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Se denomina Ciclo Combinado a la generación de electricidad por medio de dos sistemas que convergen en una misma planta. Por un lado se tiene la generación de electricidad por medio de unidades de turbogas, que como su nombre lo indica utilizan la combustión de gas natural para crear las condiciones de presión en los gases necesaria para hacer funcionar las turbinas. Posteriormente, la alta temperatura de los gases de escape es utilizada para generar vapor por medio de un intercambiador de calor, entonces el vapor es enviado a las turbinas de vapor que acopladas a los generadores producen electricidad.

La turbina de gas, que se basa en el ciclo Brayton, toma el aire de la atmosfera y lo somete a calentamiento y compresión, mientras que la turbina de vapor, que se basa en el ciclo Rankine utiliza el calor producido en el ciclo anterior para generar vapor. Las principales ventajas de las centrales de ciclo combinado son:

 Flexibilidad, ya que la planta puede operar a plena carga o con cargas parciales, hasta un mínimo del 45% de la carga máxima.

 Eficiencia elevada, de 49% a 58%  Menores emisiones

 Menores costos de inversión por MW instalado

Figura 8.15 Esquema de Generación por Ciclo Combinado Fuente: Internet

Funcionamiento de una Turbina de Gas

Compresor:

El compresor se encuentra en la entrada del motor y se encuentra conectado al disco de turbina por medio de un eje, el compresor puede ser de tres tipos diferentes:

 Axial: la corriente de aire que atraviesa el compresor lo hace en el sentido del eje (de ahí el nombre de axial), consta de varios discos giratorios (llamados etapas) en los cuales hay una serie de álabes, entre cada disco rotor hay un disco fijo (estator) que tiene como función dirigir el aire con el ángulo correcto a las etapas rotoras.

 Radial o Centrifugo: la corriente de aire ingresa en el sentido del eje y sale en sentido radial, consta de un sólo disco con alabes en una o ambas caras,

Figura 8.16 Ilustración de una Turbina de Gas Fuente: Internet

es el compresor universalmente utilizado en las micro turbinas por ser fácil de obtener y balancear, es mucho más resistente que el axial pero como desventaja es mas pesado y tiene un área frontal mayor

 Diagonal: es una cruza entre los dos anteriores, es prácticamente anecdótico puesto que salvo en los primeros intentos de construir micro- turbinas no se ha utilizado

Difusor:

Tiene como misión cambiar la velocidad de la corriente de aire que viene del compresor para aumentar la presión. Consta de una serie de pasajes que se ensanchan hacia atrás (conductos divergentes), el difusor es diferente según el compresor sea axial o centrifugo

Cámara de Combustión:

Es una de las partes mas criticas de las turbinas, su diseño es critico dado que la temperatura de salida es fundamental así como la longitud de la cámara, entonces esta parte debe ser diseñada con sumo cuidado para permitir la completa combustión dentro de la longitud de la misma.

Álabes Guía de Turbina:

Esta parte tiene como función aumentar la velocidad de la corriente de gas caliente que sale de la cámara de combustión y dirigirla con el ángulo apropiado al disco de turbina. Esta pieza es la mas expuesta a altas temperaturas por lo tanto se construyen en aleaciones inoxidables para alta temperatura, básicamente consta de una serie de álabes "estatores" que se cierran hacia la parte trasera (conducto convergente), también difieren si son para turbina radial o axial

Disco de Turbina:

Es la parte encargada de extraer parte de la energía de la corriente de gas para convertirla en movimiento, su única función es hacer rotar el compresor al cual se encuentra unido por medio de un eje, la turbina se halla sujeta a elevadas temperaturas y lo que es peor a elevadas cargas centrifugas que unido a la disminución de resistencia del material por causa de la temperatura hacen que este sea el elemento que más importancia tiene en cuanto a la elección de materiales, sin excepción se utilizan aleaciones con elevado contenido de níquel. Existen dos tipos de discos de turbina:

 Los axiales: Son los mas utilizados pues poseen excelentes características de aceleración y un peso bastante reducido, su única contra es que deben

respetarse a estrictamente las temperaturas y velocidades máximas sino se corre el riesgo de que el disco se "desintegre" literalmente.

 Las radiales: Si bien se utilizan menos por ser bastante mas pesadas y por lo tanto tardan mas en acelerar tienen la particularidad de ser muy robustas, soportan mas revoluciones a mayor temperatura

Tobera de Escape:

En esta parte los gases de escape son acelerados para aumentar el empuje producido por la turbina, básicamente es un conducto cónico y algunas veces también posee un cono interior

El ciclo de funcionamiento es como sigue:

El aire ingresa al compresor donde aumenta parcialmente la presión y temperatura, luego es llevado al difusor donde se produce el incremento final de presión, el aire ingresa a la cámara de combustión donde se mezcla con el combustible y se quema para incrementar la temperatura (y por lo tanto la energía total contenida en el gas), luego es dirigido hacia el conjunto de álabes estatores de la turbina estos tienen como misión dirigir el gas hacia el disco de turbina con el ángulo correcto y además incrementar su velocidad, luego el gas pasa por el disco de turbina donde parte de la energía que contiene es extraída para mover el compresor al cual se encuentra unido por medio de un eje, el gas deja la turbina con gran temperatura y velocidad pero es acelerado aún más en la tobera de escape, el gas que sale a gran velocidad es el responsable de la reacción que se conoce como "empuje" de la turbina.

Las turbinas no pueden arrancar por sí solas, necesitan ser llevadas a un determinado numero de RPM para crear suficiente presión en el motor para permitir el funcionamiento.