de la turbina de gas y el ciclo Rankine para la de vapor.Se combina al hacer circular los gases calientes del escape por un recuperador de calor que genera vapor, el cual pasa por la turbina de vapor, donde cambia la energa de presin y temperatura por energa mecnica, para hacer girar un alternador y producir electricidad.Una explicacin breve de cmo opera el ciclo es la siguiente:Entra aire al compresor axial de la turbina de gas, el cual es comprimido y se descarga a la cmara de combustin, donde se calienta al mezclarse con los gases dentro de los combustores tipo canasta, pasando por los tubos de transicin a la turbina de gas, a la cual cede su energa y sta la transforma en energa mecnica, los gases salen por el escape de la turbina aun con alta temperatura.Esta energa que se pierde cuando los gases son expulsados hacia la atmosfera, regresa al hacerlos pasar por el recuperador de calor, evaporando el agua generando vapor y sobrecalentndolo. Finalmente, los gases salen a la atmosfera despus de haber pasado por el sobrecalentador, evaporador de alta presin, economizador y de baja presin, emergen con un mnimo de energa calorfica.El vapor que sale del sobrecalentador pasa por la turbina de vapor, donde cede su energa cambindola por energa mecnica, el primero sale por el escape de la turbina y pasa al condensador, en el cual existe un haz tubular al interior de donde circula agua de enfriamiento, proveniente de las torres de enfriamiento y sirve para condensar el vapor que pasa por el exterior de los tubos, convirtindolo en agua que cae en el pozo caliente, donde es tomada por las bombas de extraccin de condensado y enviada al deareador para extraerle el exceso de oxigeno no disuelto , y adems, darle un ligero precalentamiento.Del deareador pasa al tanque de oscilacin o domo de baja presin ,que sirve como depsito de agua, a la bomba de alimentacin a la caldera, la cual enva el agua al economizador donde se calienta y cae al domo de alta presin y envindola al evaporador de alta presin.El domo de alta presin es un recipiente cilndrico donde se separan el vapor y el agua, pasando sta, nuevamente, a la bomba de circulacin de alta presin y al evaporador de alta presin para evaporarla. El vapor sale del domo y llega a su valor nominal de operacin en la turbina. En caso de que la temperatura de vapor sea ms alta de su valor nominal, se enfriara levemente en el atemperador, localizado entre el primero y el segundo paso del sobre calentador; el vapor llega a la turbina y se repite una vez ms el ciclo. (Silva, S.C., 1988)

Fig. 2.1. Diagrama esquemtico del ciclo combinado.

2.2 ELEMENTOS PRINCIPALES DE LOS CICLOS COMBINADOS DE GAS Y VAPOR.El equipo principal del ciclo de vapor lo constituyen la turbina, el generador de vapor y el alternador. Para que opere, es necesario instalar herramientas auxiliares como: bombas, compresoras de aire, torres de enfriamiento, deareadores, etc. El equipo se divide en sistemas que llevan nombre de acuerdo a la funcin a desempear, por ejemplo: el agua de alimentacin es llamada as, porque su funcin especfica es alimentar de agua al generador de vapor, etc.Los equipos y elementos principales que integran una central termoelctrica de ciclo combinado, son los siguientes:1. Turbina (s) de gas.2. Recuperador (es) de calor.3. Turbina (s) de vapor.4. Sistema de condensados.5. Generador (es) Elctrico (s).A continuacin se mencionan los subsistemas ms comunes que integran una central de ciclo combinado.1. Sistema de vapor principal.2. Sistema de extraccin de vapor.3. Sistema de condensado.4. Sistemas de agua de alimentacin.5. Recuperador de calor-generador de vapor.6. Sistema de agua de servicio.7. Sistema de agua de repuesto.8. Sistema de agua de circulacin.9. Sistema de extraccin de aire del condensador.10. Sistema de agua de enfriamiento auxiliar.11. Sistema de inyeccin de qumicos.12. Sistema de inyeccin de qumicos al agua de circulacin.13. Sistema de arranque de la turbina de gas.14. Sistema de aire comprimido.15. Sistema de suministro de gas a la turbina.16. Sistema de refrigeracin a la turbina de gas.

2.3 TURBINA DE GAS.Este equipo est formado por los siguientes elementos:1. Compresor.2. Cmara de combustin.3. Turbina de expansin de gases.2.3.1. GENERALIDADES.El sistema formado por la turbina de gas consta de un compresor, un quemador de combustible, una turbina de expansin y un generador elctrico conectado a la turbina; los gases calientes que salen de la turbina de expansin se utilizan para producir calor y trabajo til.Una turbina de gas es una mquina de combustin interna, diseada para convertir la energa de un combustible en alguna forma de energa til, en este caso, potencia mecnica (en un eje) o el impulso a alta velocidad de un reactor. Est formada bsicamente por una seccin generadora de gas, y una seccin para conversin de la energa.

Fig. 2.2. Esquema de una turbina de gas.El generador de gases, consta de uno o varios compresores, la cmara de combustin donde se mezclara el combustible con el aire y donde tendr lugar la combustin y una turbina de expansin de gases , que solo extrae la energa calorfica suficiente para impulsar el compresor; mientras la seccin generadora de potencia es bsicamente la turbina de expansin y su conjunto de alabes proporcionan energa mecnica de rotacin, producto de los gases de la combustin, un eje acoplado a un generador elctrico. De este modo se origina un gas a temperatura y presin elevadas. (lvarez, et al., 2002, p. 299)Habitualmente el compresor, el quemador y la turbina forman un conjunto compacto, el generador elctrico va separado; los distintos tipos del conjunto turbina de gas son consecuencia de la adicin de diversos elementos a la entrada de la turbina, en su seccin intermedia o en la salida de la misma. Adems las centrales de ciclo combinado incluyen un sistema de arranque para la misma.

Fig. 2.3. Rotor de una turbina de gas SGT6 4000F (Siemens Westinghouse).Una descripcin de cmo opera una turbina de gas es la siguiente:El aire atmosfrico es arrastrado por la succin del compresor, donde la presin es aumentada y forzada hacia adentro de la cmara. El combustible (gas natural) que es suministrado, se quema en los combustores en un flujo constante y estable, aumentando la temperatura del aire y los productos de combustin.La mezcla (gases) comprimida y calentada, fluye a travs de la turbina, disminuyendo la presin y la temperatura, en tanto la energa calorfica es absorbida y convertida en trabajo mecnico de rotacin. Una parte de la potencia desarrollada es utilizada para mover el generador elctrico. Los gases, producto de la combustin, son expulsados a la atmosfera a travs del difusor y mltiples etapas de escape.2.3.2 GENERACIN DE GASES Y GENERACIN DE POTENCIA.2.3.2.1 COMPRESOR.El compresor es el componente encargado de aportar energa al aire de entrada, aumentando su presin, hacindolo fluir hacia la cmara de combustin. En funcin de su disposicin y la forma de interaccionar con el flujo de aire, se distinguen dos tipologas:1. Compresores de flujo radial o centrfugo.2. Compresores de flujo axial.El axial es el ms utilizado en las centrales trmicas de gas, se caracteriza porque produce una alta relacin de compresin mientras mantiene las ventajas adicionales de ser compacto en su diseo y presentar un rea frontal relativamente pequea.A travs de este dispositivo fluye el aire, en direccin axial, a travs de una serie de etapas rotatorias (paletas) y estacionarias (diafragmas), los cuales son concntricos con el eje de rotacin. La seccin transversal del compresor disminuye, en rea, en la direccin del flujo; provocando que a medida que el aire pasa a travs de las diferentes etapas de compresin, la presin, temperatura y velocidad, se incrementan hasta alcanzar sus mximos niveles, descargndose finalmente en la cmara de combustin.

Fig. 2.4. Compresor del tipo axial y rotor de una turbina de gas.2.3.2.2 CMARA DE COMBUSTIN.Aqu se lleva a cabo la combustin producida por el flujo de aire, proveniente del compresor y el combustible proporcionado a travs de la vlvula del mismo.Incluye las partes para la combustin y est diseada para quemar una mezcla de combustible y aire comprimido. Est equipada con combustores y toberas de combustible en un arreglo circular, alrededor del eje de la turbina, adems de bujas de ignicin ubicadas tambin en la cmara las cuales deben adicionar suficiente energa calorfica a la mezcla para encenderla y acelerar su masa, con el fin de proporcionar la potencia necesaria para la turbina. Una vez iniciada la combustin, mediante una chispa proporcionada por las bujas, es continua, ya que la combustin es auto sostenida durante aceleracin y operacin; siendo utilizadas nicamente durante el arranque de la turbina.2.3.2.3 TURBINA DE EXPANSIN.Este elemento del conjunto turbina de gas, se acciona por la expansin de los gases calientes, provenientes directamente de la cmara de combustin, de alrededor de 1.400C y saliendo de la turbina a temperaturas superiores a los 600C.Esta energa calorfica en forma de presin y temperatura elevada (entalpa), se convierte en mecnica al hacer girar el rotor. Suele estar compuesta por 4 o 5 etapas, cada una de ellas integrada por una corona de alabes con un adecuado diseo aerodinmico, encargados de hacer girar el rotor al cual se encuentran unidos solidariamente. Adems de estos, antes de cada etapa hay un conjunto de alabes fijos sujetos a la carcasa, cuya misin es redireccionar el aire, de salida de la cmara de combustin y de cada etapa, adecuadamente hasta la siguiente etapa dentro de la turbina.Los alabes deben estar recubiertos por material cermico para soportar altas temperaturas, un flujo de aire refrigerador proveniente del compresor los atraviesa internamente, saliendo al exterior por pequeos orificios practicados a lo largo de toda su superficie.El giro provocado en el eje de la maquina es aprovechado por un generador elctrico para producir potencia elctrica y una parte importante de sta es absorbida directamente por el compresor. La turbina de expansin de gases realiza dos funciones: producirla y suministrar gases de escape al recuperador de calor.Al igual que en el caso de los compresores, existen dos tipos fundamentales de turbinas:1. Turbinas de flujo radial.2. Turbinas de flujo axial.En las turbinas de flujo radial el funcionamiento aerodinmico es semejante al del compresor centrfugo, pero con flujo dirigido hacia adentro y alabes en la tobera en vez del difusor. Este tipo de turbina radiales no resulta tan apta para las altas temperaturas a las cuales se ve sometida una turbina de gas por lo que tambin se utilizan para potencias extremadamente bajas o cuando el tamao compacto tiene ms importancia que el rendimiento, pues cuando va acoplada a un compresor centrfugo se obtiene un rotor muy corto y rgido.A diferencia de las turbinas radiales, las turbinas de flujo axial poseen un mayor rendimiento para todas las potencias, a excepcin de las extremadamente bajas, adems presentan un buen manejo de las altas temperaturas que se obtienen debido a la combustin, esto hace que la mayora de las turbinas de gas empleen la mquina de flujo axial.2.4 TURBINA DE VAPOR.Este equipo est integrado por los siguientes elementos:1. Turbina de vapor2. Generador2.4.1 Generalidades.La turbina de vapor es uno de los elementos principales de una central termoelctrica de ciclo combinado, en ella se transforma la energa trmica del vapor que proviene del generador, en energa mecnica. El generador es otro de los equipos principales, est acoplado directamente a la flecha de la turbina, convirtiendo la energa mecnica, proporcionada por la misma, en energa elctrica.La turbina de vapor son turbomquinas en las que, a comparacin de las turbinas de gas, solo se efecta el proceso de expansin del vapor en los alabes de la turbina.Una descripcin de cmo opera una turbina de vapor de una central trmica de vapor de ciclo combinado, compuesta por tres niveles de presin y recalentamiento, es la siguiente:Para lograr que la energa del vapor se convierta en trabajo mecnico, es alimentado en la maquina a travs de una tobera, donde se expande obtenindose un chorro de vapor a gran velocidad; la tobera se encuentra fija en la carcasa de la turbina, y el chorro de vapor se dirige en contra de una paleta montada sobre una rueda.La fuerza del chorro acta sobre la paleta, impulsndola y produciendo movimiento en la rueda; el rotor es la parte mvil de la turbina que lleva montada la rueda con paletas y toberas, llamadas tambin labes. Las toberas fijas estn montadas sobre la carcasa, cubierta envolvente que acta como barrera de presin y minimiza la perdida de vapor, al mismo tiempo conduce el flujo de la energa de una manera eficiente.La carcasa tambin soporta anillo de alabes estacionarios, que sirven para dirigir el flujo de vapor en la direccin adecuada contra los alabes rotatorios, adems cuenta con una serie de montajes de sellos del cuello, en los puntos por donde pasa el rotor; al dirigirse a la turbina el vapor pierde potencia, de esta manera la presin y temperatura del vapor en el escape son menores a la del vapor en la inyeccin.La turbina de alta presin e intermedia es una combinacin de componentes en una sola carcaza, cuando el vapor entra a la turbina es guiado a directamente a travs del componente de alta presin, en vez de que el escape de vapor sea alimentado directamente al de presin intermedia es regresado a la caldera para recalentarlo a su temperatura original.El regreso del vapor recalentado de la caldera entra al componente de presin intermedia, cuando se expande, al empujar los labes de la turbina, se impone en el rotor una fuerza o empuje en ambos componentes de presin, aun as el empuje en la de alta presin e intermedia no son iguales, por lo tanto se requieren extracciones controladas y posicionamiento de alabes estacionarios para establecer zonas de presin, as como el cuidadoso diseo de los componentes de la turbina.El vapor extrado de este componente es utilizado para alimentar a la turbina de baja presin. Una vez que el vapor recalentado se descarga, es alimentado a la carcasa de baja presin por medio de ductos intercomunicadores por el centro.Se utiliza la presin y temperatura restante para impulsar un turbina de baja presin, fluyendo al exterior a travs de trayectorias opuestas de alabes; el vapor crea fuerzas de empuje sobre el rotor, que la ser opuestas y exactamente iguales se equilibran entre s, finalmente el vapor de la turbina de baja presin se descarga al interior de un condensador.CLASIFICACION:Las turbinas de vapor se clasifican de diversas formas, en las cuales se encuentran:Segn el salto trmico:1. Turbinas de condensacin: son las de mayor tamao, y son utilizadas en centrales trmicas. La presin de descarga puede ser inferior a la atmosfrica debido a la condensacin de salida.2. Turbinas de descarga atmosfrica: No utilizan condensador de salida por lo tanto, no se completa el ciclo de vapor debido a que el vapor de escape no regresa a la caldera, estas turbinas son generalmente de baja potencia por lo que se utilizan en centrales pequeas, donde el combustible es barato suele abundar el agua de alimentacin.3. Turbinas de contrapresin: Se aplica a las que no tienen condensador, siendo turbinas expansoras para reducir la presin del vapor, cuentan con su escape en comunicacin y con algn aparato utilizador de vapor trabaja a menor presin.4. Las turbinas de extraccin: Permiten sacar vapor en distintos puntos del sistema y descargarlo a una presin elevada, para que pueda ser utilizado en procesos industriales.5. Turbinas de Baja presin: Funcionan frecuentemente con vapor de entrada a la presin atmosfrica; en ellas el vapor se expande hasta una presin absoluta en condensador.Segn el principio de operativo:1. Turbinas de accin: Utilizan el impulso del chorro de vapor para mover los labes. En ellas las toberas son fijas y van montadas sobre el bastidor, no hay cambio de presin en la rueda mvil, obtenindose el intercambio de energa por el cambio de velocidad absoluta del fluido.2. Turbinas de reaccin: La expansin del vapor se produce tanto en el estator de la turbina como en su roto, produciendo una variacin de presin, lo que aumenta la velocidad relativa del fluido a travs de las etapas de la turbina.Una clasificacin ms de las turbinas de vapor, puede desarrollarse haciendo referencia al movimiento de la corriente de vapor dentro del cuerpo de la turbina; segn este criterio existen dos tipos: radiales y axiales, siendo mayora turbinas del tipo radial.1. Radiales: la circulacin del vapor se establece en un plano perpendicular al eje de la turbina.2. Axiales: la circulacin de vapor transcurre paralelamente al eje de la turbina.Las turbinas de vapor pueden estar formadas por varias etapas. El vapor que sale de una rueda de alabes pasa a otra y as sucesivamente, a este tipo se les llama turbinas de etapas mltiples, por lo tanto se tiene un rotor con varias ruedas y sus respectivos discos de toberas. Tambin existen turbinas con recalentamiento y sin recalentamiento del vapor, que permiten o no, seguir aprovechndolo en los diferentes pasos de la turbina. Por esta razn pueden ser agrupadas por componentes, para aprovechar al mximo la energa contenida.Las turbinas y sus componentes pueden ser clasificadas de acuerdo a la presin de vapor que pasa a travs de ellas, dividindolas en alta presin, intermedia y baja; las utilizadas para una central termoelctrica generalmente son una agrupacin de distintos componentes.Las turbinas que dan por resultado una compuesta en tandem compound, significa que sus componentes trabajan sobre la misma flecha, en las cuales el agrupamiento de varias logra que, cuando el vapor sale de una turbina, entre a otra y as sucesivamente para hacer ms eficiente el uso de la presin del vapor.2.4.2 DISPOSICIONES MECNICAS.Tienen relacin con el objetivo de uso de la turbina, esto significara el nivel de potencia requerido y las condiciones de uso de la misma.2.4.2.1 TURBINA DE CONDENSACIN.El vapor se expande desde la presin de entrada hasta una presin por debajo de la atmosfrica, condensando posteriormente y bombeando el agua a la caldera; es empleada en las centrales trmicas de generacin de energa elctrica.Si las caractersticas del vapor son moderadas, del orden de 25 kg/cm2, la construccin puede ser sencilla, mientras para valores elevados de presin se justifica el uso del doble armazn y de los portatoberas. Siendo una armazn para alta presin y otra para baja; pudindose dividir la turbina en un cuerpo de alta presin de flujo nico y un cuerpo de baja presin de flujo doble.Si la presin de admisin es del orden de los 100 kg/cm2 y su temperatura y recalentamiento intermedio es del orden de los 550C, la construccin puede ser de tres cuerpos AP, MP o (MP-BP), y BP. stos (MP-BP) y de BP se encuentran alimentados con doble flujo.

Fig. 2.5. Turbina tandem compund, con una seccin de alta presin y una de baja presin, de doble flujo y recalentamiento intermedio.

Fig. 2.6. Turbina de condensacin de dos cuerpos y dos flujos de baja presin.

Para presiones mayores del vapor y recalentamiento intermedio, se utilizan turbinas de cuatro cuerpos, uno de AP con flujo simple, otro de MP de doble flujo y dos de BP de doble flujo.La evolucin actual de la construccin de turbinas, viene motivada por el aumento de potencias unitarias de las caractersticas del vapor en la admisin as como por el empleo del recalentamiento intermedio, implicando una elevacin del rendimiento trmico y un menor coste de la energa.2.4.2.2 TURBINA DE CONTRAPRESIN.En sta la presin del vapor, a la salida de la turbina est por encima de la presin atmosfrica y es susceptible de ser empleado en un proceso industrial.Cuando las caractersticas del vapor sean inferiores a 17,5 atm y 290C, las turbinas se construyen de fundicin y para caractersticas superiores se fabrican de acero. Las disposiciones constructivas aplicadas a las mquinas pequeas son sencillas, pues llevan cojinetes de anillos, topes de cojinetes de bolas, estanqueidad por anillos de carbono, regulador de accin directa, orificios de admisin y de escape en el cuerpo inferior, etc.

Fig. 2.7 Turbina de contrapresin.En las turbina de contrapresin, la utilizacin de presiones elevadas implica el uso de un armazn doble, mayor espesor de los conductos de alimentacin y elevado nmero de puntos de estanqueidad.2.4.2.3 TURBINA DE EXTRACCIN.Consiste en una turbina con una toma de vapor en la carcasa, para alimentar un determinado servicio o precalentar el agua de alimentacin de la caldera, puede de condensacin o no. La presin de extraccin se mantiene constante al variar el caudal del vapor extrado, por medio de un regulador de presin que acta sobre el vapor de entrada en la turbina.Si la extraccin no se controla, la presin del vapor estar sometida a variaciones importantes en funcin del caudal de vapor de salida de la turbina. Se utilizan en aquellos procesos industriales en los que se puedan requerir dos niveles de presin.

Fig. 2.8. Seccin de una turbina de extraccin.

2.4.3 COMPONENTES PRINCIPALES DE LA TURBINA DE VAPOR.Para un mejor conocimiento de los elementos estructurales de la turbina de vapor de una central de ciclo combinado, a continuacin se describen los componentes principales:1. Turbina de alta presin.2. Turbina de presin intermedia.3. Turbina de baja presin.4. labes.5. Carcasa.6. Sellos de vapor.7. Diafragma de proteccin por alta presin.8. Extracciones de vapor.9. Caja de vapor, vlvulas de marcha y vlvulas gobernadoras.10. Vlvulas de paro principal.11. Vlvulas de control o reguladoras.12. Vlvulas de combinadas de paro e interceptoras de recalentado.13. Chumaceras de empuje.14. Chumaceras de carga15. Tornaflecha.16. Atemperador del cuello de la carcasa de la turbina.17. Protecciones de la turbina.

2.5 RECUPERADOR DE CALOR GENERADOR DE VAPOR (HRSG).El recuperador de calor generador de calor ( Heat recovery steam generator y por sus siglas en ingles HRSG), est formado por los siguientes elementos:1. Bomba de agua de alimentacin.2. Pared de tubos de agua.3. Deareador4. Economizador.5. Evaporador.6. Atemperador.7. Hogar.8. Sobrecalentador.9. Domos.10. Supercalentadores.11. Recalentadores.12. Chimenea.13. Protecciones del generador de vapor.2.5.1 Generalidades.Los objetivos de un generador de vapor son dos: Realizar una combinacin para liberar energa en forma de calor. Producir vapor con determinadas caractersticas de presin y temperatura.El generador de vapor es un conjunto de elementos integrados y dispuestos, de tal forma que se utilicen los gases productos de la combustin en la turbina de gas y se absorba el calor de los productos de esta combustin en forma eficiente.El paso de los gases por el generador de vapor libera calor, que ser aprovechado por determinadas partes del recuperador para:a) Calentar agua.b) Transforma el aguan en vapor.c) Sobrecalentar el vapor.

Fig. 2.9. Recuperador de calor de una central de ciclo combinado.A continuacin se detalla el funcionamiento de un recuperador de calor generador de vapor y sus sistemas asociados, de una central termoelctrica de ciclo combinado:El generador recibe el flujo de gases calientes provenientes del escape de la turbina de combustin (turbina de gas), a travs de un ducto de transicin, a una temperatura de entre 500C, debido a que estos gases de escape pasan tambin a travs de los quemadores posteriores, los cuales estn montados en el ducto de transicin (entre el ducto de escape de la turbina y el ducto de entrada al generador de vapor).Son calentados por medio de estos quemadores de gas natural, incrementando su temperatura unos 150 grados hasta un rango de 650 C 700C, despus los siguen su recorrido en forma horizontal hasta llegar al ducto de entrada del generador, el cual desva los gases hacia arriba pasando a travs de la superficie del sobrecalentador, evaporador de alta presin, economizador y de baja presin. Los gases entran despus a la seccin de escape y son expulsados a una temperatura prxima a los 150 C.

Fig. 2.10. HRSG (Heat Recovery Steam Generator) horizontal.El sistema de produccin de los generadores de vapor en una central de ciclo combinado, es hasta cierto punto similar al utilizado en las centrales termoelctricas convencionales, es decir, sus circuitos de agua y vapor, tienen el mismo principio de operacin.El sistema agua vapor de la caldera de recuperacin de calor funciona de la siguiente manera:El agua de enviada por las bombas de condensado, llega al deareador y tanque de oscilacin, donde es circulada naturalmente a travs del evaporador de baja presin a una temperatura de saturacin de 120 C, al fluir a travs del evaporador, una mezcla agua vapor es formada, la cual es conducida al deareador, donde dicha mezcla es separada y el vapor es usado para calentar el condensado, el cual est siendo deareado.Este condensado (liquido saturado), llega a la bomba de agua de alimentacin, la cual descarga el agua hacia el economizador, como el agua circula a travs de los tubos de ste, la temperatura es incrementada por los gases de escape pasando por los tubos. El agua an permanece en el estado lquido, debido a la alta presin. sta agua precalentada en el economizador (aproximadamente 340 C), es dirigida al domo de alta presin. El agua caliente en la parte inferior del domo de alta presin es succionada por la bomba de circulacin de alta presin, la cual la enva a travs del evaporador de alta presin, el cual est altamente estructurado con mezcla y fluye al domo de vapor, donde este es secado por la seccin por la accin de un secador centrifugo y separadores ciclnicos situados dentro del domo. Despus que las impurezas son eliminadas, el vapor secado fluye del domo de alta presin al sobrecalentador primario, donde es recalentado. El vapor saliente del sobrecalentador primario fluye al sobrecalentador secundario, donde adquiere las condiciones de presin y temperatura necesarias para su admisin a la turbina de vapor.2.5.2 COMPONENTES PRINCIPALES DEL RECUPERADOR DE CALOR GENERADOR DE VAPOR.1. Bomba de agua de alimentacin.2. Pared de tubos de agua.3. Deareador.4. Economizador.5. Evaporador.6. Atemperador.7. Sobrecalentador.8. Recalentadores.9. Chimenea.10. Protecciones del generador de vapor: Separadores de Vapor, purgas y venteos2.6 SISTEMA DE CONDENSADO.2.6.1 GENERALIDADES.Cuando no hay prdidas de calor al exterior, el trabajo que el vapor puede rendir evolucionando entre ciertos lmites de temperatura, dependen exclusivamente del valor de dichas temperaturas. Cuando mayor sea la diferencia de temperaturas, mayor ser la cantidad de calor transformable. Para aumentar esta cada trmica y, adems, disminuir la contrapresin as como el trabajo a ellas correspondiente, y llevar hasta el mximo lmite de expansin del vapor, se hace llegar el vapor que sale de la turbina, a un recipiente prcticamente vaco de are, denominado condensador, en el cual, se licua el vapor al ponerse en contacto con el agua fra, que se introduce en dicho condensador.En resumen, las ventajas que se pueden obtener si se emplea una instalacin condensadora en una central trmica cuyas maquinas motrices sean maquinas o turbina de vapor, son las siguientes:a) Disminuir la temperatura final del vapor, con lo que se aumenta su rendimiento termodinmico.b) Disminuir la presin de escape del vapor, con lo que se aumenta la energa reutilizable.c) Recuperar el vapor condensado para utilizarlo como agua de alimentacin de las calderas.2.7 GENERADOR ELCTRICO.2.7.1 GENERALIDADES.El generador elctrico se considera como el dispositivo final del proceso de generacin de energa de una central de ciclo combinado, dispositivo precedido por la instalacin de transformacin y distribucin de la energa elctrica.A continuacin se describe de forma breve el funcionamiento de un generador elctrico de una central trmica de ciclo combinado:Una vez iniciada la ignicin del combustible en la turbina de gas, o la expansin del vapor para la turbina de vapor, y alcanzando el par suficiente para aumentar la velocidad suficiente hasta valores prximos a los del sincronismo, se desconecta el arrancador sncrono SFC (contactor de campo esttico), abriendo sus interruptores y seccionadores. Se excita la maquina a travs de un trasformador, quedando auto excitado el alternador y con la frecuencia gobernada por el control de velocidad de la turbina de gas o para la turbina de vapor respectivamente.2.7.2 ELEMENTOS ESTRUCTURALES.El generador es una maquina sncrona trifsica cuyos componentes para potencias del orden de 400 MW son:1. Rotor.2. Estator.3. Sistema de excitacin.4. Sistema de refrigeracin.5. Sistema de aceite de sellado.6. Sistema de puesta a tierra.CAPITULO IIIASPECTOS TERMODINAMICOS PARA SISTEMAS DE CICLO COMBINADO3.1 LOS CICLOS COMBINADOS: BRAYTON Y RANKINE.La continua bsqueda de eficiencias trmicas ms altas ha originado modificaciones innovadoras a las centrales elctricas convencionales. Entre las modificaciones ms extendidas, se encuentra el ciclo de potencia de gas que remata a un ciclo de potencia de vapor y que tiene una eficiencia trmica ms alta que cualquiera de los ciclos ejecutados individualmente. (Cengel, Y.A., 2010, p.583)

Fig. 3.1. Central elctrica combinada de gas y vapor.En el ciclo combinado, anlisis global es resultado de un anlisis individual tanto para el ciclo de gas, como para el ciclo de vapor. Por lo tanto para el intercambiador de calor aplicando un balance de energa.

Donde y es la relacin de flujos msicos, de ah que por cada de gases se pueden calentar nicamente y Kg de vapor.

La salida total de trabajo de la planta por kilogramo de gases de combustin es:

La eficiencia trmica del ciclo se determina a partir de:

3.1.1 DISEO DE SISTEMAS DE CICLO COMBINADO.Con el objeto de reducir las prdidas de energa en el acoplamiento de los ciclos Rankine y Brayton, el vapor en la caldera de recuperacin se puede generar en uno, dos o tres niveles de presin, y con o sin recalentamiento intermedio.3.1.1.1 CICLO COMBINADO CON UN NIVEL DE PRESIN.El ciclo combinado gas vapor ms sencillo es el de un solo nivel de presin sin equipo especial aadido.PRESIN DE VAPOR.La presin de vapor se seleccionar de forma que se obtenga un mximo en el producto flujo msico de vapor generado y salto entlpico disponible en la turbina de vapor, compatible con los aspectos econmicos del resto de la instalacin.El ptimo de presin de vapor para una temperatura determinada, es aquella que, siendo la ms alta posible y compatible con la mxima recuperacin de calor, no d lugar al final de la etapa de expansin a un contenido de humedad superior al mximo admisible en las ltimas ruedas de la turbina de baja presin.

Presiones (P) en bar, temperaturas (T) en C y flujos msicos (M) en kg/s.(1) Compresor, (2) Turbina de gas, (3) Sobrecalentador, (4) Evaporador, (5) Economizador, (6) Domo, (7) Turbina de vapor, (8) Deareador, (9) Condensador, (10) By pass de vapor al condensador, (11) Suministro de vapor al deareador en los arranques, (12) Reposicin de agua al ciclo.Fig. 3.2. Esquema de un ciclo combinado gas vapor con un nivel de presin. Potencia Neta 404.5 MW. Rendimiento Neto 58.1 %.

PINCH POINT.El pinch point es la diferencia entre la temperatura del vapor a la salida del evaporador y la temperatura de los gases en esa zona. Valores ptimos de pinch point estaran comprendidos entre 5 y 10C. Cuanto menor es el pinch point, mayor es la cantidad de vapor generado, mayor es la superficie total de intercambio de calor requerida tanto en el evaporador como en el sobrecalentador y mayor es, por tanto el costo de la caldera.

Fig. 3.16. Ciclo combinado con un nivel de presin. Relacin existente entre pinch point, potencia relativa de la turbina de vapor y superficie de la caldera de recuperacin.

Fig. 3.17. Ciclo combinado con un nivel de presin. Relacin entre la carga de la turbina de vapor, el rendimiento de la caldera de recuperacin y la variacin del contenido de humedad del vapor.

APPROACH TEMPERATURA.El approach temperatura, se define como la diferencia entre la temperatura de saturacin en el domo y la del agua a la salida del economizador. Esta diferencia es necesaria para evitar la evaporacin en los tubos del economizador en los arranques, subidas de carga y operacin a cargas parciales. Valores ptimos de este parmetro estarn comprendidos entre 5 y 10C.Cada de presin en el sobrecalentador.Para una temperatura y presin final de vapor en la turbina, diseos de sobrecalentador con prdidas de carga grande reducen la produccin de vapor por lo que la geometra y el dimetro juegan un papel esencial, para busca el equilibro entre costo y eficiencia. Valores de cada de presin ptimos estaran comprendidos entre 5 y 8 bar.Cada de presin en el economizador.La cada de presin en el economizador tiene un influencia directa en el consumo de las bombas de agua de alimentacin, por lo que la geometra y dimetro de los tubos se seleccionan buscando un equilibrio entre cada de presin y costo.Temperatura del agua de alimentacin.El rendimiento de la caldera de recuperacin aumenta cuanto ms baja es la temperatura del agua a la entrada del economizador, reduciendo as la temperatura de los gases hacia la chimenea. El calentamiento del agua se lleva a cabo en el deareador o a travs del sistema de vaco del condensador. Tambin se puede recircular el agua caliente desde la salida del economizador para calentar el agua en el deareador, y de este modo evitar extracciones de vapor en la turbina, incrementando su potencia.

3.1.1.2 CICLO COMBINADO CON DOS NIVELES DE PRESIN.El ciclo combinado gas vapor de dos niveles de presion en la caldera recuperadora trae consigo el aumento en el rendimiento del vapor y la turbina, evitando humedad y aprochando de manera ms efectiva el calor de los gases de escape de la turbina de gas.

Presiones (P) en bar, temperaturas (T) en C y flujos msicos (M) en kg/s.(1) Compresor, (2) Turbina de gas, (3) Sobrecalentador de alta presin, (4) Evaporador de alta presin, (5) Economizador de alta presin, (6) Sobrecalentador de baja presin, (7) Economizador de alta presin/baja presin, (8) Domo de baja presin, (9) Domo de alta presin. (10) Turbina de vapor, (11) Condensador, (12) Bomba de condensado, (13) Deareador, (14) Bomba de agua de alimentacin de alta presin. (15) Bomba de agua de alimentacin de baja presin, (16) By pass de vapor al condensador, (17) Suministro de vapor al deareador en los arranques, (18) Reposicin de agua al ciclo.Fig. 3.18. Esquema de un ciclo combinado gas vapor con dos niveles de presin. Potencia neta 408.8 MW. Rendimiento neto 58.7%.

PRESIN DE VAPOR.La presin de vapor de alta presin debe ser elevada para obtener un salto entlpico que maximice la potencia en la turbina de vapor, teniendo en cuenta el vaco del condensador y el grado de humedad en la ltima etapa, segn los criterios para un nivel de presin. La presin de vapor de baja presin debe ser pequea para poder aprovechar el calor sensible de los gases a baja temperatura durante el proceso de evaporacin, pero no demasiado, ya que disminuir el salto entlpico en la turbina, aumentar el flujo de vapor y encarecer el costo de algunos equipos. Generalmente se selecciona la presin de vapor de alta presin en unos 100 bar y la de baja alrededor de 5 bar.PINCH POINT.En el ciclo con dos niveles de presin se definen temperaturas de pinch point para los evaporadores de alta y baja presin. El mejor valor energtico se obtiene aumentando la calidad del vapor de alta presin, generalmente se utilizan valores de pinch point en alta presin entre 5 y 8C y un poco ms altos en el evaporador de baja presin.APPROACH TEMPERATURA.A medida que se pretenda aumentar la eficiencia del ciclo, este parmetro debe de ser menor. Valores ptimos son de 5 a 8C, con la limitante de la temperatura de salida de los gases para evitar condensaciones y corrosin en la superficie de los tubos.CADA DE PRESIN EN LOS SOBRECALENTADORES.Los valores de cada de presin en los sobrecalentadores influyen notoriamente en el rendimiento y en la produccin de vapor. Valores bajos en el sobrecalentador del vapor de alta presin, entre 4 y 5 bar, y algo inferiores en el sobrecalentador de baja presin, convienen para no afectar el rendimiento en el ciclo del vapor.

3.1.1.3 CICLO COMBINADO CON TRES NIVELES DE PRESIN.Aadir un tercer nivel de presin al ciclo, se puede mejorar un poco ms el rendimiento al recuperar ms energa de los gases de escape de la turbina de gas.

Presiones (P) bar, temperaturas (T) C y flujos msicos (M) en kg/s.Fig. 3.19. Esquema de un ciclo combinado gas vapor con tres niveles de presin. Potencia neta: 410.8 MW. Rendimiento neto: 59.0%.PINCH POINT Y APPROACH TEMPERATURA.Igual que el ciclo combinado con dos niveles de presin, alcanzndose un equilibrio entre la mejora de la potencia o el aumento de superficie de la caldera, por lo que valores optimos son 5 10C.CADA DE PRESIN EN LOS SOBRECALENTADORES.Valores ptimos de cada de presin son 4 5 bar en alta presin y valores algo mayores en presin intermedia.

3.5.1.4 CICLO COMBINADO CON TRES NIVELES DE PRESIN Y RECALENTAMIENTO.El recalentamiento introduce un cambio en la turbina de vapor con dos cuerpos diferenciados: alta presin, presin intermedia y baja presin. En un ciclo combinado de tres niveles de presin y recalentamiento, no hay mezcla de vapores en la turbina de vapor, evitando as zonas de fatiga trmica por diferencias de temperatura. El rendimiento del ciclo mejora debido al recalentamiento y la humedad en el ltimo paso de la turbina de vapor se reduce al 10%, valor significativamente ms bajo que el 16 18% del ciclo con triple nivel de presin.

Fig. 3.20. Esquema de un ciclo combinado gas vapor con tres niveles de presin y recalentamiento. Potencia neta: 414.8 MW. Rendimiento neto: 59.4%.CADA DE PRESIN EN EL SOBRECALENTADOR.La cada de presin en el sobrecalentador de alta presin deber ser de 4 a 5 bar y de 1 a 2 bar en el sobre calentador de presin intermedia y en el recalentador.PRESIONES DE TRABAJO.Para la presin del vapor en baja presin, 5 bar se considera como presin ptima para el aprovechamiento del calor sensible de los gases de escape. La presin intermedia se escoge igual a la de salida en la turbina de alta presin, con presiones intermedias superiores a 10 bar como valor sugerido. La temperatura del vapor en alta presin se fija en valor prximo ( 25 C) al de la temperatura de escape de la turbina de gas, utilizndose para ello sobrecalentadores, recalentadores y tuberas de vapor de alta y media presin con materiales aleados -2 3% Cr o 8 10% de Cr. Con estas temperaturas la presin ptima de vapor de alta presin es de unos 120 bar, y de unos 20 30 bar en el vapor de presin intermedia.CAPITULO 4RENDIMIENTO Y MANTENIMIENTO DEL CICLO COMBINADO4.1 EFICIENCIA DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO.Para el anlisis simple de una central se asuma que el combustible se suministraba solamente a la turbina de gas, sin embargo existen instalaciones de ciclo combinado con alimentacin suplementaria en el generador de vapor, en los que se suministra una parte de calor directamente en el proceso de produccin de vapor.En consecuencia, la definicin general de la eficiencia trmica de una planta de ciclo combinado es:

Si no existiera alimentacin suplementaria en la caldera de vapor (calor suministrado QSF=0 ), la formula se simplificara en:

En el caso general, las eficiencias de los ciclos sencillos pueden ser definidas como sigue:- Para el proceso de la turbina de gas:

- Para el proceso de la turbina de vapor:

Cuando existe la accin de alimentacin residual de calor en la caldera, la eficiencia global estar dada por:

En donde el aumento de la alimentacin adicional de calor en el generador de vapor aumenta el rendimiento de la planta de ciclo combinado, solo si se mejora la eficiencia del proceso de vapor.Para el proceso sin alimentacin adicional de calor la eficiencia global estar dada por:

En donde una mejora en la eficiencia de la turbina de gas slo es til si no causa una excesiva cada de la eficiencia del proceso de vapor. (Kehlhofer. R., 1997).

4.2 MANTENIMIENTO DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO.El mantenimiento de un ciclo combinado gas-vapor es la actividad que tiene por misin. Conseguir y mejorar los ndices de disponibilidad deseados. Aplicar, como mnimo, las recomendaciones de cada fabricante respecto a las revisiones de los equipos. Conocer los procedimientos de desmontaje y montaje de las maquinas ms importantes. Elaborar procedimientos de mantenimiento que recojan la sistemtica aplicada en diferentes trabajos, incorporando la experiencia comprobada. Mantener en ptimas condiciones de trabajo todo el equipo de la central. En el ramo industrial al igual que en diversos ramos, existen tres clasificaciones para el mantenimiento.

4.2.1 MANTENIMIENTO PREDICTIVO.Se apoya en la tecnologa moderna para diagnosticar el estado de una maquina o de un proceso, analizar la tendencia de evolucin de los parmetros que lo caracterizan y organizar intervenciones correctivas cunado hay riesgo de avera o el deterioro da lugar a prdidas de eficiencias que justifiquen el coste y la oportunidad de intervencin, y las principales tcnicas que se utilizan son: Con equipos en operacin.- Anlisis de vibraciones y ruidos.- Anlisis de aceites.- Consumo de energa elctrica.- Anlisis de temperaturas.- Consumo de agua.- Anlisis de los parmetros qumicos del ciclo.- Visualizacin de los gases a la salida de la chimenea.- Anlisis del estado de carga de los soportes de tuberas principales. Con equipos parados.- Ensayos elctricos.- Ensayos metalogrficos.- Comprobacin del dimetro de los colectores calientes.- Inspeccin por ultrasonidos de soldaduras en tuberas y colectores importantes.- Inspeccin de los componentes crticos cuyo anlisis terico de consumo de vida indique que est prxima al agotamiento.

4.2.2 MANTENIMIENTO PROGRAMADO.Es aqul cuyos trabajos se ejecutan de forma peridica, establecindose la periodicidad en funcin de: Las horas de funcionamiento. El nmero de maniobras. El nmero de arranques y paradas. El nmero de disparos. La combinacin de alguno de estos.Ejemplos tpicos de este mantenimiento en una central de ciclo combinado son: El cambio de aceite segn las horas de funcionamiento. La revisin de interruptores segn el nmero de maniobras. Las inspecciones en las turbinas de gas, segn el nmero de horas equivalentes de operacin.Las intervenciones peridicas del mantenimiento programado vienen avaladas por la experiencia, y en los casos en el costo de reposicin sea elevado, se pueden introducir anlisis complementarios para conocer el estado real del elemento a cambiar y poder prolongar las horas de funcionamiento.4.2.3 MANTENIMIENTO CORRECTIVO.Se denomina as al tipo de mantenimiento que interviene para reparar y corregir averas y mal funciones que tienen lugar en la planta.

CAPITULO 5CONCLUSIONES Las centrales de ciclo combinado son un instrumento bsico de la poltica energtica: Contribuyen a la mejora de la eficiencia energtica Facilitan la integracin de energas renovables intermitentes Son fundamentales en el mix energtico por su flexibilidad. Bajo impacto ambiental: No emiten SO2 ni partculas Bajas emisiones de CO2 y NOx. Bajo consumo de agua (25-35% del consumo de las centrales convencionales y nucleares) Posible ubicacin en lugares donde otro tipo de central no sera posible. Se requiere un gran esfuerzo de refrigeracin pero se pueden utilizar tecnologas de torres de refrigeracin cerradas con un consumo de agua mnimo, resultando poco afectada la eficiencia global del sistema El desarrollo de las CTCC va ligado a la disponibilidad de la red de gas natural. El uso de gas natural como combustible, junto con la mejora de la eficiencia energtica, produce que las emisiones a la atmsfera se reduzcan respecto a otras tecnologas. Consumen un 35% menos de combustible que una central convencional Inconveniente: dependencia del abastecimiento de gas natural. Las mayores ventajas y las imposiciones de Kyoto hacen ms atractiva la inversin en ciclos combinados. Son las generadoras de energa ms adecuadas para cumplir con los objetivos del Protocolo de Kyoto, que obliga a sus firmantes a reducir sus emisiones en dixido de carbono. Triple objetivo: Seguridad suministro, medioambiente y coste.

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS Cengel, Yunus A. & Boles, Michael A. (2009). Termodinmica. (6a. Edicin). Mxico: McGraw Hill. Avallone, E. & Baumeister, T. (1995). Manual del ingeniero mecnico. (9a. Edicin). Mxico: Mc.Graw-Hill. Cohen, H., Rogers G. & Saravanamutto, H. (1993). Teora de las turbinas de gas. Barcelona: Marcombo. TESIS: Gonzlez, F. (1992). Descripcin, operacin y mantenimiento del sistema electro hidrulico de las turbinas de vapor de 80 MW del ciclo combinado de la planta termoelctrica Dos Bocas, Ver. Tesis de la Facultad de Ingeniera Mecnica Elctrica, Universidad Veracruzana, Veracruz, Veracruz. Tesis: estudio descriptivo y analtico de una planta de ciclo combinado - alberto de jess ramrez romero 2011 http://www.seccionmunicipiosciclocombinado.es/caracteristicas/ http://www.minem.gob.pe/descripcion.php?idSector=6amp;idTitular=3831&idTitular=1635

39