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27-05-2020
Facultad de Ingeniería Mecánica
Catedrático:
Erika Jazmín De La Cruz Angel
Tema:
Ciclo combinado (Brayton-Rankine)
Experiencia Educativa:
Plantas Térmicas
Alumno:
Reyes Cruz Mario Ernesto (S17002288)
Funcionamiento del ciclo combinado 
 
Una planta de “ciclo combinado” consiste en la integración de dos o más ciclos 
termodinámicos energéticos, para lograr una conversión más completa y eficiente 
de la energía aportada en trabajo o potencia. En el caso de estudio, la combinación 
de estos ciclos es un ciclo Brayton y un ciclo Rankine. 
Como principio de funcionamiento, tenemos que un ciclo Brayton opera a 
temperaturas más altas que un ciclo de vapor, por lo cual el uso de este ciclo 
combinado con uno de vapor, aumenta la eficiencia total, ya que la energía que 
normalmente se desprendería del ciclo Brayton se usa, mediante un intercambiador 
de calor para aumentar la eficiencia del ciclo Rankine. 
Como un dato clave, tenemos que la temperatura máxima del fluido a la entrada de 
la turbina está cerca de los 620 °C (1 150 °F) en las centrales eléctricas de vapor 
modernas, pero son superiores a los 1 425 °C (2 600 °F) en las centrales eléctricas 
de turbina de gas. Esto, proporciona una idea de cuanta energía se obtiene en estos 
ciclos. 
La función del intercambiador de calor en este ciclo es la de funcionar como un tipo 
de caldera dentro del ciclo de vapor, a la salida de la turbina de gas la temperatura 
de escape por lo general es alrededor de 500°C, por lo que esta energía es deseable 
para que proporcione energía al ciclo de vapor. 
Aplicaciones 
 
Como se ha explicado este ciclo, aprovecha la energía que proporciona el ciclo 
Brayton para alimentar un ciclo de vapor, por lo cual dentro del sector industrial es 
un ciclo deseable por la eficiencia térmica que este proporciona. A continuación, se 
hablará de una aplicación interesante de este ciclo en combinación con un 
gasificador de gases. 
Para comprender mejor esta aplicación, es importante comprender el contexto en el 
cual, desde el punto de vista energético estamos. El ciclo combinado usa gas natural 
para la operación de la turbina de gas, sin embargo, este combustible, tiene un costo 
medianamente elevado y su extracción en algún punto va a ser menor, por lo cual, 
se enfrenta un desafío. Es ahí, cuando entra en juego una alternativa que cumple 
con las normas medioambientales que son requeridas en un mundo donde las 
emisiones de contaminantes es un tema de gran importancia, la gasificación de 
combustibles sólidos, líquidos y por supuesto el carbón. 
La gasificación consiste en una oxidación parcial de combustibles sólidos, líquidos 
o gaseosos para formar lo que se conoce como gas de síntesis. Éste contiene 
principalmente monóxido de carbono (entre 40 y 65%) e hidrógeno (entre 25 y 37%) 
y por sus características puede usarse como combustible o como materia prima en 
procesos petroquímicos. 
Explicado en que consiste la gasificación, es importante ver como se integra a un 
ciclo combinado. Esta instalación requiere el reactor y del sistema de enfriamiento 
para el gas crudo, de una unidad para separación de aire (cuando el agente 
gasificante es oxígeno), de un sistema para limpieza de gases, del sistema para 
manejo y preparación de los combustibles, así como de los sistemas para el manejo 
de los desechos producidos en forma de escoria y cenizas. En la figura 1 se muestra 
el esquema de la gasificación integrada a un ciclo combinado. 
 
Fig. 1. Gafisicación integrada a un ciclo combinado 
La electricidad se produce quemando el gas de síntesis limpio en la turbina de 
combustión, y en la turbina de vapor de un ciclo combinado utilizando parte o todo 
el vapor generado en el enfriador del gas de síntesis, así como en el recuperador 
de calor de los gases de combustión conectado a la descarga de la turbina de gas. 
El vapor a proceso se obtiene del enfriador del reactor y/o del ciclo de vapor. En el 
caso de que el reactor y sus auxiliares estén totalmente integrados al ciclo 
combinado, se designa a la instalación como Gasificación Integrada a Ciclo 
Combinado o IGCC. 
Este ciclo, es una interesante forma de aprovechar combustibles “sucios” en un ciclo 
con una elevada eficiencia y es una demostración de un ciclo combinado en la 
industria. 
 
Conclusiones 
Investigación: 
En conclusión, el ciclo combinado, es un ciclo de gran importancia dentro del sector 
energético, se ocupa para aumentar la eficiencia del ciclo Rankine combinándolo 
con un ciclo de turbina de gas, el intercambiador de calor, se ocupa como una 
especie de caldera, analizando este ciclo es interesante como la energía que sale 
en gases de escape no es tan elevada comparándola con la que se ocupa para 
alimentar a la turbina de vapor, esto nos da una idea del gran avance que hay en el 
diseño de turbinas, con las cuales cada vez se pueden ocupar en rango de 
temperaturas mayores. 
El artículo del cual fue extraído la información del IGCC, es un articulo bastante 
interesante, donde el diseño del ciclo Brayton juega un papel importante y como se 
integra al gasificador mediante otras maquinas, nos presenta un diseño interesante 
donde, la eficiencia y el ahorro de gastos está combinado, en distintos repositorios 
de artículos, existen artículos que hablan de éste sistema y como crear un 
combustible que aproveche este sistema, analizando con tiempo de computo (CFD) 
estos combustibles con distintas configuraciones y corroborando con datos físicos. 
Es una forma interesante de producir energía. 
Problema 
Se nos presenta un ciclo combinado. Donde la masa del aire es de 14 kg/s (la masa 
del aire deberá ser considerablemente mayor a la del vapor) 
La masa del vapor da 1.271 kg/s lo cual como se menciono es una cantidad lógica 
comparándola con la del aire. 
El ciclo Brayton trabaja a cantidades considerablemente altas dada el diseño de su 
cámara de combustión y de su turbina en general llegando a la salida de la cámara 
de combustión a 1500 K, lo cual es una cantidad bastante adecuada si la 
comparamos con una física. 
En cuanto a la potencia que produce este ciclo es de 7826.38 KW de la cual el ciclo 
Brayton produce 6447.62 Kw mucho mayor a lo que produce el ciclo Rankine que 
es de 1378.75 KW lo cual es lógico ya que el ciclo Brayton se maneja a 
temperaturas más elevadas y por tanto con mayor energía. Al ser un proceso 
isentrópico no hay que considerar la “y” por lo cual la formula se reduce a la suma 
de los Trabajos netos de ambos ciclos. 
En referencia a la Eficiencia térmica, tuvo una eficiencia de 66.4% lo cual es 
bastante elevada, al ser un ejercicio y que las turbinas fueron ideales al igual que la 
bomba y el compresor nos encontramos con una eficiencia tan elevada, pero esto 
nos habla del aumento de eficiencia cuando se aprovecha la energía generada en 
el ciclo Brayton en el ciclo de vapor. 
Bibliografía 
 
Cengel, Y. A.; Boles, M.A (2014). Termodinámica. México, DF, México: Mc Graw 
Hill. 
Fernández, M. y Alcaraz, A. (2001). Gasificación integrada a ciclos combinados. 
Instituto de investigaciones eléctricas, II E, 283-286. 
	Funcionamiento del ciclo combinado
	Aplicaciones
	Conclusiones
	Bibliografía