Quieres electricidad. Para conseguirlo, normalmente se necesita una turbina giratoria. ¿Pero qué es girar? ¿Es aire? ¿Es vapor? La respuesta cambia todo acerca de cómo funciona la máquina, cuánto cuesta y dónde vive.
La mayoría de la gente agrupa las “turbinas” en un solo cubo. No deberían hacerlo. Aquí hay dos actores dominantes: el ciclo de Brayton y el ciclo de Rankine. Se respira gas. El otro hierve agua.
Cómo el ciclo Brayton utiliza el aire comprimido
El ciclo Brayton es el motor detrás de las turbinas de gas. Piense en los motores a reacción. Piense en esas enormes unidades colocadas sobre los tejados de las centrales eléctricas.
El fluido de trabajo aquí es un gas. Generalmente aire.
El proceso comienza con la compresión. Un compresor exprime el aire, aumentando su presión y energía. Esto no es gratis. Se necesita trabajo. Pero ese aire a alta presión está preparado para lo que viene después.
Luego, calentar.
Una fuente de combustión externa vierte energía en ese gas comprimido. Picos de temperatura. El gas se expande violentamente. Este gas en expansión y de alta energía se precipita hacia una turbina.
Golpea las cuchillas. Las aspas giran. Esa rotación es trabajo mecánico.
“Luego se añade al gas calor procedente de una fuente de combustión externa, lo que hace que se expanda antes de pasar por una turbina”.
Aquí es donde el ciclo se divide.
En un ciclo Brayton abierto, ese gas gastado simplemente desaparece. Sale a través de una chimenea de escape. Se ha ido. Tomas aire fresco para la siguiente ronda. Simple. Lo suficientemente eficiente para inicios rápidos.
En un ciclo cerrado de Brayton, el gas permanece atrapado. Se enfría, se recomprime y se vuelve a colocar en el circuito. Sin escape. Sólo un circuito cerrado de gas reciclado.
Por qué el ciclo de Rankine hierve el agua
El ciclo Rankine es diferente. Funciona con líquidos. En concreto, agua.
No se puede simplemente bombear vapor de manera eficiente. Bombeas líquido.
Una bomba empuja agua hacia una fuente de calor. En las centrales eléctricas convencionales, esa fuente de calor es una caldera. La caldera hierve el agua. Se convierte en vapor.
El vapor ocupa mucho más espacio que el agua líquida. Se expande.
Ese vapor en expansión golpea una turbina. Al igual que en el ciclo Brayton, el vapor empuja las aspas. La turbina gira. Ese rotor impulsa un generador. Se activa la inducción electromagnética. Obtienes electricidad.
Pero espera. El ciclo no ha terminado.
En el sistema Rankine, ese vapor no simplemente sale volando a la atmósfera. Pasa por un condensador. Se enfría. Vuelve a convertirse en agua líquida.
Luego regresa a la bomba.
Gas vs vapor: ¿Qué ciclo se adapta a sus necesidades?
Entonces, ¿cuál usas?
Depende de lo que estés intentando hacer.
Las turbinas de gas (Brayton) son rápidas. Se ponen en marcha rápidamente. Son excelentes para potencia de carga máxima, cuando todos encienden el aire acondicionado a las 5 p. m. y necesitas energía ahora. Manejan bien cargas variables. Pero suelen ser menos eficientes con carga base en comparación con el vapor.
Las turbinas de vapor (Rankine) están estables. Son los caballos de batalla. Las centrales nucleares, las de carbón e incluso algunas plantas solares térmicas utilizan el ciclo Rankine. Ellos son
