Repsol YPF

Motores e turbinas a gas

Existen diversos equipos capaces de xerar enerxía eléctrica que teñen a súa aplicación nas plantas de coxeración: turbinas de vapor, turbinas de gas e motores de gas. As últimas tendencias técnicas, económicas e ambientais, motivaron que a maioría das plantas de coxeración están baseadas en turbinas de gas ou en motores de gas.

TURBINAS DE GAS

Unha turbina de gas é unha máquina capaz de producir por un lado potencia mecánica e por outro lado achegar unha elevada cantidade de calor en forma de gases quentes e cunha alta porcentaxe en osíxeno, o cal permite utilizalos como aire de combustión nun queimador adicional e así elevar o nivel térmico dos gases.

O esquema elemental dunha turbina de gas é o seguinte:

O compresor de aire ten por misión elevar a presión do aire de combustión (unha vez filtrado) antes de que entre na cámara de combustión. Esta compresión pode facerse nunha ou varias etapas, e consume boa parte da potencia producida pola turbina. Na cámara de combustión ten lugar a combustión a presión do gas xunto co aire. Frecuentemente necesítase un compresor de gas para introducir este a presión axeitada. Debido ás altas temperaturas que poden alcanzarse na combustión e para non reducir demasiado a vida útil dos elementos compoñentes da cámara, trabállase con exceso de aire elevado, co que se consegue por un lado reducir a temperatura da chama e por outro lado refrixerar as partes máis quentes da cámara.

A turbina de potencia é onde ten lugar a conversión da enerxía contida nos gases de combustión (en forma de presión e temperatura elevada) en potencia mecánica (en forma de rotación dun eixe, o chamado eixe de potencia). Os gases que entran á turbina de potencia a unha temperatura de 1.000 -1.200 ºC, saen a uns 500 ºC e unha presión lixeiramente superior á atmosférica. A velocidade de rotación do eixe de potencia adoita ser moi superior á necesaria para o accionamento dun alternador ou dun compresor e adoita necesitarse
unha caixa redutora para reducir o número de revolucións. O xerador é o elemento que consume a enerxía mecánica achegada pola turbina e o que xera a corrente eléctrica.

MOTORES DE GAS

Os motores de gas son os equipos co rendemento de conversión de enerxía térmica en eléctrica máis elevado na actualidade. Non obstante, a calor residual producida atópase distribuída entre distintas correntes de fluídos a distintas temperaturas, o cal fai máis difícil a súa recuperación.
 
O esquema básico dun motor a gas para instalacións de coxeración é o seguinte:

Na cámara de combustión ten lugar a combustión de gas e aire mesturados. Teñen forma cilíndrica e no seu interior existe un pistón móbil que realiza a aspiración do combustíbel e o aire por un extremo, mentres que polo outro extremo cede a enerxía desprendida na combustión ao eixe motor mediante un sistema biela-manivela. Unha vez realizada a combustión, o pistón desprázase para evacuar os produtos de combustión. Xeralmente trabállase cun exceso de aire do 15-40% e a presión do gas á entrada do regulador previo á cámara é inferior a 2 bar. Esta presión é doadamente asegurábel polas compañías distribuidoras polo que non adoita precisarse compresión do gas.

A función do xerador é a conversión de enerxía mecánica en enerxía eléctrica. Unha particularidade dos motores é a súa relativamente baixa velocidade de rotación, o cal fai posíbel unha ensamblaxe directa do eixe motor ao xerador.

Os circuítos de evacuación de fluídos e refrixeración son basicamente tres: evacuación dos gases de escape, refrixeración do motor e aceite de lubrificación. Este último representa unha porcentaxe moi baixa da enerxía desprendida. Normalmente a refrixeración do motor 
realízase con auga e en función do seu nivel de temperaturas pódense facer tres grupos:

• Refrixeración "clásica" na que a auga entra a uns 70 ºC e sae a 85-90 ºC cara ao arrefriador.
  
• Refrixeración a alta temperatura onde, mediante presión, a auga chega a alcanzar temperaturas superiores a 100 ºC (máximo 120 ºC) sen cambio de fase.
  
• Refrixeración por ebulición: conséguese un arrefriamento máis eficiente do motor ao permitir unha vaporización da auga a uns 120-125 ºC, eliminando ademais a necesidade de bomba de recirculación xa que o sistema funciona por convección natural.   

• Comparación entre motores de gas e turbinas de gas