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Enfriamiento aire admisión turbinas

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altEl enfriamiento del aire de admisión de las turbinas de gas, permite la optimización de las centrales de generación de energía eléctrica, tanto si se trata de una planta de ciclo combinado como de cogeneración. Es sabido que las turbinas de gas, independientemente del tipo de combustible utilizado (gas natural, gasoil, fuel-oil), son muy susceptibles a los cambios de temperatura ambiente, humedad relativa y a la altitud donde estén instaladas, especialmente en lo relativo a las turbinas aeroderivadas.

Los parámetros de funcionamiento de las turbinas están determinados por las condiciones señaladas por la normativa ISO (nivel del mar, 15ºC, 60% humedad relativa, 100 mm.c.a. contrapresión en la aspiración, 100 mm contrapresión para los gases de escape) Cualquier modificación de estas condiciones, produce dos efectos indeseables en el funcionamiento, la bajada de potencia generada y el aumento del consumo de combustible.

La potencia desarrollada por la turbina depende de las masas de combustible y comburente utilizadas en el proceso de combustión. Pero el caudal volumétrico del comburente, aire atmosférico, que suministra el compresor es fijo, para una velocidad de giro dada y su caudal másico dependerá de la densidad del aire que, a su vez, es función de la temperatura ambiente. Por tanto, a medida que se incrementa esta temperatura disminuye el caudal másico del comburente y, consecuentemente, la potencia eléctrica de la máquina.

Estudios realizados demuestran que por cada grado centígrado de reducción de temperatura en la entrada de aire, permiten incrementar la potencia de la turbina, linealmente, del orden del 0,7%. En literatura técnica encontramos plantas de cogeneración y ciclos combinados que consiguen optimizaciones entre el 10 y el 20% e incluso casos especiales hasta del 39% en países de oriente medio, donde la temperatura ambiente es muy alta.

Hay varias tecnologías para enfriar el aire de admisión a los compresores de las turbinas que podemos englobar en los grupos siguientes:

1.- Sistemas de humidificación de aire, consiguiendo un enfriamiento adiabático o sistema fogging. Es el más económico pero sus ventajas se reducen, e incluso desaparecen, en lugares de ambientes húmedos. Además sólo pueden enfriar hasta la temperatura cercana  a la del bulbo húmedo. Dejamos a un lado los sistemas de compresión húmeda, sólo aplicables a turbinas con diseños especialmente concebidos para este fin.
2.- Sistemas de enfriamiento de aire, mediante intercambiadores aire/agua. El agua se enfría recurriendo a refrigeradores de agua, chiller, que pueden ser eléctricos, de absorción o de adsorción.
3.- Sistemas de enfriamiento por vaporización de gas natural licuado, utilizado en algunas plantas de ciclo combinado
4.- Sistemas mixtos, combinación de los anteriores.

Los más universales, especialmente en turbinas aeroderivadas, son los del grupo 2.-, porque pueden enfriar por debajo de la temperatura del bulbo húmedo (como se puede observar en la carta psicrométrica) y no tienen problemas de goteos que puedan perjudicar el funcionamiento del compresor. 

Los chillers eléctricos utilizan sistemas de refrigeración convencional mediante compresores mecánicos, altmientras los chillers no eléctricos utilizan sistemas de refrigeración térmica en ciclos de absorción o de adsorción.

En ICOGEN tenemos experiencia en los sistemas de refrigeración de aire mediante chillers no eléctricos, tanto sean en ciclo de absorción como de adsorción y podemos ofrecer estas soluciones altamente rentables, especialmente cuando disponemos de fuente de calor residual a bajo costo. Si tal fuente no existe también podemos, entre otras alternativas, proponer un sistema de cogeneración auxiliar capaz de proporcionar el calor necesario para el funcionamiento del chiller, con la correspondiente producción de energía eléctrica.

En cuanto a la elección del chiller más idóneo tenemos que considerar que el de absorción permite llegar a temperaturas de agua de 6ºC, mientras el de adsorción puede descender hasta 3,5ºC y, también, que esta última temperatura señala el límite, por debajo del cual, no es recomendable su aplicación, con el fin de evitar riesgos de formación de hielo en el intercambiador.

La alternativa más rentable dependerá, además, de la naturaleza de la fuente de suministro térmico disponible. La absorción con bromuro de litio, simple efecto, tiene sus límites comprendidos entre 75 y 95ºC, mientras la adsorción con silicagel, podemos utilizar agua caliente desde 50ºC hasta 95ºC. En este último caso es admisible contar con temperaturas variables. El COP de ambos sistemas es similar, alrededor de 0,7,  cuando la temperatura del agua caliente es de unos 90ºC.

Si la temperatura de la fuente térmica permite un chiller de absorción de doble efecto, podemos obtener COP de hasta 1,40 y también es admisible, en casos justificados, utilizar un chiller de absorción con fuego directo proporcionado con cualquier tipo de combustible.

ICOGEN dispone de la tecnología más avanzada, para asegurar la optimización y rentabilidad más adecuada, para cualquier planta de ciclo combinado o cogeneración, mediante la instalación de sistemas de enfriamiento del aire de admisión a la turbina de gas, sea con chiller no eléctrico de absorción o de adsorción.

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