monografia v2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Primera parte de monografia fuerza motriz (borrador)TRANSCRIPT
-
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)