1. Lianne Colpas Barraza
Edwin Peralta Hernández
Francisco Sorzano Jiménez
Universidad del Atlántico

2. Ciclos combinados
A principios del siglo xx en 1925 se desarrollo la
idea de obtener trabajo con la combinación de
dos ciclos de Rankine: uno con fluido motor
mercurio y otro con agua. Fue sin embargo el
pleno desarrollo de las turbinas de gas como el
elemento productor de potencia y el
acoplamiento de estas en un ciclo de Rankine
agua-vapor lo que ha permitido el desarrollo de
los ciclos combinados que se conocen hoy en
día.

3. La justificación de los ciclos
combinados reside en que, desde
un punto de vista tecnológico,
resulta difícil conseguir un ciclo
termodinámico que trabaje entre
las temperaturas medias de los
focos calientes y frio usuales. Es
por ello, que se acude al
acoplamiento de dos ciclos: uno
especializado en la producción de
trabajo con alta eficiencia en
rangos altos de temperaturas de
trabajo(Brayton) y otro para
temperaturas medias-
bajas(Rankine).

4. ¿Qué es un ciclo combinado?
 Es un ciclo de potencia que se basa
en una planta típica de ciclo
combinado de una turbina de vapor
y otro de una turbina de gas. El
calor no utilizado por uno de los
ciclos se emplea como fuente de
calor del otro. De esta forma los
gases calientes de escape del ciclo
de turbinas de gas entregan la
energía necesaria para el
funcionamiento del ciclo de vapor
acoplado. Esta configuración
permite un muy eficiente empleo
del combustible.

6. La energía obtenida en las centrales
eléctricas de ciclos combinados puede ser
utilizada, además de la generación eléctrica,
para calefacción a distancia y para la
obtención de vapor de proceso.

7. Funcionamiento
 En primer lugar el aire es comprimido a alta
presión en el compresor, pasando a la cámara de
combustión donde se mezcla con el combustible.
 A continuación, los gases de combustión pasan
por la turbina de gas donde se expansionan y su
energía calorífica se transforma en energía
mecánica, transmitiéndolo al eje.
 Los gases que salen de la turbina de gas se llevan
a una caldera de recuperación de calor para
producir vapor, a partir de este momento
tenemos un ciclo agua-vapor convencional.

9.  A continuación, los gases de combustión pasan
por la turbina de gas donde se expansionan y
su energía calorífica se transforma en energía
mecánica, transmitiéndolo al eje.
 Actualmente la tendencia es acoplar la
turbina de gas y la turbina de vapor a un
mismo eje, de manera que accionan
conjuntamente un mismo generador eléctrico.

11. Ventajas del Ciclo Combinado
 Flexibilidad. La central puede operar a
plena carga o cargas parciales, hasta un
mínimo de aproximadamente el 45% de la
potencia máxima.
 Eficiencia elevada. El ciclo combinado
proporciona mayor eficiencia por un margen
más amplio de potencias.
 Sus emisiones son más bajas que en las
centrales térmicas convencionales.
 Bajo consumo de agua de refrigeración.
 Ahorro energético en forma de combustible

12. EJERCICIO

13. ɳc = 80%= 0.80
ɳt = 85%= 0.85
rp = 8 (relación de presiones)
TURBINA DE GAS (BRAYTON)
Compresor:
T1 = 300k (entrada)
h1 = 300.19 kJ/kg Pr1 = 1.386
[Tabla A-17]
 Pr2 = 11.10
 h2 = 544.35 kJ/kg
 T2 = 540k (salida)[Tabla A-17]

14. Turbina:
T3 = 1300k (entrada)
h3 = 1395.97 kJ/kg Pr3 = 330.9 [Tabla A-17]
 Pr4 = 41.36
Interpolando: [Tabla A-17]
Pr T (k) h (kJ/kg)
43.35 780
41.36 T4
39.27 760
 h4 = 789.37 kJ/kg T4 = 770.24k (salida)
Wcomp,entrada = h2 – h1 = 244.16 kJ/kg TRABAJO
Wturb,salida = h3 – h4 = 606.60 kJ/kg IDEAL

15. Trabajo real: Wc,entrada = Wideal / ɳc = (244.16 kJ/kg)/ (0.80)
Wc,entrada = 305.2 kJ/kg
Wt,salida = Wideal * ɳs = ( 606.6 kJ/kg) * (0.85)
Wt,salida = 515.61 kJ/kg
 Wc,ent = h2’ - h1 h2’ = 605.39 kJ/kg
Interpolando: [Tabla A-17]
T (k) h (kJ/kg)
600 607.02
T2’ 605.39
590 596.52
T2’ = 598 k (temperatura real de salida del compresor)

16.  Wt,sal = h3 – h4’ h4’ = 880.36 kJ/kg
Interpolando: [Tabla A-17]
T (k) h (kJ/kg)
860 888.27
T4’ 880.36
840 866.08
 T4’ = 853 k (temperatura real de salida de la turbina)
 h5’ = h@450k = 451.8 kJ/kg [Tabla A-17]
 qentrada = h3 – h2’ =(1395.97 – 605.39) kJ/kg = 790.58 kJ/kg
 Wneto = Wt,sal - Wc,ent = 210.41 kJ/kg
 ɳtermico = Wneto / qentrada = 0.266 = 26.6%

17. CICLO DE VAPOR IDEAL (RANKINE):
P3 = 7 Mpa T3 = 500 ºC h3 = 3411.4 kJ/kg [Tabla A-6]
P2 = 5 Kpa T2 = 33 ºC h2 = 144.78 kJ/kg
[Tabla A-4 y A-5]
ɳtermico = 40.8% = 0.408 Wneto = 1331.4 kJ/kg
BALANCE DE ENERGIA (INTERCAMBIADOR DE CALOR)
Eentrada - Esalida = ∆Esistema
Eentrada = Esalida
ṁgas* h4’ + ṁvapor* h2 = ṁgas* h5’ + ṁvapor* h3

18. 

19. Wneto = Wneto, gas + y.Wneto, vapor
Wneto = (210.41 kJ/kg de gas) + (0.131 kg de vapor/kg de
gas)*(1331.4 kJ/kg de vapor)
 Wneto = 384.8 kJ/kg de gas
ɳtermico = Wneto / qentrada = (384,08 / 790,58) kJ/kg
 ɳtermico = 0.487 = 48.7%