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Primera parte de monografia fuerza motriz (borrador)

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  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    1

    Contenido Introduccin ......................................................................................................................................2

    Metodologa y Objetivos de trabajo ..............................................................................................3

    Determinacin de la potencia ........................................................................................................3

    Recopilacin de datos de la potencia instalada ......................................................................3

    Zona de estudio Zona Norte ................................................................................................3

    Tumbes .....................................................................................................................................4

    Piura ..........................................................................................................................................5

    Chiclayo ....................................................................................................................................6

    Trujillo ........................................................................................................................................6

    Cajamarca ................................................................................................................................7

    Amazonas .................................................................................................................................8

    San Martin ................................................................................................................................9

    Loreto ......................................................................................................................................10

    Potencia efectiva instalada.......................................................................................................10

    Generacin elctrica Osinerming 2013 ..............................................................................10

    Centrales de Generacin del SEIN (2013) .........................................................................11

    Calculo de la potencia futura ...................................................................................................12

    Tasa de crecimiento en la zona norte segn el INEI ........................................................12

    Proyeccin de la demanda ...................................................................................................13

    Potencia instalada de nuestra planta ......................................................................................14

    Diseo del ciclo combinado de cogeneracin ...........................................................................16

    Seleccin de motores de combustin interna ........................................................................17

    Caractersticas Tcnicas de las Unidades .........................................................................17

    Calculo termodinmico .................................................................................................................19

    Determinacin de la potencia de los motores de combustin interna ................................19

    Potencia del ciclo combinado ..................................................................................................20

    Rendimiento del ciclo combinado ............................................................................................24

    Conclusiones ..................................................................................................................................26

    BIBLIOGRAFIA ..............................................................................................................................27

    ANEXOS .........................................................................................................................................28

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    2

    Introduccin

    La presente monografa es una recopilacin de informacin, para el diseo de una

    planta de cogeneracin de ciclo combinado, donde se ha escogido una planta de

    cogeneracin conocida con el nombre de generacin distribuida el cual las

    principales caractersticas de esta son: esta ubicadas lo ms cerca posible del

    consumidor y tiene potencias ms de 5kW y menos de 5MW.

    Usaremos un grupo de motores el cuales alimentaran una potencia 3.9 MW y un

    caldero recuperador el cual con ayuda de un quemador elevaremos la temperatura

    del agua para tener vapor sobrecalentado y con una turbina de vapor generar una

    potencia de 1MW. Y el vapor residual usarlo en procesos que requieran de l.

    La monografa est divida en dos partes; la primera es el clculo del ciclo de

    combinado con cogeneracin. Seleccionando los equipos principales de este ciclo,

    la segunda parte de esta monografa calcularemos los componentes que completan

    el diseo de nuestra planta de cogeneracin.

    Dentro de esta primera parte tenemos tres divisiones:

    La primera divisin calculamos la potencia de nuestra planta, es en este captulo

    donde conocemos cuanta potencia efectiva instalada actualmente tenemos en norte

    de nuestro pas. As tambin justificamos el tipo de planta que disearemos en las

    posteriores divisiones.

    La segunda divisin diseamos los componentes principales de nuestra planta

    escogida. Que por cierto es una planta de generacin distribuida.

    En la tercera divisin calculamos la eficiencia del ciclo de los motores de

    combustin, tambin la eficiencia de la turbina a vapor, y la eficiencia global.

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    3

    Metodologa y Objetivos de trabajo

    El enfoque de la presente monografa tiene el siguiente esquema de trabajo:

    CALCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE COGENERACION Y DE CICLO COMBINADO

    RECOPILACION DE DATOS DEL POTENCIA INSTALADA

    DETERMINACIN DE LA POTENCIA

    CALCULO DE POTENCIA FUTURA

    CALCULO DE LA POTENCIA DE NUESTRA PLANTA

    DISEO DEL CICLO COMBINADO DE COGENERACIN

    SELECCIN DE LOS MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

    SELECION DEL CALDERO RECUPERADOR

    SELECCIN DE LA TURBINA DE VAPOR

    CALCULO TERMODINAMICO

    DETERMINACION DE LA EFICIENCIA DEL CICLO DE LOS MOTORES CI

    DETERMINACION DE LA EFICIENCIA DE LA TURBINA DE VAPOR

    EFICIENCIA GLOBAL

    {{{

    Determinacin de la potencia

    Recopilacin de datos de la potencia instalada

    Zona de estudio Zona Norte

    La zona norte ser motivo de estudio de la presente monografa. La zona norte,

    comprende las siguientes zonas: Tumbes, Piura, Chiclayo (Lambayeque), Trujillo

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    4

    (La Libertad), Cajamarca, Amazonas, San Martin (Tarapoto), Loreto (Iquitos).

    Tumbes

    Nombre central P. Inst.

    (MW) Zona Fuente Ubicacin Men Sub-Men Empresa

    Central trmica

    Tumbes 19 Tumbes

    RESIDUAL Y

    DIESEL

    TUMBES - CONTRALMIRANTE VILLARA -

    ZORRITOS

    Centrales

    Interconectadas

    Centrales

    trmicas

    ELECTRO

    PERU

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    5

    Piura

    Nombre central P. Inst.

    (MW) Zona Fuente Ubicacin Men Empresa

    Central Hidroelctrica

    QUIROZ 2 Piura Hidro PAIMAS - AYABACA

    Centrales

    Interconectadas ELECTRONOROESTE

    Central Hidroelctrica

    HUANCABAMBA 0 Piura Hidro

    HUANCABAMBA -

    HUANCABAMBA

    Centrales

    Interconectadas ELECTRONOROESTE

    Central Hidroelctrica

    CANCHAQUE-FS 0 Piura Hidro

    CANCHAQUE -

    MORROPN

    Centrales

    Interconectadas ELECTRONOROESTE

    Central Hidroelctrica

    CHALACO 0 Piura Hidro

    CHALACO -

    MORROPN

    Centrales

    Interconectadas ELECTRONOROESTE

    Central Hidroelctrica

    SANTO DOMINGO-FS 0 Piura Hidro

    STO. DOMINGO -

    MORROPN

    Centrales

    Interconectadas ELECTRONOROESTE

    Central Hidroelctrica

    CURUMUY 13 Piura

    RESERVORIO

    POECHOS PIURA - PIURA - PIURA

    Centrales

    Interconectadas SINERSA

    Central Hidroelctrica

    POECHOS 2 10 Piura

    RESERVORIO

    POECHOS

    PIURA - SULLANA -

    LANCONES

    Centrales

    Interconectadas SINERSA

    Central Hidroelctrica

    POECHOS 1 16 Piura

    RESERVORIO

    POECHOS

    PIURA - SULLANA -

    LANCONES

    Centrales

    Interconectadas SINERSA

    Central Trmica SICACATE 0 Piura Hidro MONTERO - AYABACA Centrales

    Interconectadas ELECTRONOROESTE

    Central Trmica

    HUAPALAS-RESERVA 4 Piura Diesel 2

    CHULUCANAS -

    MORROPN

    Centrales

    Interconectadas ELECTRONOROESTE

    Central Trmica SECHURA-

    RESERVA 2 Piura Diesel 2 SECHURA - SECHURA

    Centrales

    Interconectadas ELECTRONOROESTE

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    6

    Central Trmica PIURA 37 Piura DIESEL PIURA - PIURA - PIURA Centrales

    Interconectadas EGENOR

    Central Trmica MALACAS 200 Piura GAS NATURAL PIURA - TALARA -

    PARIAS

    Centrales

    Interconectadas EEPSA

    Central Elica TALARA Piura Aire Talara - Piura Centrales no

    convencionales undefined

    Chiclayo

    Nombre central P.Inst.

    (MW) Zona Fuente Ubicacin Men Empresa

    Central Trmica

    CHICLAYO 27 Chiclayo Disel

    LAMBAYEQUE - CHICLAYO -

    CHICLAYO

    Centrales

    Interconectadas EGENOR

    Trujillo

    Nombre central P.Inst.

    (MW) Zona Fuente Ubicacin Men Empresa

    Central Trmica EMERGENCIA

    TRUJILLO 68.00 Trujillo Disel

    LIBERTAD - TRUJILLO - LA

    ESPERANZA

    Centrales

    Interconectadas

    ELECTRO

    PERU

    Central Hidroelctrica

    TARABAMBA 1.00 Trujillo Hidro BULDIBUYO - PATAZ

    Centrales

    Interconectadas HIDRANDINA

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    7

    Central Hidroelctrica

    YAMOBAMBA 1.00 Trujillo Hidro HUAMACHUCO - S. CARRIN

    Centrales

    Interconectadas HIDRANDINA

    Central Hidroelctrica VIRU 8.00 Trujillo Hidro VIR - VIR Centrales

    Interconectadas CHAVIMOCHIC

    Central Hidroelctrica

    DESARENADOR 0.32 Trujillo

    RO

    SANTA LA LIBERTAD, VIR, CHAO Centrales Aisladas CHAVIMOCHIC

    LA LIBERTAD, VIR, CHAO 0.32 Trujillo RO

    SANTA LA LIBERTAD, VIR, CHAO Centrales Aisladas CHAVIMOCHIC

    Central Elica CUPISNIQUE Trujillo Aire Trujillo Centrales no

    convencionales undefined

    Cajamarca

    Nombre central P.Inst.

    (MW) Zona Fuente Ubicacin Men Empresa

    Central Hidroelctrica

    HUAYUNGA 1.00 Cajamarca Hidro CAJAMARCA

    Centrales

    Interconectadas HIDRANDINA

    Central Hidroelctrica

    PAUCAMARCA 0.00 Cajamarca Hidro

    PAUCAMARCA - SAN

    MARCOS

    Centrales

    Interconectadas HIDRANDINA

    Central Hidroelctrica

    SHIPILCO 1.00 Cajamarca Hidro NAMORA-CAJAMARCA

    Centrales

    Interconectadas HIDRANDINA

    Central Hidroelctrica

    CHICCHE 1.00 Cajamarca Hidro CAJAMARCA

    Centrales

    Interconectadas HIDRANDINA

    Central Hidroelctrica

    GALLITO CIEGO 34.00 Cajamarca

    RIO

    JEQUETEPEQUE,

    RE

    CAJAMARCA - CONTUMAZA

    - YONAN

    Centrales

    Interconectadas

    SN POWER

    PERU

    Central Hidroelctrica

    CANTANGE 2.00 Cajamarca Hidro JOS GALVEZ - CELENDN

    Centrales

    Interconectadas HIDRANDINA

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    8

    Central Hidroelctrica

    QUANDA 2.00 Cajamarca Hidro

    SAN JOS LOURDES - SAN

    IGANCIO

    Centrales

    Interconectadas

    ELECTRO

    ORIENTE

    Central Hidroelctrica LA

    PELOTA 3.00 Cajamarca Hidro JAN - JAN

    Centrales

    Interconectadas

    ELECTRO

    ORIENTE

    Central Hidroelctrica

    QUEROCOTO 1.00 Cajamarca Hidro QUEROCOTILLO-CUTERVO

    Centrales

    Interconectadas ELECTRONORTE

    Central Hidroelctrica

    GUINEAMAYO 1.00 Cajamarca Hidro SCOTA - CUTERVO

    Centrales

    Interconectadas ELECTRONORTE

    Central Hidroelctrica

    CHIRICONGA 2.00 Cajamarca Hidro CHANCAY - SANTA CRUZ

    Centrales

    Interconectadas ELECTRONORTE

    Central Hidroelctrica

    CARHUAQUERO 105.00 Cajamarca

    RIO CHANCAY -

    RESERV

    CAJAMARCA - CHOTA -

    LLAMA

    Centrales

    Interconectadas EGENOR

    Central Hidroelctrica

    CAA BRAVA 5.00 Cajamarca Chancay

    CAJAMARCA - CHOTA -

    LLAMA

    Centrales

    Interconectadas EGENOR

    Central Hidroelctrica

    TABACONAS 0.24 Cajamarca RO LA COYONA

    CAJAMARCA - SAN IGNACIO

    - TABACONAS

    Centrales

    Aisladas ELECTRONORTE

    Central Hidroelctrica

    POMAHUACA 0.25 Cajamarca RO PATIVILCA

    CAJAMARCA - JAN -

    POMAHUACA

    Centrales

    Aisladas ELECTRONORTE

    Central Hidroelctrica

    PUCAR 0.85 Cajamarca RO CHAUPE

    CAJAMARCA - JAN -

    PUCAR

    Centrales

    Aisladas ELECTRONORTE

    Central Hidroelctrica

    BUENOS AIRES 1.88 Cajamarca RO ZAA

    CAJAMARCA, SAN MIGUEL,

    NIEPOS

    Centrales

    Aisladas ELECTRONORTE

    Central Hidroelctrica

    CATILLUC 0.47 Cajamarca RO LLANTN

    CAJAMARCA - SAN MIGUEL

    - CATILLUC

    Centrales

    Aisladas HIDRANDINA

    Amazonas

    Nombre central P.Inst.

    (MW) Zona Fuente Ubicacin Men Empresa

    Central Hidroelctrica

    LONYA GRANDE 0.00 Amazonas Hidro LONYA GRANDE - UTCUBAMBA

    Centrales

    Interconectadas

    ELECTRO

    ORIENTE

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    9

    Central Hidroelctrica

    EL MUYO 6.00 Amazonas Hidro ARAMANGO - BAGUA

    Centrales

    Interconectadas

    ELECTRO

    ORIENTE

    Central Hidroelctrica

    SAN ANTONIO 0.96 Amazonas

    RO SAN

    ANTONIO

    AMAZONAS, RODRIGUEZ DE

    MENDOZA, MARISCAL BENA

    Centrales

    Aisladas ELECTRONORTE

    Central Hidroelctrica

    CCLIC 4.96 Amazonas

    RO

    UCTUBAMBA AMAZONAS, LUYA, LONYA CHICO

    Centrales

    Aisladas

    ELECTRO

    ORIENTE

    Central Hidroelctrica

    TIALANGO 0.30 Amazonas

    RO

    TIALANGO

    AMAZONAS, BONGAR,

    CHISGUILLA

    Centrales

    Aisladas ELECTRONORTE

    Central Trmica

    CHACHAPOYAS 3.40 Amazonas Diesel 2

    AMAZONAS - CHACHAPOYAS -

    CHACHAPOYAS

    Centrales

    Aisladas

    ELECTRO

    ORIENTE

    San Martin

    Nombre central P.Inst.

    (MW) Zona Fuente Ubicacin Men Empresa

    Central Hidroelctrica

    GERA 9 San Martin Hidro TARAPOTO

    Centrales

    Interconectadas

    ELECTRO

    ORIENTE

    Central Trmica

    BELLAVISTA 2 San Martin Diesel 2 BELLAVISTA

    Centrales

    Interconectadas

    ELECTRO

    ORIENTE

    Central Trmica TARAPOTO 14 San Martin

    Residual 6/Diesel

    2 TARAPOTO

    Centrales

    Interconectadas

    ELECTRO

    ORIENTE

    Central Trmica

    MOYOBAMBA 6 San Martin Diesel 2 MOYOBAMBA

    Centrales

    Interconectadas

    ELECTRO

    ORIENTE

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    10

    Loreto

    Nombre central P.Inst.

    (MW) Zona Fuente Ubicacin Men Empresa

    Central Trmica

    CONTAMANA 1.5 Loreto Diesel 2

    LORETO - UCAYALI -

    CONTAMANA

    Centrales

    Aisladas

    ELECTRO

    ORIENTE

    Central Trmica REQUENA 1.4 Loreto Diesel 2 LORETO - REQUENA - REQUENA

    Centrales

    Aisladas

    ELECTRO

    ORIENTE

    Central Trmica NAUTA 1.5 Loreto Diesel 2 LORETO - LORETO - NAUTA

    Centrales

    Aisladas

    ELECTRO

    ORIENTE

    Central Trmica

    TAMSHIYACU 0.5 Loreto Diesel 2

    LORETO - MAYNAS - FERNANDO

    LORES

    Centrales

    Aisladas

    ELECTRO

    ORIENTE

    Central Trmica IQUITOS 75.2 Loreto

    RESIDUAL-

    6 LORETO - MAYNAS - IQUITOS

    Centrales

    Aisladas

    ELECTRO

    ORIENTE

    Potencia efectiva instalada

    Generacin elctrica Osinerming 2013

    El parque de generacin del SEIN que es despachado por el COES-SINAC,

    a diciembre de 2013 est conformado por 79 centrales, de las cuales 48 son

    centrales hidrulicas, 27 son centrales trmicas y 4 son centrales solares, cuya

    produccin en conjunto representan el 53.3%, 46.2 % y 0.5 % respectivamente,

    de la produccin de energa elctrica correspondiente al ao 2013.

    En su conjunto estas centrales tienen una potencia efectiva de 7775.6 MW, de los

    cuales 3171.3 MW corresponden a centrales hidrulicas, 4524.3 MW a centrales

    trmicas y 80 MW a centrales solares.

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    11

    Centrales de Generacin del SEIN (2013)

    REA EMPRESA TIPO DE GENERACIN POTENCIA EFECTIVA (MW)

    CENTRO

    AGRO INDUSTRIAL PARAMONGA Trmico 12.2

    CELEPSA Hidrulico 222.2

    CHINANGO Hidrulico 193.5

    EDEGEL Hidrulico 556.8

    Trmico 789.9

    EGASA Trmico 70.7

    EGENOR Trmico 192.8

    EGESUR Trmico 23.0

    ELECTROPERU Hidrulico 886.0

    Trmico 0.0

    ENERSUR Hidrulico 136.8

    Trmico 808.1

    HIDROCAETE Hidrulico 4.0

    HIDROELECTRICA SANTA CRUZ Hidrulico 20.0

    KALLPA GENERACION S.A. Trmico 860.7

    MAJAENERGA Hidrulico 3.5

    PETRAMAS Trmico 5.0

    SDF ENERGA Trmico 30.3

    SHOUGESA Trmico 65.7

    SN POWER Hidrulico 271.1

    SOC.MIN.CORONA Hidrulico 19.6

    TERMOCHILCA Trmico 209.0

    TERMOSELVA Trmico 170.3

    TOTAL REA CENTRO 5551.2

    NORTE

    AGUAS Y ENERGIA PERU Hidrulico 12.6

    EEPSA Trmico 301.7

    EGENOR Hidrulico 374.3

    Trmico 55.3

    ELECTRICA SANTA ROSA Hidrulico 1.8

    ELECTRICA YANAPAMPA Hidrulico 4.2

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    12

    ELECTROPERU Trmico 16.3

    MAPLE ETANOL Trmico 29.5

    RIO DOBLE Hidrulico 18

    SANTA CRUZ Hidrulico 14.4

    SDE PIURA Trmico 26.8

    SINERSA Hidrulico 10

    TOTAL REA NORTE 864.9

    SUR

    EGASA Hidrulico 175.8

    Trmico 72.2

    EGEMSA Hidrulico 88.8

    EGESUR Hidrulico 34.9

    ENERSUR Trmico 779.1

    GEPSA Hidrulico 10

    GTS MAJES Solar 20

    GTS REPARTICION Solar 20

    PANAMERICANA SOLAR Solar 20

    SAN GABAN Hidrulico 113.1

    Trmico 5.5

    TACNA SOLAR Solar 20

    TOTAL REA SUR 1359.4

    TOTAL 7775.5

    Calculo de la potencia futura

    Tasa de crecimiento en la zona norte segn el INEI

    La tasa de crecimiento promedio anual de la poblacin ser nuestro porcentaje de

    crecimiento de la potencia efectiva. Donde el promedio de la tasa de crecimiento

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    13

    poblacional desde los aos 1940 al 2007 es 2.5%

    TASA DE CRECIMIENTO PROMEDIO ANUAL DE LA POBLACIN CENSADA, SEGN

    DEPARTAMENTO, 1940, 1961, 1972, 1981, 1993 Y 2007

    Departamento

    Tasa de Crecimiento Promedio Anual (%)

    1940-1961 1961-1972 1972-1981 1981-1993 1993-2007

    Total Per 2.2 2.9 2.5 2.2 1.5

    Total Zona Norte 2.7 3.0 2.9 2.7 1.4

    Amazonas 2.9 4.6 3.0 2.4 0.8

    Cajamarca 1/ 2.0 1.9 1.2 1.7 0.7

    La Libertad 1/ Trujillo 2.0 2.8 2.5 2.2 1.7

    Lambayeque/ Chiclayo 2.8 3.8 3.0 2.6 1.3

    Loreto 1/ 2.8 2.9 2.8 3.0 1.8

    Piura 2.4 2.3 3.1 1.8 1.3

    San Martn 2.6 3.0 4.0 4.7 2.0

    Tumbes 3.7 2.9 3.4 3.4 1.8

    Fuente: Instituto Nacional de Estadstica e Informtica (INEI) - Censos Nacionales de

    Poblacin y Vivienda, 1940, 1961, 1972, 1981, 1993 y 2007.

    Proyeccin de la demanda

    Asumiendo el crecimiento a ritmo compuesto anual constante. Cul ser la

    potencia de la zona norte dentro de 25 aos?

    PF=Pt*(1+i)^n Descripcin Valor

    Unidad de

    Medida Fuente de informacin

    PF Demanda de la potencia futura a 10; 25 aos

    1,107; 1,603 MW Diapositivas del clase

    Pt Potencia actual necesaria

    865 MW Zona norte ao 2013

    I Proyeccin anual de la demanda

    2.5% x ao INEI Tasa crecimiento

    N Nmero de aos de vida til de la central

    10; 25 x ao Proyeccin de Demanda

    PF1 Pt Potencia elctrica a generar:

    242 MW Incremento en 10 aos

    PF2 Pt Potencia elctrica a generar:

    739 MW Incremento en 25 aos

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    14

    Potencia instalada de nuestra planta

    Cabe sealar que el crecimiento y/o proyeccin de la demanda no solo se proyecta

    en base al crecimiento poblacional, sino tambin con el crecimiento de las

    inversiones mineras e industriales.

    Se estiman que el uso de la energa elctrica crecer a 739 MW en el 2040, cerca

    del doble del presente. Por otra parte, el mercado financiero global se ha

    desarrollado y, la tecnologa ha experimentado acelerado progreso; haciendo

    posible que el tamao ptimo de las inversiones nuevas en la produccin de

    electricidad disminuya en relacin con el tamao del mercado y a la capacidad

    financiera privada. Y un cambio radical ha aparecido en el comportamiento de los

    costos de generacin en las pasadas dcadas, debido a los cambios tecnolgicos.

    Crecientes presiones ambientalistas globales, han forzado a las empresas elctrica

    a mirar hacia fuentes de generacin menos agresivas al medio, por lo que las

    fuentes alternativas han penetrado el sector elctrico pasando de aplicaciones

    remotas y/o aisladas con una capacidad minscula a una penetracin masiva que

    sobrepasa decenas de MW. De modo que, algunos factores han aparecido motivado

    a las empresas del sector elctrico a verificar su visin sobre el negocio desde la

    raz, cambiando su paradigma desde empresas gigantes, verticalmente integradas,

    a un modelo desagregado, con alta penetracin de un sistemas de generacin con

    capacidad ms pequea a las tradicionales (ms de 5kW y menos de 5MW), no

    centralmente operadas ni despachadas, con caractersticas menos contaminantes

    y ubicadas lo ms cerca posible del consumidor, conocida como generacin

    distribuida (GD).

    Hoy la generacin distribuida es una realidad. En pases como Dinamarca el

    porcentaje de GD alcanza el 37 % y en los Pases Bajos el 40 % [1]. A nivel global

    la capacidad de generacin elctrica se espera que se incremente en un 50% de

    los prximos 20 aos, se proyecta que 7 millones de MW de nueva capacidad de

    generacin sea requerida para atender la demanda en el ao 2020; y se estima que

    el mercado de la GD pueda ser de 1 milln de MW asumiendo un 15% del mercado.

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    15

    La GD se presenta competitiva ante las tradicionales centrales de generacin por

    varios aspectos; en especial, por los cambios asociados a la entrega de potencia

    muy cerca del consumidor, el cargo por capacidad de la potencia disponible, las

    prdidas de transmisin, los peajes de distribucin, la confiabilidad, el control de la

    demanda, las emisiones contaminantes, etc. Y un aspecto en que la generacin

    distribuida ha resultado atractiva a las empresas es el hecho de poder diferir las

    inversiones en el sistema transmisin, por la capacidad liberada por su instalacin

    cercana al consumidor.

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    16

    Diseo del ciclo combinado de cogeneracin

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    17

    Seleccin de motores de combustin interna

    Se escoge los siguientes motores de combustin interna:

    Potencia efectiva de la unidad MAN-1 : 519,7 KW Potencia efectiva de la unidad MAN-3 : 1505,0 KW Potencia efectiva de la unidad MAN-4 : 1545,9 KW Potencia efectiva de la unidad SKODA-1 : 359,0 KW

    Caractersticas Tcnicas de las Unidades

    Grupo MAN 1

    Grupo MAN 3

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    18

    Grupo MAN 4

    Grupo SKODA 1

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    19

    Calculo termodinmico

    Determinacin de la potencia de los motores de combustin interna

    De tablas tenemos la siguiente informacin: Resultados de la Prueba de

    Rendimiento de las Unidades de Generacin

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    20

    Potencia del ciclo combinado

    2 3

    4 5

    1

    7

    6

    10

    9

    8

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    21

    Planta trmica a vapor

    TURBINA

    Turbina de Vapor SST-050

    Datos tcnicos

    - Potencia: hasta 750 kW

    - Presin del vapor vivo: hasta 101 bar (a)

    - Temperatura del vapor vivo: vapor saturado seco hasta 500 C

    - Velocidad: segn la mquina accionada

    - Presin del vapor de salida: contrapresin hasta 11 bar (a)

    Dimensiones tpicas

    - Longitud: 1 m*

    - Anchura: 1 m*

    - Altura: 1,3 m*

    Principales caractersticas

    - Escaso mantenimiento gracias a su sencillo diseo

    9

    7

    6

    10

    8

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    22

    - Funcionamiento muy seguro

    - Posibilidad de arranque rpido

    - Turbina con abastecimiento de aceite incluido

    - Corresponde a las especificaciones de API 611 / 612**

    - Ejecucin ATEX disponible

    CALCULO DE TURBINA A VAPOR

    Entrada:

    T entrada vapor 500 C (catalogo)

    P entrada del vapor 101 bar

    h7 = 3549.848 kJ/kg

    s7 = 6.726 kJ/kg-K

    Salida:

    P8 = 11 bar (catalogo)

    s8i = s7 = 6.726 kJ/kg-K

    s8i = sf + X.sfg

    6.726 = 0.895 + X*6.935

    X =0.8408

    h8i = 273.097 + X*2345.453

    h8i = 2245.150 kJ/kg

    Eficiencia de expansin

    c = 0.90

    9.0150.2245848.3549

    848.3549 8

    87

    87

    h

    hh

    hh

    i

    c

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    23

    h8 = 2375.620 kJ/kg

    CONDENSADOR

    P = 11 bar

    h9 = hf = 273.097 kJ/kg

    v9 =v f = 0.001 m3/kg

    Lquido Saturado

    BOMBA

    h10 - h9 = v9 (P10 - P9)

    P10 =140 bar =14000 kPa

    P9 = 0.25 bar = 25 k Pa

    h10 = 273.097 + 0.001 (14000-25)

    h10 = 287.062 kJ/kg

    Trabajos Especficos

    w TURBINA = h7 - h8

    w TURBINA = 1174.228 kJ/kg

    w BOMBA = h10 - h9

    w BOMBA = 13.965 kJ/kg

    Potencia Neta

    Considerando:

    m = 90 %

    10

    9

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    24

    g = 95 %

    WN.V. = mv (wTURBINA - wBOMBA). m g

    95.09.0)965.13228.1174(

    36000

    )(

    ..

    gmBOMBATURBINA

    VN

    vww

    Wm

    mv = 16.29 kg/s

    Calor ganado en el caldero recuperador

    QCR = mv (h7 - h10)

    QCR = 16.29 (3549.848- 287.062)

    QCR = 780 KW

    WTG = 750 KW

    WMOTORES = 3900 KW Wcc = 4650 KW

    Rendimiento del ciclo combinado

    Vapor que ser necesario:

    mv = 16.29 kg/s

    En el recuperador( n=0.85 )

    Temperatura a la salida de recuperador: KT 2835

    Calor del recuperador:

    QCR = 780 KW

    En el caldero (n=0.85)

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    25

    KWQ

    QmhhQ

    caldero

    rrecuperadocaldero

    4673

    *)( 54

    Masa de combustible en el caldero:

    Segn la ubicacin, escogemos como residuo slido: Disel

    PC=44760 KJ/Kg

    Eficiencia de la combustin = 0.8

    sKgm

    PCSmQ

    KWn

    QQ

    cascara

    arrozcascaraentregado

    caldero

    entregado

    /130.044760

    5841

    *

    58418.0

    4673

    Del ciclo combinado:

    Potencia del ciclo combinado:

    WTG = 750 KW

    WMOTORES = 3900 KW Wcc = 4650 KW

    Eficiencia total del ciclo:

    %79.47

    726.44*)67.1(760.44*)1305.0(

    4650

    **

    /

    /

    /

    /

    VG

    VG

    dieselcascaracascara

    VG

    VG

    n

    KWn

    PCcmPCm

    Pnetan

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    26

    Conclusiones

    - Se determin la potencia de la planta a disear, escogiendo una potencia

    elctrica de 4.65 MW. Y el consumo de vapor que tendr el cliente de esta

    planta es 31.73 Btu/h.

    - El diseo del ciclo combinado se escogieron 3 motores de marca Man y un

    motor de marca, que nos generan una potencia elctrica de 3.9 MW. Asi

    tambin escogimos una turbina de la marca Siemens que tenemos una

    generacin de 0.75MW.

    o Potencia efectiva de la unidad MAN-1 : 519,7 KW

    o Potencia efectiva de la unidad MAN-3 : 1505,0 KW

    o Potencia efectiva de la unidad MAN-4 : 1545,9 KW

    o Potencia efectiva de la unidad SKODA-1 : 359,0 KW

    o Turbina de Vapor SST-050: 750,0 KW

    - Las potencias y eficiencias obtenidas para nuestra planta de ciclo

    combinado de cogeneracin obtenidas son:

    o WTG = 750 KW

    o WMOTORES = 3900 KW

    o W cc = 4650 KW

    o Eficiencia MOTORES = 30%

    o Eficiencia CC = 47.79%

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    27

    BIBLIOGRAFIA

    Paginas Consultadas

    Para las plantas instaladas en la zona de estudio se uso el siguiente enlace:

    http://www.osinergminorienta.gob.pe/web/rcc/mapasein

    Para el tasa de crecimiento poblacional

    http://www.inei.gob.pe/estadisticas/indice-tematico/poblacion-y-vivienda/

    Para la seleccin de equipos

    http://www.energy.siemens.com/hq/en/fossil-power-generation/

    Concepto de cogeneracin

    http://mirula.es/lang1/planta_de_cogeneracion.html

    Aplicaciones de la cogeneracin

    http://www.empresaeficiente.com/es/catalogo-de-tecnologias/plantas-de-

    cogeneracion#ancla

    Turbina a Vapor

    http://www.energy.siemens.com/hq/pool/hq/power-generation/steam-

    turbines/downloads/new/steam-turbines-45kW-12MW_es.pdf

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    28

    ANEXOS

    CONCEPTOS PREVIOS

    Potencia Elctrica

    La potencia elctrica es la relacin de paso de energa de un flujo por unidad de

    tiempo; es decir, la cantidad de energa entregada o absorbida por un elemento en

    un tiempo determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el

    vatio (watt).

    Clasificacin de la potencia elctrica

    La potencia en el mercado elctrico puede clasificarse tomando en cuenta la

    cantidad de energa que se puede entregar. De acuerdo a ellas tenemos que la

    potencia se puede clasificar de 3 formas:

    A. Potencia instalada: Es la capacidad de energa que puede generar y entregar

    una central elctrica en condiciones ideales.

    B. Potencia efectiva: Indica la capacidad real de energa que las centrales pueden

    entregar de forma continua al mercado elctrico. Este valor se determina usando

    el factor de planta, el cual depende de la capacidad de las turbinas, la ubicacin

    de la central, entre otros factores.

    C. Potencia firme: Es una parte de la efectiva y que corresponde a la cantidad de

    energa que puede ser entregada de forma inmediata (en tiempo real) y con un

    alto nivel de seguridad al sistema pues tiene garantizada los insumos (agua, gas,

    etc.) necesarios para su generacin.

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    29

    Cogeneracin

    Actualmente, la mayor parte de la potencia de cogeneracin tiene que ver con la

    mejora del medio ambiente. Las plantas de cogeneracin convierten la energa

    primaria mucho ms eficazmente y con menos perjuicio para el entorno. Aparte de

    las razones econmicas, sta es la razn por la que los aspectos ecolgicos son

    decisivos para el uso de las plantas de cogeneracin.

    Por cogeneracin se entiende el sistema de produccin conjunta de electricidad o

    energa mecnica y energa trmica til. Este sistema de generacin conjunta de

    energa reduce notablemente la factura energtica de las empresas y mejora el

    proceso productivo. Las plantas de cogeneracin alcanzan niveles de rendimiento

    muy altos, generando electricidad y calor simultneamente.

    Una central de cogeneracin de electricidad-calor funciona con turbinas o motores

    de gas. El gas natural es la energa ms empleada para hacer funcionar estas

    grandes o pequeas instalaciones de cogeneracin, pero tambin pueden

    utilizarse otras fuentes de energa e incluso residuos.

    As, existen plantas de cogeneracin destinadas al aprovechamiento energtico

    del biogs producido por los residuos urbanos. Pero, ya sean de mayor o menor

    dimensin, existe un abanico de posibilidades mucho mayor para instalaciones de

    cogeneracin. Puesto que se trata de generacin en un mismo proceso de energa

    elctrica y calor til, se puede emplear en prcticamente todas las industrias e

    instalaciones que consuman calor o fro y en aquellas que utilicen vapor y/o agua

    caliente, desde piscinas climatizadas a compaas qumicas, papeleras o

    alimentarias, sin olvidar otras que requieren procesos de secado, como la minera,

    la cermica y similar

    Aplicaciones de la cogeneracin

    Son usuarios potenciales de sistemas de cogeneracin aquellas plantas

    industriales que renen las siguientes caractersticas:

    Demandas de calor y electricidad simultneos y continas.

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    30

    Disponibilidad de combustibles de calidad.

    Calendario laboral de, al menos, 4.500 h - 5.000 h anuales.

    Espacio suficiente y legalizacin adecuada para la ubicacin de los nuevos

    equipos.

    Efluentes trmicos de calidad.

    Son los sectores del papel y del refino de petrleo los ms atractivos para la

    instalacin de este tipo de plantas, debido a sus altos requerimientos de energa

    primaria.

    Hay otros sectores donde la cogeneracin puede tambin reportar importantes

    beneficios, como los sectores qumico y cermico.

    En la siguiente tabla analizamos la tecnologa ms adecuada para cada sector en

    funcin de la utilizacin que se haga del calor producido en la cogeneracin, de las

    horas de utilizacin y del parmetro E/V de la instalacin.

    El parmetro E/V indica la relacin entre la electricidad y el calor til de la

    instalacin.

    El mercado potencial de los sistemas de cogeneracin se encuentra

    principalmente en los siguientes sectores:

    Sector Utilizacin Parmetro E/V

    Alimentacin Vapor de agua y aire y agua calientes. 0,45

    Automvil

    Produccin de vapor y gases calientes para calefaccin, estufas de

    secado, baos de decapado, etc. 0,61

    Caucho Usos trmicos a nivel bajo. 0,56

    Cermica estructural y

    Azulejero Recuperacin del calor de los hornos de alta temperatura para secados. 0,12

    Extractiva y minera Alto calor cogenerable. 0,67

    Qumica Usos trmicos a temperatura baja. 0,46

    Madera y corcho Consumo elctrico muy importante y usos trmicos para secado. 1,26

    Pasta y papel Gran consumidor de energa elctrica y trmica. 0,34

    Textil Vapor, agua caliente y aire caliente. 0,41

    Transformadores de metal Usos trmicos a alta y baja temperatura. 0,53

  • CLCULO Y SELECCIN DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

    31

    Tabla. Caractersticas Fsico-Qumicas del Butano y el Propano. Dado que la composicin del

    butano y propano comerciales es variable, los datos que se dan son apropiados. C.N.= en

    condiciones normales (0 C, 760 mm. Hg)