UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA ELECTRONICA MECANICA Y MINASCARRERA PROFESIONAL: INGENIERIA ELECTRICATEMA: CENTRAL HIDROELECTRICACURSO : SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA IALUMNOS :RAUL CANA GARCIA.RUSSEL ED. CUSIPUMA GALLEGOS.CUSCO-PERU 2015DOCENTE: ING.MAMANI PARI DONATO*

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CENTRALES TRMICASCentral Trmica de As Pontes (Galicia)

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Central Trmica Puente Nuevo (Crdoba)sin torre de enfriamiento

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Central trmica de ciclo combinado

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Central Trmica de biomasa

LAS CENTRALES TERMOELCTRICAS son aquellas que producen energa elctrica a partir de la combustin de combustibles fsiles en una caldera.Las centrales termoelctricasLas centrales se diferencian en el combustible que utilizan. Los combustibles ms habituales son: EL CARBON EL GAS NATURAL DERIVADOS DEL PETROLEO*

Central trmica (Funcionamiento)La transformacin de energa sigue el siguiente proceso:La energa calorfica producida por el carbn, fuel o gas natural, calienta en la caldera el fluido portador de calor (agua) hasta que alcanza la temperatura deseada.El fluido pasa por un generador de vapor y se produce vapor a alta presin.El vapor acciona el grupo turbina-alternador y produce electricidad que se distribuye a travs de la red convencional.-El fluido, una vez enfriado en el condensador, retorna a la caldera para repetir el proceso. Las centrales trmicas se basan en la utilizacin del vapor de agua para mover las turbinas que a su vez generan electricidad al mover un alternador.*

Central trmica*

Las centrales trmicas se basan en la utilizacin del vapor de agua para mover las turbinas que a su vez generan electricidad al mover un alternador.Para la refrigeracin y condensacin del agua de los circuitos cerrados se utiliza agua corriente, por ello se colocan cerca de ros, pantanos, mar.Central trmica (Funcionamiento)*

La ms contaminante: Las centrales por combustin de carbn debido a la alta contaminacin del carbnPROBLEMASEmisin de residuos a la atmsfera por la combustinCalentamiento del agua y los ros utilizados para la refrigeracinMEDIDASConstruir chimeneas de ms de 300 m para esparcir las partculas nocivas en la atmsferaColocar filtros en la chimenea para retener mayor contaminacinConstruir circuitos cerrados de refrigeracinCentral trmica (Medio ambiente)*

CENTRALES TERMICAS CLASICAS O CONVENCIONALESCENTRALES TRMICAS DE CARBN

FUNCIONAMINETO, CARACTERISTICAS, VENTAJAS Y DESVENTAJASLas centrales trmicas que usan como combustible carbn, pueden quemarlo en trozos o pulverizado. La pulverizacin consiste en la reduccin del carbn a polvo finsimo (menos de 1/10 mm de dimetro) para inyectarlo en la cmara de combustin del generador de vapor por medio de un quemadorespecialque favorece la mezcla con el aire comburente.

Con el uso del carbn pulverizado, la combustin es mejor y ms fcilmente controlada. La pulverizacin tiene la ventaja adicional que permite el uso de combustible de desperdicio y difcilmente utilizado de otra forma. En estas se requiere instalar dispositivos para separar las cenizasproductode la combustin y que van hacia el exterior, hay incremento de efecto invernadero por su combustin, altoscostosdeinversin, bajo rendimiento y arranque lento. CLASIFICACION

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*CENTRALES TRMICAS DE FUEL-OIL

FUNCIONAMIENTO, CARACTERISTICAS, VENTAJAS Y DESVENTAJASEn las centrales de fuel, el combustible se calienta hasta que alcanza la fluidez ptima para ser inyectado en los quemadores. Las de fuel-il presentan como principal inconveniente las oscilaciones delpreciodelpetrleoy derivados, y a menudo tambin se exigen tratamientos de desulfuracin de los humos para evitar lacontaminaciny la lluvia cida.El consumo de un milln de litros de gasolina emite a la atmsfera 2,4 millones de kilogramos de Dixido deCarbono(CO2), el principal causante delcambioclimtico mundial. Arranque lento y bajo rendimiento.

*CENTRALES TRMICAS DE GAS NATURALFUNCIONAMIENTO, CARACTERISTICAS, VENTAJAS Y DESVENTAJASEn vez de agua, estas centrales utilizan gas, el cual se calienta utilizando diversos combustibles (gas,petrleoo diesel). El resultado de sta combustin es quegasesa altas temperaturas movilizan la turbina, y su energa cintica es transformada en electricidad por un generador.El uso de gas en las centrales trmicas, adems de reducir el impacto ambiental, mejora laeficienciaenergtica. Menores costos de la energa empleada en el proceso de fabricacin y menores emisiones de CO2 y otros contaminantes a la atmsfera. La eficiencia de stas no supera el 35% .

*CENTRALES TERMICAS NO CONVENCIONALESCENTRALES TRMICAS DE CICLO COMBINADOFUNCIONAMIENTO, CARACTERISTICAS, VENTAJAS Y DEVENTAJASUn ciclo combinado es, la combinacin de un ciclo de gas y un ciclo de vapor. Sus componentes esenciales son la turbina de gas, la caldera de recuperacin la turbina de vapor y el condensador. El ciclo de gas lo compone la turbina de gas, y el ciclo de vapor est constituido por la caldera de recuperacin, la turbina de vapor y el condensador.

Latecnologade las centrales de ciclo combinado permite un mayor aprovechamiento del combustible y, por tanto, los rendimientos pueden aumentar entre el 38 por ciento normal de una central elctrica convencional hasta cerca del 60 por ciento. Y la alta disponibilidad de estas centrales que pueden funcionar sinproblemasdurante 6.500-7500 horas equivalentes al ao.Uno de los principales problemas que plantean las centrales trmicas es que se trata de un proceso relativamente complejo de conversin de energas. Utilizan combustible de alto grado decalidad. Provocan contaminacin con la alta emisin de gases.

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*CENTRALES TRMICAS DE COMBUSTIN DE LECHO FLUIDIZADOFUNCIONAMIENTO; CARACTERISTICAS; VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Consiste en quemar carbn en un lecho de partculas inertes, a travs del cual se hace pasar una corriente de aire. Esta soporta el peso de las partculas y las mantiene en suspensin, de modo que da la impresin de que se trata de un lquido en ebullicin. Permitira obtener rendimientos de hasta el 50%, disminuyendo al mismo tiempo la emisin de anhdrido sulfuroso.

Su eficiencia es de 40 a 42% en ciclos combinados En la tecnologa de lecho fluidizado se inyecta caliza directamente dentro de la caldera para capturar y remover el azufre del combustible como un subproducto seco.La temperatura del gas dentro de la caldera va de los 820C a los 840C, lo cual determina su diseo y el arreglo de las superficies de transferencia de calor. Este tipo de calderas puede ser atmosfrico o presurizado.

*CALDERA DE LECHO FLUIDIZADO

*CENTRALES TRMICAS GICC GASIFICACIN DE CARBN INTEGRADA EN CICLO COMBINADOFUNCIONAMIENTO, CARACTERISTICAS, VENTAJAS Y DESVENTAJAS

La gasificacin del carbn es un proceso que transforma el carbn slido en un gas sinttico compuesto principalmente de CO ehidrgeno(H2). El carbn es gasificado controlando la mezcla de carbn,oxgenoy vapor dentro del gasificados. Lapotenciamedia de estas centrales viene a ser de 300 MW, muy inferior todava a la de una trmica convencional.

Las ventajas medioambientales que ofrecen estas centrales se fundamentan en los bajosvaloresde emisin de xidos de azufre y otras partculas.En laactualidadlas IGCC alcanzan eficiencias de 45%, una eliminacin de 99% de azufre. Bajos costos de combustible, admite combustible de bajo grado de calidad, bajo grado de emisiones, alto rendimiento, tecnologa sin completa prueba de eficiencia, altos costos de inversin,plantascomplejas, arranque lento.

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Esquema simple del circuito de vapor en la central

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Esquema simple de una central de ciclo combinado

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CONCEPTOS TERMODINMICOSEl calor que se necesita para la 4-1 la suministra el propio fluido, que cede tericamente la misma cantidad de calor en la transformacin 2-3 rea A41A = rea B32B

Ciclos de mximo rendimiento

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Rendimiento trmico de un ciclo (ABCDA) en funcin de las temperaturas medias

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Rendimiento trmico de un ciclo (ABCDA) en funcin de las temperaturas medias

Q1 = rea AABCC

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Rendimiento trmico de un ciclo (ABCDA) en funcin de las temperaturas medias

Q1 = rea AABCC

(Q2( = rea AADCC

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Rendimiento trmico de un ciclo (ABCDA) en funcin de las temperaturas medias

rea A12C = Tm1((s

rea A43C = Tm2((s

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Rendimiento trmico de un ciclo (ABCDA) en funcin de las temperaturas medias

rea A12C = Tm1((s

rea A43C = Tm2((s

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Esquema de una instalacin simple de vapor

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Ciclo Rankineisoentrpica 1-2 (terica): expansin en la turbinaisoterma y/o isobara 2-3: cesin de calor en el condensadorisoentrpica 3-4 (terica): compresin en las bombasisobara 4-5 (terica): precalentamiento en el economizadorisoterma y/o isobara 5-1: vaporizacin en el hogarisobara 1-1 (terica): calentamiento en el sobrecalentador

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Ciclo Rankine en los diagramas T-s y h-s

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Trabajo, calor y rendimientoTrabajo turbinaTrabajo bombaCalor caldera

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RendimientosBrutoNeto

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Caractersticas que mejoran el rendimiento1. Temperatura mxima T1 elevada: aumenta Tm12. Presin de vaporizacin elevada: aumenta Tm13. Presin de condensacin baja: disminuye Tm24. Precalentamiento agua alimentacin: aumenta Tm1

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En efecto, el precalentamiento 4-5 (figura de la derecha) se hace fuera de la caldera, con extracciones de vapor en deter- minados puntos de la turbina. El agua de alimentacin sigue calentndose en el economizador a partir del estado 5. La media de ordenadas Tm1 a lo largo de Ds resulta as mayor.

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Otra forma de comprobarlo: el precalentamiento del agua de alimentacin (4-1) se hace con el calor que cede el vapor delas extracciones durante la expansin 2-3.

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Ciclo regenerativoAl ciclo con extracciones de vapor suele llamrsele ciclo regenerativo. La figura representa una central imaginaria con 2 extracciones (la realidad est alrededor de 7).

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EJERCICIO Calcular el rendimiento bruto: a) p1 = 60 bar, t1 = 480 oC, p2 = 0,04 bar b) p1 = 160 bar, t1 = 480 oC, p2 = 0,04 bar c) p1 = 160 bar, t1 = 540 oC, p2 = 0,04 bar d) p1 = 60 bar, t1 = 480 oC, p2 = 1 bar e) p1 = 60 bar, t1 = 480 oC, p2 = 0,04 bar (dos extracciones de vapor a 12 bar y a 2 bar)Solucin a)htb = 0,4067 b)htb = 0,4394 c)htb = 0,4486 d)htb = 0,3052 e)htb = 0,4326

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EJERCICIO (p1 = 60 bar, t1 = 480 oC, p2 = 0,04 bar) x p t h s v e bar C kJ/kg kJ/kg K dm/kg kJ/kg 1 V 60,000 480,00 3375,00 6,81990 54,8170 1378,61 2 0,79441 0,040 28,98 2054,28 6,81990 27648,3672 57,89 3 0,00000 0,040 28,98 121,40 0,42250 1,0040 0,40 4 L 60,000 29,11 127,41 0,42250 1,0013 6,41

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EJERCICIO (p1 = 60 bar, t1 = 480 oC, p2 = 0,04 bar) x p t h s v e bar C kJ/kg kJ/kg K dm/kg kJ/kg 1 V 60,000 480,00 3375,00 6,81990 54,8170 1378,61 2 0,79441 0,040 28,98 2054,28 6,81990 27648,3672 57,89 3 0,00000 0,040 28,98 121,40 0,42250 1,0040 0,40 4 L 60,000 29,11 127,41 0,42250 1,0013 6,41

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Ocurri realmente hace unos 50 aos en una Central Trmica cuyas condiciones de trabajo se correspondan con los datos del ejercicio anterior (p1 = 60 bar, t1 = 480 oC, p2 = 0,04 bar).

En su puesta en marcha, se pens probar la turbina a 400 C en lugar de los 480 C. Con ello, el vapor entr antes de lo previsto en la zona hmeda, sobrepasando el lmite de ttulos (0,9 - 0,85), en que aparecen gotas de agua que, a velocidades tan elevadas, erosionaron en pocos das los labes de las ltimas ruedas, formando surcos de medio centmetro.

vapor hmedo 480 C400 C

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Ciclo Rankine con recalentamientoCon las altas presiones que se utilizan actualmente para unbuen rendimiento, al expandirse el vapor en la turbina pasara enseguida a la zona hmeda, y si el ttulo de vapor baja demasiado (lmite 0,9 - 0,85) se formaran gotas de agua, quea velocidades tan elevadas con que circulan erosionaran rpidamente los labes.

Para evitarlo, y no renunciar a las altas presiones, el vapor se retorna a la caldera a la salida de la turbina de alta para volver a sobrecalentarse en el recalentador, y posteriormente seguir expandindose en las turbinas de media y baja.

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Ciclo Rankine con recalentamientoResulta que el rendimiento trmico mejora con este reca- lentamiento; pero no lo suficiente como para compensar las prdidas en su ir y venir del vapor. El recalentamiento slo se justifica para evitar que se formen gotas.

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Ciclo Rankine con recalentamiento

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Ciclo irreversible

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Haya o no rozamientos internos, el trabajo tcnico en la turbina y en la bomba viene dado por la diferencia de entalpas:Y los rendimientos trmicos, bruto y neto, seran ahora,

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Se llama rendimiento isoentrpico sT de la turbina al cociente entre el trabajo real y el terico:

Y el de la bomba, al cociente entre el trabajo terico y el real:El rendimiento isoentrpico de la turbina es del orden del 85%, y el de la bomba del 70%.

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economizadorprecipitadorrecalentadorsobrecalentadorturbinascalentadoresdesgasificadorcalentadorescondensadorcalentador de airehogar

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caldern

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primer sobrecalentadorhogareconomizadorCALDERAcalentador airesegundo recalentador primer recalentadorsegundo sobrecalentador

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CALDERAhogar calderncalentadorde aire

recalentadorsobrecalentador

hogar

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CALDERA

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caldernGrupos 1 y 2. Central Trmica de Puente Nuevo(ya desmantelados)p1 = 60 bart1 = 480 CP = 40 MW

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Esquema de un economizador

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Calentador de aire tubular

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Calentador de aire rotativo

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tambor fijo de chapas onduladas Calentador de aire Rothemhle

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tambor fijo de chapas onduladas campanas rotativasCalentador de aire Rothemhle

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Calentador de aire Rothemhle

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Calentador de agua cerrado

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Calentador de mezcla, o desgasificador

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a eyectorCondensador

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CondensadorEste esquema corresponde al condensador del grupo 3 de la Central de Puente Nuevo: 17000 tubos de cobre, de 12 m de longitud y 22 mm de dimetro interior.

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Eyector

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Central Trmica de As Pontes (Galicia) GRACIAS

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