¿Qué es una planta de ciclo combinado?
Publicado: 12.FEB.2025
En www.ingemecanica.com siempre se ha apostado por la divulgación de todo aquello que ayude a mejorar la formación técnica de los usuarios que visiten la web. Y en esta ocasión, se tratará el tema de los ciclos combinados.
Una planta de ciclo combinado es una instalación industrial dedicada a la generación de energía eléctrica que utiliza dos tipos de turbina: una turbina de gas y una turbina de vapor.
Las plantas de ciclo combinado, también llamadas centrales térmicas de ciclo combinado, transforman la energía térmica del gas natural en electricidad mediante el trabajo conjunto de una turbina de gas y una turbina de vapor.
El proceso implica la puesta en marcha de dos ciclos térmicos consecutivos: el ciclo de Brayton, que se corresponde con la turbina de gas convencional, y el ciclo de Rankine, que opera con la turbina de vapor.
Equipos principales de un ciclo combinado
A continuación, se indican los equipos principales y más importantes que componen una planta de ciclo combinado:
• Turbina de gas: Es el equipo fundamental de una planta de ciclo combinado. Se trata de una turbina de combustión interna que se compone básicamente de las siguientes partes:
- Compresor: Un compresor se encarga de inyectar aire exterior a presión en la turbina, necesario para llevar a cabo la combustión del gas y que también se utiliza para la refrigeración de las zonas calientes de la turbina.
- Cámara de combustión: En la cámara de combustión interna de la turbina se mezcla el gas natural con el aire a presión que suministra el compresor, produciéndose la combustión de la mezcla.
- Turbina: Como resultado de la combustión, se generan gases muy calientes y a elevada presión. Estos gases calientes contienen mucha energía que se aprovecha para mover las hélices de la turbina que están soldadas a un eje que lo hace girar a muchas revoluciones. La expansión de los gases dentro de la turbina se realiza en tres o cuatro etapas. La temperatura de los gases a la entrada de la turbina puede llegar a los 1.400 oC, mientras que los gases a la salida lo hacen a unos 600 oC.
• Generador eléctrico: El eje de salida de la turbina se conecta a un generador. Un generador es una máquina eléctrica rotativa que transforma la energía mecánica que le entra por el eje en energía eléctrica. Un generador se compone de dos componentes principales que interactúan entre sí: el rotor (parte giratoria) y el estátor (parte estática). Cuando un generador eléctrico está en funcionamiento, una de las dos partes genera un flujo magnético (actúa como inductor) para que el otro lo transforme en electricidad (actúa como inducido). Los generadores eléctricos se diferencian según el tipo de corriente eléctrica que producen, dando lugar a dos grandes grupos: los alternadores y las dinamos. Los alternadores generan electricidad en corriente alterna, mientras que las dinamos generan electricidad en corriente continua.
• Caldera de recuperación: Los gases que salen de la turbina todavía están muy calientes (alrededor de 600 oC) y, por tanto, en una planta de ciclo combinado esta energía no se desperdicia. Para ello, se los hace pasar por un equipo llamado Generador de Vapor por Recuperación de Calor (HRSG del inglés, Heat Recovery Steam Generator). Se trata de una caldera convencional donde el calor de los gases que salen de la turbina de gas se aprovecha para convertir agua en vapor a alta presión.
• Turbina de vapor: El vapor generado en la caldera de recuperación se hace pasar por una turbina de vapor. La energía de este flujo de vapor se aprovecha para hacer girar el rotor de la turbina de vapor. El eje de salida de la turbina de vapor hace girar a un generador eléctrico para producir electricidad. En muchos diseños de plantas de ciclo combinado, es habitual que la turbina de vapor y la de gas estén acopladas a un mismo eje, de manera que accionan un mismo generador eléctrico.
• Condensadores: El vapor después de salir de la turbina de vapor se hace pasar por unos aero-condensadores donde se enfría por aire, convirtiéndolo de nuevo en agua para ser reutilizada en el proceso.
• Bombas de agua: Las bombas de agua de recirculación se encargan de impulsar el agua que sale de los condensadores de vuelta a la caldera de recuperación (HRSG) para repetir de nuevo el ciclo.
• Transformadores: Los transformadores son otros de los componentes fundamentales en las plantas de ciclo combinado. La electricidad producida por los generadores de las turbinas se hace a una tensión relativamente baja. Es necesario, por tanto, el uso de transformadores para adaptar la corriente eléctrica que sale del generador y elevar su tensión para poder realizar su transporte eficientemente a largas distancias, haciendo uso de las redes de distribución eléctricas.
Funcionamiento de una planta de ciclo combinado
Una vez que conocemos los componentes principales que integran una planta de ciclo combinado, a continuación se describirá brevemente cómo es su funcionamiento.
El proceso de transformación del gas natural en electricidad comienza cuando el aire procedente del exterior es comprimido a alta presión por el compresor. Desde ahí, el flujo de aire comprimido se conduce a la cámara de combustión de la turbina donde se mezcla con el gas natural.
Los gases calientes resultantes de la combustión del gas con el aire se hacen pasar por el cuerpo de hélices de la turbina de gas donde se expansionan. Esto provoca que la energía calorífica de los gases calientes se transforme en energía mecánica, haciendo girar el eje de la turbina de gas que está acoplado a un generador eléctrico.
Posteriormente, los gases calientes que salen de la turbina de gas se llevan a una caldera de recuperación de calor para producir vapor. A partir de este momento se produce el ciclo de agua-vapor, donde el vapor generado en la caldera de recuperación hace girar la turbina de vapor. A la salida de la turbina el vapor, este vapor se condensa (transformándose nuevamente en agua) y, por medio de las bombas de agua de recirculación, vuelve a la caldera para empezar un nuevo ciclo de producción de vapor.
Por lo general, la turbina de gas y la turbina de vapor se acoplan a un mismo eje, de manera que accionan conjuntamente un mismo generador eléctrico para producir la electricidad, que es conducida hasta un centro de transformación, donde se adapta la corriente (en tensión e intensidad) para ser evacuada a la red pública de distribución eléctrica.
Ventajas del ciclo combinado
A continuación, se indican las principales ventajas que aporta las plantas de ciclo combinado en la generación de energía eléctrica frente a las centrales térmicas convencionales:
• Alta eficiencia: Al combinarse dos ciclos de generación, el ciclo de gas y el de vapor, se aprovecha mejor la energía del combustible y el consumo de agua de refrigeración es también mucho más reducido.
• Menor emisiones de contaminantes: Al ser un proceso más eficiente, se emiten menos gases de efecto invernadero por kWh de energía eléctrica producida.
• Flexibilidad operativa: Las plantas de ciclo combinado son más flexibles que las centrales térmicas convencionales, dado que permiten adaptarse rápidamente a cambios en la demanda de energía de la red eléctrica. Esto significa que pueden operar a plena carga o a cargas parciales, hasta un mínimo de aproximadamente el 45% de la potencia máxima.
• Por último, las plantas de ciclo combinado se construyen más rápidamente que otras centrales y requieren de una menor superficie por MW eléctrico instalado, lo que reduce el impacto visual que genera la construcción de este tipo de plantas.
Por último, invito al lector a la visualización del siguiente vídeo de Kallpa Generación S.A., que te ayudará a comprender mejor los componentes y el funcionamiento de una planta de ciclo combinado:
Archivado en: / Tecnología / Ciclos Combinados
ESCAPARATE
Publicidad
Información y consulta:
Hermenegildo Rodríguez Galbarro
info@ingemecanica.com - Tel. 646 166 055