Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 9
raturas de entrada a la turbina de 200 °F sin un incremento en la temperatura
de combustión. El vapor de agua es también un medio de transferencia de
calor mucho más eficiente que el aire.
2. Incremento de las eficiencias de los componentes de turbomaquinaria
El desempeño de las primeras turbinas sufría grandemente de las
ineficiencias de turbinas y compresores. Sin embargo, el advenimiento de las
computadoras y de técnicas avanzadas de diseño asistido por computadora
hizo posible diseñar estos componentes aerodinámicamente cuyas pérdidas
son mínimas. Las eficiencias incrementadas de las turbinas y compresores
resultaron en un aumento significativo en la eficiencia del ciclo.
3. Adición de modificaciones al ciclo básico Las eficiencias de ciclo
simple de las primeras turbinas de gas fueron prácticamente duplicadas al
incorporar interenfriamiento, regeneración (o recuperación) y recalentamiento,
los cuales se analizan en las siguientes dos secciones. Desde luego, estas
mejoras se realizaron a expensas de mayores costos tanto inicial como de
operación y no pueden justificarse a menos que la disminución en los costos
de combustible contrarreste el incremento en otras áreas. Los costos relativamente
bajos de los combustibles, el deseo general de la industria para minimizar
los costos de instalación y el tremendo aumento en la eficiencia del
ciclo simple a cerca de 40 por ciento, dejó pocos deseos de optar por estas
modificaciones.
La primera turbina de gas para una central generadora de energía eléctrica
fue instalada en 1949 en Oklahoma como parte de una central eléctrica de ciclo
combinado. Fue construida por la General Electric, producía 3.5 MW de potencia
y sus turbinas de gas instaladas hasta mediados de 1970 sufrían de baja
eficiencia y escasa confiabilidad. En el pasado la generación de potencia eléctrica
para carga base estaba dominada por grandes centrales generadoras que
funcionaban con carbón y energía nuclear. Sin embargo, ha habido un cambio
histórico hacia las turbinas de gas impulsadas por gas natural debido a sus mayores
eficiencias, menores costos de capital, tiempos más cortos de instalación
y mejores características respecto a las emisiones contaminantes, además de la
abundancia de suministro de gas natural. Cada vez más y más empresas productoras
de energía eléctrica están empleando turbinas de gas para producción de
potencia para carga base así como para carga pico. Los costos de construcción
de centrales generadoras de turbina de gas son aproximadamente de la mitad
en comparación con los de una central generadora de vapor que funciona con
combustibles fósiles, las cuales fueron las principales centrales eléctricas para
carga base hasta principios de la decada de 1980. Se prevé que más de la mitad
de todas las centrales que se instalarán en el futuro sean de turbina de gas o
combinarán las turbinas de gas y de vapor.
Una turbina de gas fabricada por General Electric en los comienzos de la década
de 1990 tenía una relación de presión de 13.5 y generaba 135.7 MW de potencia
neta con una eficiencia térmica de 33 por ciento bajo una operación de ciclo
simple. Una turbina de gas más reciente fabricada por General Electric utiliza
una temperatura de entrada a la turbina de 1 425 °C (2 600 °F) y produce hasta
282 MW mientras logra una eficiencia térmica de 39.5 por ciento en el modo
de ciclo simple. Una turbina de gas de pequeña escala de 1.3 toneladas, denominada
OP-16, construida por la firma holandesa Opra Optimal Radial Turbine,
puede trabajar con gas o combustible líquido y reemplazar un motor diesel de
16 toneladas. Tiene una relación de compresión de 6.5 y produce hasta 2 MW
de potencia, mientras que su eficiencia es de 26 por ciento en operación de ciclo
simple, y sube hasta 37 por ciento cuando se equipa con un regenerador.