El crecimiento de la población mundial ha estado aumentando la demanda de los servicios energéticos, lo que ha llevado a una mayor extracción y quema de combustibles fósiles, que contribuyen al calentamiento global. La mayor parte de la producción de energía proviene de combustibles fósiles, particularmente del carbón, combustóleo y gas natural [1]. Los sistemas más utilizados para la generación de potencia son las turbinas de gas y son equipos que han ido evolucionando día con día, con la finalidad de aprovechar de manera más eficiente los recursos que utilizan.
Recientemente se han realizado trabajos sobre la implementación de análisis termoeconómico y diagnóstico a los sistemas de turbinas de gas con diferentes enfoques. Memon et al., [2] realizaron un análisis termoambiental y económico de ciclos de turbinas de gas simples y regenerativas, para determinar el desempeño de éstos, el impacto ambiental y los costos. Baghernejad y Anvari-Moghaddam [3], realizaron un estudio a tres configuraciones de ciclos combinados desde la perspectiva energética, exergética, exergoeconómica y ambiental, con el fin de, mostrar el efecto del cambio en los parámetros, como la relación de presiones del compresor y la temperatura de entrada de la turbina de gas, sobre el trabajo de salida, la eficiencia exergética, los parámetros exergéticos-económicos y ambientales. Castro et al., [4] realizaron una evaluación exergoeconómica de la integración de un compresor con enfriamiento intermedio y/o un regenerador a una turbina de gas simple, bajo las mismas condiciones de operación, para mostrar la influencia del desarrollo de la turbina de gas simple al acoplarle distintos equipos para obtener diferentes arreglos.
Por lo anterior, este trabajo se enfoca en determinar el ahorro técnico y el impacto en el consumo de combustible de la turbina de gas regenerativa Siemens V93 [5], un avance en el diseño tecnológico que se enfoca en recuperar la energía térmica perdida de los gases de escape, mediante el diagnóstico termoeconómico. Este enfoque evaluará la cantidad de exergía que se puede recuperar del sistema y cómo se refleja en el consumo adicional de combustible.
La turbina de gas regenerativa Siemens V93 se conforma de un compresor, un regenerador, una cámara de combustión y una turbina de potencia; donde, su característica principal es el regenerador, que aprovechar la energía térmica contenida en los gases de escape para precalentar el aire comprimido y como consecuencia, consumir menos combustible. Para determinar del ahorro técnico y el impacto en el combustible, se implementa la teoría del costo exergético, principalmente del modelo PFR (Producto-Recurso-Residuo) [6], que relaciona las variables de los flujos de exergía y costos exergéticos con su producto total y se comparan dos condiciones, la condición de diseño y de la operación real, manteniendo la potencia útil constantes. En la turbina de gas Siemens V93, la comparación entre las condiciones de diseño y actual se muestra al modificar la eficacia del regenerador, con el fin de mostrar la relevancia que tiene este equipo en el sistema.
De los resultados obtenidos se muestra que, al disminuir la eficacia del regenerador del 80% al 70% se recupera 2.14 kW de 550.04 kW, que corresponde al recurso externo; este ahorro se ve reflejado en una disminución en el flujo de combustible del 3.17%.
