Caracterización de Los Equipos de Una Central Eléctrica 2

Caracterización De Los Equipos De Una Central

Eléctrica

ALUMNOS:

GONZALES QUINTANA POOL

PRETEL DIAZ CHARLTON

SICCHA MACHADO GEOVANI

URBINA CARRASCO MANUEL

DOCENTE:

ING. ROBERTO C. CHUCUYA H.

CICLO:

IX

Caracterización De Los Equipos De Una Central Eléctrica UNS

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Caracterización De Los Equipos De Una Central Eléctrica

Objetivo General:

Caracterizar los equipos industriales utilizados en el funcionamiento de una

central termoeléctrica de vapor.

Objetivos Específicos:

Determinar las características técnicas del generador eléctrico

Determinar las características técnicas de la Turbina de Vapor

Determinar las características técnicas de las bombas de alimentación.

MARCO TEÓRICO

En las centrales térmicas convencionales (o termoeléctricas convencionales) se

produce electricidad a partir de combustibles fósiles como carbón, fueloil o gas natural,

mediante un ciclo termodinámico de agua-vapor. El término ‘convencionales’ sirve para

diferenciarlas de otras centrales térmicas, como las nucleares o las de ciclo combinado.

a) Componentes principales de una central térmica convencional

o Caldera.- En este espacio el agua se transforma en vapor, cambiando su estado.

Esta acción se produce gracias a la combustión del gas natural (o cualquier otro

combustible fósil que pueda utilizar la central), con la que se generan gases a muy

alta temperatura que al entrar en contacto con el agua líquida la convierten en

vapor.

El agua que se transforma en vapor circula por unas cañerías llamadas

serpentines, donde se produce el intercambio de calor entre los gases de la

combustión y el agua.


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1.- Caldera

o Turbina de vapor.- Máquina que recoge el vapor de agua y que, gracias a un

complejo sistema de presiones y temperaturas, consigue que se mueva el eje que

la atraviesa. Esta turbina normalmente tiene varios cuerpos, de alta, media y baja

presión, para aprovechar al máximo el vapor de agua. El eje que atraviesa los

diferentes cuerpos está conectado con el generador. Una turbina de vapor es una

turbomáquina motora, que transforma la energía de un flujo de vapor en energía

mecánica a través de un intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido de

trabajo (entiéndase el vapor) y el rodete, órgano principal de la turbina, que cuenta

con palas o álabes los cuales tienen una forma particular para poder realizar el

intercambio energético. Las turbinas de vapor están presentes en diversos ciclos

de potencia que utilizan un fluido que pueda cambiar de fase, entre éstos el más

importante es el Ciclo Rankine, el cual genera el vapor en una caldera, de la cual

sale en unas condiciones de elevada temperatura y presión. En una turbina se

pueden distinguir dos partes, el rotor y el estator.

2.- Turbina


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o Generador.- Máquina que recoge la energía mecánica generada en el eje que

atraviesa la turbina y la transforma en eléctrica mediante inducción

electromagnética. Las centrales eléctricas transforman la energía mecánica del eje

en una corriente eléctrica trifásica y alterna. Un generador eléctrico es todo

dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de

sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía

mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo

magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura

(denominada también estator). Si se produce mecánicamente un movimiento

relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz

(F.E.M.). Este sistema está basado en la ley de Faraday. Aunque la corriente

generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente

continua. La mayoría de los generadores de corriente alterna son de tres fases.

3.- Generadores

o Las bombas de alimentación.- Están diseñadas para suministrar agua a las

calderas. Un controlador de nivel en la caldera activa las bombas de alimentación

de calderas. Tanto los tanques atmosféricos como los presurizados están

disponibles con o sin calentador de tipo inyección directa (a veces se llama tubo de

precalentamiento). Los tanques presurizados pueden estar construidos con código

ASME o sellados con código ASME. El material del depósito puede ser de acero

negro o de acero inoxidable. Los tanques de acero negro se pueden revestir con

epoxi o plasite. Un equipo típico incluye colector, bombas de alimentación

(montadas y canalizadas) y un panel de control precableado y montado. La unidad

se puede elevar en un bastidor de acero si es necesario. Las bombas de

alimentación de caldera ayudarán a:

Conseguir un ahorro energético y una eficacia de funcionamiento considerables

al subir la temperatura del agua de alimentación de la caldera

Evitar choque térmico en la caldera (unidad de alimentación de la caldera) o en

el desareador (depósito de compensación) al subir la temperatura del agua de

alimentación


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4.- Bomba de Alimentación

b) Funcionamiento de una central térmica convencional

El funcionamiento de las centrales termoeléctricas convencionales es el mismo

independientemente del combustible que se utilice. Sin embargo, sí hay diferencias en

el tratamiento previo que se hace al combustible y del diseño de los quemadores de las

calderas de las centrales.

Centrales de carbón. Donde el combustible debe ser triturado previamente.

Centrales de fueloil. Donde el combustible se calienta para una utilización más

fácil.

Centrales de gas natural. Que no precisa almacenaje, llegando así directamente

por gaseoductos.

Centrales mixtas. Que pueden utilizar diferentes combustibles, siendo

necesarios los tratamientos previos anteriormente citados.

Una vez el combustible está en la caldera, se quema. Esto provoca que se

produzca energía calorífica que se utilizará para calentar agua y así

transformarla en vapor a una presión muy elevada. A partir de este vapor se

hace girar una turbina y un alternador para que este produzca electricidad.

La electricidad generada pasa por un transformador para aumentar su tensión y

así transportarla reduciendo las pérdidas por Efecto Joule. El vapor que sale de

la turbina se envía a un elemento llamado condensador para convertirlo en agua

y así retornarlo a la caldera para empezar un nuevo ciclo de producción de

vapor.

En el siguiente juego interactivo puedes conocer de una manera más gráfica el

funcionamiento de una central térmica convencional.


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CÁLCULOS JUSTIFICATIVOS

a) Primera Parte: CÁLCULOS CON PARÁMETROS IDEALES ( )

o DATOS:

P. máx. = 120 Kg

cm2 = 12 MPa

T. máx. = 500 °C

P. mín. = 30 KPa.

o PASO N° 1:

Hallamos según tabla Tsat máx. con 12 MPa

Tsat máx. = 324.75 °C

Hallamos según tabla Tsat mín. con 30 KPa.

Tsat mín. = 69.10 °C

o PASO N° 2:

Asumimos el valor AT = 45 °C (mínimo)

o PASO N° 3:

Calculamos “n” (número de extracciones)

n = 4.68 = 5 Extracciones

Recalculamos T:

o PASO N° 4:

Hallamos temperatura y presión de Saturación.

Temperatura 1 = 111.71 °C → Presión 1 = 152 KPa

Temperatura 2 = 154.32 °C → Presión 2 = 0.5339 MPa


Temperatura 4 = 239. 59 °C → Presión 4 = 3.32 MPa



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o PASO N° 5

Hallamos la presión del recalentamiento; por ser ciclo con regeneración se

encuentra (1/4 - 1/5) de la presión máxima; entonces, la presión de

recalentamiento está entre (3 - 2.4)MPa, verificamos que este rango no está en

la zona de saturación, elegimos un valor de 2.7 MPa. Para nuestra presión de

saturación.

o PASO N° 6

Tenemos el Diagrama de Planta:

o PASO N° 7:

Cálculo de las entalpías de todos los estados.

Con el uso del diagrama de Mollier encontramos las siguientes entalpias:


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= 3350 KJ / Kg T max = 500 °C

= 6.5 KJ / Kg K P max = 12 MPa

= 3185 KJ / Kg = 6.5 KJ / Kg K = = =

= 2990 KJ / Kg = 6.5 KJ / Kg K

= 2960 KS / Kg = 6.5 KJ / Kg K

= 3960 KJ / Kg T max = 500 °C

= 7.3 KJ / Kg K P max = 2.7 MPa

= 3260 KJ / Kg = 7.3 KJ / Kg K

= 2990 KJ / Kg = = = = = 7.3 KJ / Kg K

= 2730 KJ / Kg = 7.3 KJ / Kg K

= 2465 KJ / Kg

= 7.3 KJ / Kg K

Para hallar las siguientes entalpias se usan las tablas termodinámicas:

Datos extraídos de las tablas:

Para la válvula de entrada:

Para hallar se necesita de :





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Hallando los valores de las entalpias:

Hallando

Hallando

Hallando

Hallando

Hallando

Hallando


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Hallando

Hallando

o PASO N° 8

Calculo del trabajo de la turbina y bombas, calores suministrados y rechazados

Primero encontramos las extracciones ( , , , , ):

(


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11

Trabajo De Turbina:

Trabajo de Bomba:


12

Trabajo Neto del Ciclo:

Calor Suministrado:

Calor de salida:

o PASO N° 9

Eficiencia térmica del ciclo:


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b) Segunda Parte: CÁLCULOS CON PARÁMETROS REALES ( )

o PASO N° 1

Asumir rendimientos de turbina y bombas en los rangos establecidos, para determinar

los valores reales de las entalpias en la turbina y bombas, para el cual se tienen:

Rendimiento de bombas: ηB [65 - 88] % Referencia Turbomáquinas Hidráulicas, Dr.

Giovanni Zucchi.

Rendimiento de turbinas: ηT [91 -93] % Referencia Centrales Térmicas de Ciclo

Combinado, Gomez – Sabugal.

Sabemos que se define:

Asumiendo valores para la eficiencia de la turbina y bomba consideramos los

siguientes valores:

Determinando las entalpias:

Hallando


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Hallando

Hallando

Hallando

Hallando

Hallando

Hallando


15

Hallando

Hallando

o PASO N°2

Determinar los nuevos valores de los parámetros afectados por el rendimiento de las bombas y turbinas, es decir recalcular en las mismas ecuaciones que se han utilizado para determinar las condiciones reales de:

Las fracciones de extracción. El trabajo de las bombas y turbinas. El calor suministrado y rechazado. Rendimiento Térmico de la Planta.

Determinando las fracciones de extracción


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Trabajo De Turbina:

Determinando el trabajo de las Bombas:


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Trabajo neto del Ciclo:

Calor Suministrado:

Calor De Salida:


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Eficiencia térmica del ciclo:

o PASO N°3

Asumimos una Potencia Instalada de nuestra Central Eléctrica que debe ser cubierta

por el generador eléctrico, el cual nos servirá para determinar la potencia en el eje de

la turbina.

Elegimos el siguiente generador:

Siemens Air-Cooled Generators

SGen6 - 1000A series

Con rangos de 165 MVA a 350 MVA

f: 60 Hz

f.p.: 0.85

n: 98.8%

De lo que tomamos una potencia instalada de 177 MVA

Ahora obtenemos la potencia de la turbina


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o PASO N°4

Calculado la Potencia de la turbina en KW, procedemos a calcular el flujo de vapor necesario para cubrir esta potencia que se oferta, para ello utilizamos el trabajo de la turbina real que se ha calculado en KJ/Kg.

Así elegimos una potencia de turbina de 150 MW:

o PASO N°5

Determinar:

Potencia de la Turbina de Vapor kW Potencias de las Bombas de Alimentación kW Potencia térmica suministrada al generador de vapor kW Potencia térmica rechazada en el condensador en kW

Primero calculamos las extracciones de flujo de masa de vapor:

Para ello multiplicamos los trabajos y calores hallados por el flujo másico hallado.

Potencias de las Bombas de Alimentación kW

Potencias térmica suministrada al generador de vapor kW

Potencias térmica rechazada en el condensador en kW


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o PASO N°6

Con la potencia de la Turbina, buscamos en el catálogo de fabricantes o comercializadores de turbina e indicamos cual es la requerida para nuestra planta, dando detalles de las características técnicas del equipo.

Elegimos dos turbina industriales marca Siemens:

Turbina 1 (BAJA): SST – 300 Capacidad de hasta: 50MW Presión de Entrada hasta: 120 bar Presión de extracción hasta: 16 bar

Turbina 2 (ALTA): SST – 600 Capacidad de hasta: 100MW Presión de Entrada hasta: 140 bar Presión de extracción hasta: 65 bar o PASO N°7

Con la potencia de las Bombas, buscamos en el catálogo de fabricantes o comercializadores de bombas e indicamos cual es la requerida para nuestra planta, debido a la alta potencia requerida puede instalarse bombas en paralelo, dando detalles de las características técnicas del equipo. En anexo colocamos todo el catalogo.

Seleccionamos bomba marca BZB: Modelo: HG / HD Presión hasta: 560 bar Caudal hasta: 2300 m3/h

c) CONCLUSIONES:

Características del Generador:

(SIEMENS) Air-Cooled Generators

SGen6 - 1000A series


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Con rangos de 165 MVA a 350 MVA

f: 60 Hz

f.p.: 0.85

n: 98.8%

Características de la Turbina de Alta Presión:

(SIEMENS) SST-600 Hasta 100 MW. La SST-600 es una turbina de carcasa simple, con reductor o accionamiento directo; apta tanto para accionamientos de generador como mecánicos. Se emplea en aplicaciones a medida para los procesos más complejos en industria y generación de energía.

Datos técnicos:

Potencia entregada de hasta 100 MW Presión de entrada de hasta 140 bar Temperatura de entrada de hasta 540 °C Velocidad de giro de 3.000 – 15.000 rpm Extracción controlada doble de hasta 65 bar Hasta 5 tomas, a varios niveles de presión Presión del vapor de salida: contrapresión de hasta 55 bar o

condensación Área de escape 0,175 m2 – 3,5 m2

Características de la Turbina de Baja Presión:

(SIEMENS) SST-300 Hasta 50 MW. La SST-300 es una turbina de carcasa simple, con reductor para accionamiento de generador. Tiene un diseño compacto y flexible con alto grado de estandarización. Se emplea para aplicaciones de generación de energía. Datos técnicos:

Potencia entregada de hasta 50 MW Presión de entrada de 120 bar Temperatura de entrada de 520 °C Velocidad de giro de hasta 12.000 rpm Extracción controlada de hasta 45 bar y hasta 400 °C Toma de hasta 60 bar Presión del vapor de salida: contrapresión de hasta 16 bar o

condensación de hasta 0,3 bar Área de escape 0,28 – 1,6 m2


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Características de la Bomba de Alimentación:

(BZB) HG / HD Presión hasta: 560 bar Caudal hasta: 2300 m3/h Altura hasta: 5300 m T° hasta: 210 °C


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ANEXO

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