y su significado para la optimización del grado de eficiencia y las emisiones
Gracias a su rendimiento especial en el rango de carga pico, las turbinas de gas han demostrado su eficiencia como componentes decisivos y fiables en diversas aplicaciones industriales. Con frecuencia se utilizan turbinas de gas en el sector eléctrico y térmico así como en la industria petrolera y de gas. En el suministro de energía, las turbinas de gas se encargan de la cobertura de picos de demanda y la producción de calor. Las áreas de aplicación comunes son plantas de turbinas de gas, plantas de cogeneración o plantas de ciclo combinado de gas y vapor. Una eficiencia energética especialmente alta se alcanza combinando turbinas de gas y de vapor. En la industria petrolera y de gas, las turbinas de gas se usan como accionamientos mecánicos de bombas, compresores y generadores para el transporte y el procesamiento de las materias primas. Las turbinas de gas funcionan con combustibles líquidos y gaseosos como el gas natural, gasolina, diésel, gasóleo o petróleo. Para optimizar este proceso que demanda una gran cantidad de combustible y gases de combustión de la forma más eficiente posible es muy importante la colaboración compleja entre los parámetros de los gases de combustión y los ajustes del proceso de combustión en la turbina de gas, siendo esta la base para un rendimiento óptimo. Para el técnico de servicio es importante entender el funcionamiento del proceso de combustión y la influencia de los distintos parámetros de medición sobre el rendimiento y la emisión de partículas nocivas de las turbinas de gas.
Las turbinas de gas son motores de combustión que constan de tres componentes: un compresor instalado previamente, la cámara central de combustión y la turbina en sí. Según el uso y el área de aplicación se distinguen el tipo de construcción, la potencia y el tamaño de las turbinas de gas. Sin embargo, el principio de eficiencia siempre es el mismo y se basa en el ciclo termodinámico de James Prescott Joule (“efecto de Joule-Thomson”). Aquí a través del álabe de uno o varios niveles de compresión se comprime aire el cual se mezcla, se enciende y se quema en la cámara de combustión con un combustible líquido o gaseoso.
De esta mezcla de aire comprimido y el gas de combustión surge un gas caliente que puede alcanzar temperaturas de más de +1.000°C y se escapa a la parte de la turbina conectada posteriormente y luego se relaja: La energía térmica se transforma en energía mecánica. En la turbina de expansión, los gases de combustión calientes y cargados de energía se expanden casi hasta alcanzar la presión ambiente reduciendo su velocidad. Durante el proceso de expansión los gases de combustión transfieren la potencia a la turbina. Para accionar el compresor (aspiración de aire) se requieren aprox. 2/3 de esta potencia. Un generador acoplado directamente transforma la energía mecánica en energía eléctrica. En el lado de baja presión aún está disponible 1/3 de la potencia útil para un segundo eje, por ejemplo, para accionar un generador, un rotor, un compresor o un accionador de bomba, antes de que se conduzcan los gases de combustión calientes a una caldera de recuperación conectada posteriormente para generar calor.
La concentración de los gases de combustión liberados suministra información importante sobre la eficiencia de la combustión y cómo puede incrementarse. Los valores de CO y NOX proporcionan información sobre el estado actual de la planta y el cumplimiento de los valores límite de las emisiones. El suministro de aire entre “rich” y “lean” y la temperatura condicionada de la cámara de combustión influyen sobre el comportamiento de las emisiones de la turbina de gas.
El desafío al medir las emisiones en turbinas de gas consiste en medir de forma precisa las concentraciones del gas muy altas y bajas. Las turbinas de gas ajustadas perfectamente emiten valores mínimos de CO y NOX (2 y la prevención de la pérdida de presión en la cámara de combustión también son factores importantes para el funcionamiento eficiente de la turbina de gas.
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