Motores de gas y turbinas de gas

Comparación entre motores de gas y turbinas de gas (Fuente: Repsol)

En comparación con las turbinas de gas, plantas de cogeneración que tienen motores de gas se caracterizan por un mayor rendimiento eléctrico con inversiones mucho más pequeñas, como se ilustra en el siguiente gráfico:

Las turbinas se recomienda cuando hay una demanda constante de calor con una temperatura superior a 110 º C, o en instalaciones que son muy poderosos. Ambas opciones technologal comparten una estructura compacta que sólo ocupa un espacio muy pequeño. 

Ciclo termodinámico

El ciclo termodinámico, de motores y turbinas tanto, está compuesto por cuatro fases: admisión, compresión, combustión y la liberación. En ambos casos, el aire pasa por un proceso de compresión antes de la combustión se lleva a cabo. El proceso de combustión se lleva a cabo en una cámara de enfriamiento.

• Los niveles de presión que se alcanzan con las turbinas son más altos que los obtenidos utilizando los motores.
• Las temperaturas de la cámara de combustión que con el empleo de turbinas tienden a ser más altas que las de los motores.
• Los productos de la combustión en los motores tienden a tener temperaturas más bajas que en el caso de las turbinas, de alrededor de 350 º C en comparación con los 500 º C.
• La velocidad de las revoluciones del motor ejes varía entre 1.000 y 1.500 rpm, mientras que para las turbinas, la velocidad de las revoluciones varía entre 10.000 y 15.000 rpm
• Los motores son refrigerados por agua, mientras que las turbinas se refrigeran con aire.
• Los motores tienen un enfriamiento complejos y sistema de lubricación, que utiliza el aceite y el agua, por lo que aparte de la electricidad, el calor está disponible en forma de agua a baja temperatura (40 º C), agua a alta temperatura (90 º C) y gases de combustión.
• En las turbinas, hay dos fuentes de calor: el petróleo (en cantidades insignificantes) y los gases de la turbina, que son una mezcla de gases de combustión y el aire para la refrigeración de la cámara, dando como resultado el contenido de O2 fluctuando alrededor de la marca del 15%.
• El contenido de oxígeno de los gases de escape hace que sea posible con las turbinas de postcombustión, mientras que no es posible con los motores, lo que lleva a la necesidad de recurrir a las calderas convencionales de apoyo.
• Por la misma cantidad de calor útil a temperaturas altas (> 90 º C) y de la electricidad generada, el nivel de rendimiento global de la planta de cogeneración es mayor con las turbinas de gas.    

Rendimiento eléctrico

El rendimiento eléctrico de una planta es uno de los elementos más importantes de una planta de cogeneración a partir de una perspectiva económica. El rendimiento eléctrico de las turbinas de gas tiende a fluctuar entre 20% y 30%, mientras que el rendimiento eléctrico de los motores es de entre 35% y 40%. Las turbinas requieren un conjunto de reducción para adaptarlos a los alternadores que están conectados a la frecuencia de la red eléctrica, que giran a 1.500 rpm.

El uso eficiente de calor

En el caso de las turbinas de gas, la principal fuente de calor sólo proviene de los gases de escape. El calor extraído de la refrigeración del aceite es insignificante.

Motores proporcionan dos fuentes de calor. Por un lado, los gases de escape se produce a temperaturas de entre 350 y 400 º C para generar vapor o para utilizarlo en otros procesos (secado, el calentamiento de los agentes de procesos, etc.)

Por otro lado, el 30% de la energía que se consume está disponible en forma de agua para la refrigeración del motor a temperaturas entre 90 º C y 100 º C que se puede utilizar directamente.