Caracterizacin De Los Equipos De Una Central Elctrica

Caracterizacin De Los Equipos De Una Central Elctrica

ALUMNOS:GONZALES QUINTANA POOLPRETEL DIAZ CHARLTONSICCHA MACHADO GEOVANIURBINA CARRASCO MANUELDOCENTE:ING. ROBERTO C. CHUCUYA H.CICLO:IX

Caracterizacin De Los Equipos De Una Central Elctrica

Objetivo General: Caracterizar los equipos industriales utilizados en el funcionamiento de una central termoelctrica de vapor.Objetivos Especficos: Determinar las caractersticas tcnicas del generador elctrico Determinar las caractersticas tcnicas de la Turbina de Vapor Determinar las caractersticas tcnicas de las bombas de alimentacin.

MARCO TERICO

En las centrales trmicas convencionales (o termoelctricas convencionales) se produce electricidad a partir de combustibles fsiles como carbn, fueloil o gas natural, mediante un ciclo termodinmico de agua-vapor. El trmino convencionales sirve para diferenciarlas de otras centrales trmicas, como las nucleares o las de ciclo combinado.

a) Componentes principales de una central trmica convencional

Caldera.- En este espacio el agua se transforma en vapor, cambiando su estado. Esta accin se produce gracias a la combustin del gas natural (o cualquier otro combustible fsil que pueda utilizar la central), con la que se generan gases a muy alta temperatura que al entrar en contacto con el agua lquida la convierten en vapor.El agua que se transforma en vapor circula por unas caeras llamadas serpentines, donde se produce el intercambio de calor entre los gases de la combustin y el agua.

1.- Caldera

Turbina de vapor.- Mquina 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 presin, para aprovechar al mximo el vapor de agua. El eje que atraviesa los diferentes cuerpos est conectado con el generador. Una turbina de vapor es una turbomquina motora, que transforma la energa de un flujo de vapor en energa mecnica a travs de un intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido de trabajo (entindase el vapor) y el rodete, rgano principal de la turbina, que cuenta con palas o labes los cuales tienen una forma particular para poder realizar el intercambio energtico. Las turbinas de vapor estn presentes en diversos ciclos de potencia que utilizan un fluido que pueda cambiar de fase, entre stos el ms importante es el Ciclo Rankine, el cual genera el vapor en una caldera, de la cual sale en unas condiciones de elevada temperatura y presin. En una turbina se pueden distinguir dos partes, el rotor y el estator.

2.- Turbina

Generador.- Mquina que recoge la energa mecnica generada en el eje que atraviesa la turbina y la transforma en elctrica mediante induccin electromagntica. Las centrales elctricas transforman la energa mecnica del eje en una corriente elctrica trifsica y alterna. Un generador elctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial elctrica entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energa mecnica en elctrica. Esta transformacin se consigue por la accin de un campo magntico sobre los conductores elctricos dispuestos sobre una armadura (denominada tambin estator). Si se produce mecnicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generar una fuerza electromotriz (F.E.M.). Este sistema est basado en la ley de Faraday. Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente continua. La mayora de los generadores de corriente alterna son de tres fases.

3.- Generadores Las bombas de alimentacin.- Estn diseadas para suministrar agua a las calderas. Un controlador de nivel en la caldera activa las bombas de alimentacin de calderas. Tanto los tanques atmosfricos como los presurizados estn disponibles con o sin calentador de tipo inyeccin directa (a veces se llama tubo de precalentamiento). Los tanques presurizados pueden estar construidos con cdigo ASME o sellados con cdigo ASME. El material del depsito puede ser de acero negro o de acero inoxidable. Los tanques de acero negro se pueden revestir con epoxi o plasite. Un equipo tpico incluye colector, bombas de alimentacin (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 alimentacin de caldera ayudarn a:

Conseguir un ahorro energtico y una eficacia de funcionamiento considerables al subir la temperatura del agua de alimentacin de la caldera Evitar choque trmico en la caldera (unidad de alimentacin de la caldera) o en el desareador (depsito de compensacin) al subir la temperatura del agua de alimentacin

4.- Bomba de Alimentacinb) Funcionamiento de una central trmica convencionalEl funcionamiento de las centrales termoelctricas convencionales es el mismo independientemente del combustible que se utilice. Sin embargo, s hay diferencias en el tratamiento previo que se hace al combustible y del diseo de los quemadores de las calderas de las centrales. Centrales de carbn. Donde el combustible debe ser triturado previamente. Centrales de fueloil. Donde el combustible se calienta para una utilizacin ms fcil. Centrales de gas natural. Que no precisa almacenaje, llegando as directamente por gaseoductos. Centrales mixtas. Que pueden utilizar diferentes combustibles, siendo necesarios los tratamientos previos anteriormente citados. Una vez el combustible est en la caldera, se quema. Esto provoca que se produzca energa calorfica que se utilizar para calentar agua y as transformarla en vapor a una presin 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 tensin y as transportarla reduciendo las prdidas por Efecto Joule. El vapor que sale de la turbina se enva a un elemento llamado condensador para convertirlo en agua y as retornarlo a la caldera para empezar un nuevo ciclo de produccin de vapor. En el siguiente juego interactivo puedes conocer de una manera ms grfica el funcionamiento de una central trmica convencional.

CLCULOS JUSTIFICATIVOS

a) Primera Parte: CLCULOS CON PARMETROS IDEALES ()

DATOS: P. mx. = 120 Kg cm2 = 12 MPa T. mx. = 500 C P. mn. = 30 KPa.

PASO N 1: Hallamos segn tabla Tsat mx. con 12 MPa Tsat mx. = 324.75 C Hallamos segn tabla Tsat mn. con 30 KPa. Tsat mn. = 69.10 C

PASO N 2: Asumimos el valor AT = 45 C (mnimo)

PASO N 3: Calculamos n (nmero de extracciones)

n = 4.68 = 5 Extracciones

Recalculamos T:

PASO N 4:Hallamos temperatura y presin de Saturacin.Temperatura 1 = 111.71 C Presin 1 = 152 KPaTemperatura 2 = 154.32 C Presin 2 = 0.5339 MPaTemperatura 3 = 196.93 C Presin 3 = 1.46 MPaTemperatura 4 = 239. 59 C Presin 4 = 3.32 MPaTemperatura 5 = 282.15 C Presin 5 = 6.63 MPa

PASO N 5

Hallamos la presin del recalentamiento; por ser ciclo con regeneracin se encuentra (1/4 - 1/5) de la presin mxima; entonces, la presin de recalentamiento est entre (3 - 2.4)MPa, verificamos que este rango no est en la zona de saturacin, elegimos un valor de 2.7 MPa. Para nuestra presin de saturacin.

PASO N 6

Tenemos el Diagrama de Planta:

PASO N 7:

Clculo de las entalpas de todos los estados.Con el uso del diagrama de Mollier encontramos las siguientes entalpias:

= 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 termodinmicas:

Datos extrados de las tablas:

Para la vlvula de entrada:Caracterizacin De Los Equipos De Una Central ElctricaUNS

23

Para hallar se necesita de :

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Hallando los valores de las entalpias:

Hallando

Hallando

Hallando

Hallando

Hallando

Hallando

Hallando

Hallando

PASO N 8

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

Primero encontramos las extracciones (,,,,):

(

Trabajo De Turbina:

Trabajo de Bomba:

Trabajo Neto del Ciclo:

Calor Suministrado:

Calor de salida:

PASO N 9

Eficiencia trmica del ciclo:

b) Segunda Parte: CLCULOS CON PARMETROS REALES ()

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: B [65 - 88] % Referencia Turbomquinas Hidrulicas, Dr. Giovanni Zucchi.

Rendimiento de turbinas: T [91 -93] % Referencia Centrales Trmicas 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

Hallando

Hallando

Hallando

Hallando

Hallando

Hallando

Hallando

Hallando

PASO N2

Determinar los nuevos valores de los parmetros 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 extraccin. El trabajo de las bombas y turbinas. El calor suministrado y rechazado. Rendimiento Trmico de la Planta.

Determinando las fracciones de extraccin

Trabajo De Turbina:

Determinando el trabajo de las Bombas:

Trabajo neto del Ciclo:

Calor Suministrado:

Calor De Salida:

Eficiencia trmica del ciclo:

PASO N3

Asumimos una Potencia Instalada de nuestra Central Elctrica que debe ser cubierta por el generador elctrico, el cual nos servir para determinar la potencia en el eje de la turbina.

Elegimos el siguiente generador:

Siemens Air-Cooled GeneratorsSGen6 - 1000A series Con rangos de 165 MVA a 350 MVAf: 60 Hzf.p.: 0.85n: 98.8%

De lo que tomamos una potencia instalada de 177 MVA

Ahora obtenemos la potencia de la turbina

PASO N4

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.

As elegimos una potencia de turbina de 150 MW:

PASO N5

Determinar:

Potencia de la Turbina de Vapor kW Potencias de las Bombas de Alimentacin kW Potencia trmica suministrada al generador de vapor kW Potencia trmica 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 msico hallado.

Potencias de las Bombas de Alimentacin kW

Potencias trmica suministrada al generador de vapor kW

Potencias trmica rechazada en el condensador en kW

PASO N6

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

Elegimos dos turbina industriales marca Siemens:

Turbina 1 (BAJA):

SST 300 Capacidad de hasta: 50MWPresin de Entrada hasta: 120 barPresin de extraccin hasta: 16 bar

Turbina 2 (ALTA):

SST 600 Capacidad de hasta: 100MWPresin de Entrada hasta: 140 barPresin de extraccin hasta: 65 bar

PASO N7

Con la potencia de las Bombas, buscamos en el catlogo 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 caractersticas tcnicas del equipo. En anexo colocamos todo el catalogo.

Seleccionamos bomba marca BZB:

Modelo: HG / HDPresin hasta: 560 barCaudal hasta: 2300 m3/h

c) CONCLUSIONES:

Caractersticas del Generador:

(SIEMENS) Air-Cooled GeneratorsSGen6 - 1000A series

Con rangos de 165 MVA a 350 MVAf: 60 Hzf.p.: 0.85n: 98.8%

Caractersticas de la Turbina de Alta Presin:

(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 mecnicos. Se emplea en aplicaciones a medida para los procesos ms complejos en industria y generacin de energa.

Datos tcnicos:

Potencia entregada de hasta 100 MW Presin de entrada de hasta 140 bar Temperatura de entrada de hasta 540 C Velocidad de giro de 3.000 15.000 rpm Extraccin controlada doble de hasta 65 bar Hasta 5 tomas, a varios niveles de presin Presin del vapor de salida: contrapresin de hasta 55 bar o condensacin rea de escape 0,175 m2 3,5 m2

Caractersticas de la Turbina de Baja Presin:

(SIEMENS) SST-300

Hasta 50 MW. La SST-300 es una turbina de carcasa simple, con reductor para accionamiento de generador. Tiene un diseo compacto y flexible con alto grado de estandarizacin. Se emplea para aplicaciones de generacin de energa.

Datos tcnicos:

Potencia entregada de hasta 50 MW Presin de entrada de 120 bar Temperatura de entrada de 520 C Velocidad de giro de hasta 12.000 rpm Extraccin controlada de hasta 45 bar y hasta 400 C Toma de hasta 60 bar Presin del vapor de salida: contrapresin de hasta 16 bar o condensacin de hasta 0,3 bar rea de escape 0,28 1,6 m2

Caractersticas de la Bomba de Alimentacin:

(BZB) HG / HD

Presin hasta: 560 barCaudal hasta: 2300 m3/hAltura hasta: 5300 mT hasta: 210 C

ANEXO