CENTRAL TERMOELÉCTRICA

DANIEL SANTIAGO CUERVO GÓMEZ CÓD: 20122005050JUAN PABLO VÉLEZ RODRÍGUEZ CÓD: 20131005993

WILLIAN EDUARDO LOZANO BELTRAN CÓD: 20131005106

TRANSFORMADORESPABLO EMILIO ROZO

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDASFACULTAD DE INGENIERÍA

BOGOTÁ2015

CENTRAL TÉRMICAOBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Conocer el funcionamiento de una central térmica, las partes de una central que genera energía a través de vapor y el proceso que se lleva a cabo para la generación del vapor.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

● Conocer sobre los inicios de la producción de energía termoeléctrica en Colombia● Comprender el proceso general del circuito de vapor de una central termoeléctrica● Conocer los parámetros de la caldera y su funcionamiento● Comprender los procesos de combustión y la influencia del combustible en la

generación de energía● Conocer los procesos de mantenimiento y diagnóstico preventivo usados en la

industria● Reflexionar sobre el impacto ambiental que conlleva la instalación de este tipo de

centrales

1. DEFINICIÓN

Una central termoeléctrica es una instalación empleada en la generación de energía eléctrica a partir de la energía liberada en forma de calor, normalmente mediante la combustión de combustibles fósiles como petróleo, gas natural o carbón. Este calor es empleado por un ciclo termodinámico convencional para mover un alternador y producir energía eléctrica. Cuando el calor se obtiene mediante la fisión controlada de núcleos de uranio la central se llama central nuclear. Este tipo de central no contribuye al efecto invernadero, pero tiene el problema de los residuos radioactivos que han de ser guardados durante miles de años y la posibilidad de accidentes graves.

BREVE RESEÑA HISTÓRICA DE LAS HIDROELÉCTRICAS Y TERMOELÉCTRICAS EN COLOMBIA

La primera planta eléctrica instalada en el territorio nacional fue instalada en la casa de la moneda de Bogotá en el año de 1879 y era utilizada para la acuñación de monedas, constaba de una pequeña caldera y un motor a vapor de un solo cilindro.

El primer alumbrado público que se implementó fue en Bogotá y se conformaba de una planta eléctrica que alimentaba cerca de 100 bombillas de arco voltaico que alumbraban el centro de la capital, sin embargo el alto costo del carbón y las variaciones de voltaje tan altas que generaba no permitieron una implementación a gran escala como se había pensado en un principio.

En 1890 se instaló la primera hidroeléctrica de el país denominada chiota sobre el rio surata por la sociedad jones and goelkel con una turbina pelton de 119.3KW destinada a abastecer el flujo de energía en la costa atlántica.

El 7 de agosto de 1900 entra en funcionamiento la hidroeléctrica el charquito localizada sobre el río Bogotá la cual contaba con 2 turbinas pelton con dos generadores de corriente alterna de 305 Kva de los cuales uno era de reserva con esta hidroeléctrica se abasteció el alumbrado público , y el sector industrial en Bogotá.

1909 se establece la compañía colombiana de electricidad que inició con 2 termoeléctricas una en Santa Marta y la otra en Ciénaga, para este año la capital contaba con una carga eléctrica instalada de 22.167 lámparas incandescentes.

1962 se abre la termoeléctrica yumbo con capacidad de 54Mw la mas grande del pais hasta ese momento.1975 entran en operacion las termoelectricas paipa ii y paipa iii con capacidad de 140MW1980 la capacidad instalada en el pais es de 4108MW

1982 entra en servicion la centrales termicas chinu y paipa iv con capacidad de 123MW y 75 MW respectivamente 1987 se instala la central termica de guajira con capacidad de 320MW

1990 capacidad instalada en el país 8312MW 1992 se presenta el racionamiento nacional por efectos del fenómeno de el niño, el presidente de entonces el señor gaviria establece un cambio horario y la “hora gaviria” para amortiguar la crisis ,se ve lo vulnerable del sistema energético del país.1993 termina la crisis energetica se prevee la construccion de mas centrales termicas en el pais para amortiguar fenomenos futuros, entra en funcionamiento flores 1 con capacida de 404mw.1996 entra en funcionamiento tepsa y flores ii con capacidad de 294MW y 100Mw respectivamente.1997 inicia actividad termocentro termodorada y 3 unidades de tepsa con una capacida de 198MW , 58MW Y 349MW.1998 entra en operación termosierra y termosantander con una capacidad de 300MW y 204MW respectivamente.2000 para este año la capacidad instalada es de 11595MW

2015 la capacidad actual instalada es de 15521MW

ESTRUCTURA GENERAL DE UNA CENTRAL TERMOELÉCTRICA

El funcionamiento de todas las centrales térmicas, o termoeléctricas, es semejante. El combustible se almacena en parques o depósitos adyacentes, desde donde se suministra a la central, pasando a la caldera, en la que se provoca la combustión. Esta, se

emplea para calentar el agua, que se encuentra en la caldera, y producir el vapor. Este con una alta presión, hace girar los álabes de la turbina, cuyo eje rotor gira solidariamente con el de un generador que produce la energía eléctrica; esta energía se transporta mediante líneas de alta tensión a los centros de consumo. Por su parte, el vapor es enfriado en un condensador y convertido otra vez en agua, que vuelve a los tubos de la caldera, comenzando de nuevo el ciclo. El agua en circulación que refrigera el condensador expulsa el calor extraído a la atmósfera a través de las torres de refrigeración, grandes estructuras que identifican estas centrales; parte del calor extraído pasa a un río próximo, lago o al mar. Las torres de refrigeración son enormes cilindros contraídos a media altura (hiperboloides), que emiten constantemente, vapor de agua (que se forma durante el ciclo) no contaminante, a la atmósfera. Para minimizar los efectos contaminantes de la combustión sobre el entorno, la central dispone de una chimenea de gran altura y de unos precipitadores electrostáticos que retienen las cenizas y otros volátiles de la combustión. Las cenizas se recuperan para su aprovechamiento en procesos de metalurgia y en el campo de la construcción, donde se

mezclan con el cemento.

A pesar de que el funcionamiento para todas las centrales térmicas es similar se pueden dividir 2 grandes categorías:

● Centrales termoeléctricas de ciclo clásico o convencional: Se llaman centrales clásicas o de ciclo convencional a aquellas centrales térmicas que emplean la combustión del carbón, petróleo (aceite) o gas natural, para generar la energía eléctrica. Son consideradas las centrales más económicas y rentables, por lo que su utilización está muy extendida en el mundo económicamente avanzado y en el

mundo en vías de desarrollo, a pesar de que estén siendo criticadas debido a su elevado impacto medioambiental.

● Centrales termoeléctricas de ciclo combinado: Son un tipo de central que utiliza gas natural, gasóleo o incluso carbón preparado como combustible para alimentar una turbina de gas. Luego los gases de escape de la turbina de gas todavía tienen una elevada temperatura, se utilizan para producir vapor que mueve una segunda turbina, esta vez de vapor. Cada una de estas turbinas está acoplada a su correspondiente alternador para generar la electricidad como en una central termoeléctrica clásica.

2. GENERADORES DE VAPOR, LA CALDERA

Las calderas son los generadores de vapor, en ellas, la energía calorífica de un combustible se transfiere al fluido caloportador que circula en su interior (usualmente agua, pero puede ser aceite térmico, o incluso vapor mismo al cual se le eleva la presión mediante la combustión) cuyo vapor constituye la fuerza motriz de las máquinas de la planta termoeléctrica. La generación del vapor necesario para la turbina se realiza en calderas de varios tipos, y es el inicio del ciclo termodinámico que ocurre en la central; actualmente se fabrican calderas ágiles con poca agua circulante en los tubos y capaces de alcanzar su régimen (producción nominal de vapor) en un tiempo muy breve, produciendo rápidamente la cantidad de vapor necesario, para la turbina.

La alta demanda energética en la sociedad moderna exige que las plantas trabajen eficazmente, en la gran mayoría de casos, esto puede significar calderas que trabajan continuamente, o en otros, paradas durante intervalos cortos. De cualquier modo, la tecnología moderna permite al ingeniero de la planta escoger el régimen de la caldera confiadamente para ajustarse mejor a su aplicación, con sistemas de control capaces de proporcionar el grado requerido de eficacia, integridad y seguridad. Una caldera es a menudo el equipo más grande que se encuentra en un circuito de vapor (máquinas del ciclo de Rankine). Su tamaño puede depender de la aplicación en la que se usa. En una instalación grande, donde existen cargas de vapor variables, pueden usarse varias calderas.

En la figura 1 se observa el esquema de una caldera típica:

FIGURA 1

Las partes comunes a la gran mayoría de calderas son:

Quemadores: el propósito principal de un quemador es mezclar y dirigir el flujo de combustible y aire de tal manera que se asegure el encendido rápido y la combustión completa. En los quemadores de carbón pulverizado, una parte del 15 al 25% del aire, llamada aire primario, se mezcla inicialmente con el combustible para obtener un encendido rápido y actuar como un medio de transporte del combustible.

Cuando el combustible es líquido una bomba de gasoil se encarga de someter el combustible a una elevada presión que, al introducirlo por un tubo hacia una boquilla con un orificio muy pequeño, hace que salga pulverizado (como un aerosol) y, por efecto venturi(un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión cuando aumenta la velocidad al pasar por una zona de sección menor), se mezcla con aire, que un ventilador se encarga de introducir en el hogar de la caldera. La ignición se produce por medio de unos electrodos entre los que salta un reguero de chispas.

Cuando el combustible es gaseoso se introduce directamente el gas mezclado con el aire en el hogar y, mediante una chispa, se prende la llama. En este sistema hay más dispositivos de seguridad porque, al contrario de lo que ocurre con el gasóleo, el gas sí arde en condiciones ambientales. En cambio, en el caso del gasóleo es necesario calentarlo o someterlo a presión para que arda.

Hogares: un hogar es una cámara donde se efectúa la combustión. La cámara confina el producto de la combustión y puede resistir las altas temperaturas que se presentan y las presiones que se utilizan. Sus dimensiones y geometría se adaptan a la velocidad de liberación del calor, el tipo de combustible y al método de combustión, de tal manera que se haga lo posible por tener una combustión completa y se proporcione un medio apropiado para eliminar la ceniza.

Los hogares enfriados por agua se utilizan con la mayor parte de unidades de calderas, es decir en su gran mayoría, y para todos los tipos de combustible y métodos de combustión. El enfriamiento por agua de las paredes del hogar reduce la transferencia de calor hacia los elementos estructurales y, en consecuencia, puede limitarse su temperatura a la que satisfaga los requisitos de resistencia mecánica y resistencia a la oxidación. Las construcciones de tubos enfriados por agua facilitan el logro de grandes dimensiones del hogar, así como el uso planchas o paredes divisorias, para aumentar la superficie absorbente del calor en la zona de

combustión. El uso de hogares con enfriamiento por agua reduce las pérdidas de calor al exterior.

Las superficies absorbentes del calor en el Hogar, lo reciben de los productos de combustión, en consecuencia, contribuyen directamente a la generación de vapor, bajando al mismo tiempo la temperatura de los gases que salen del mismo. Los principales mecanismos de transferencia de calor se efectúan en forma simultánea.

Los hornos difieren en tamaño y forma, en la localización y esparcimiento de los quemadores, y en la disposición de la superficie absorbente del calor. La forma de la llama y su longitud afectan la geometría de la radiación, la velocidad y distribución de absorción del calor por las superficies enfriadas por agua.

Las soluciones analíticas de la transferencia de calor en los hogares de las unidades generadoras de vapor son extremadamente complejas, y es muy difícil calcular la temperatura de los gases a la salida del hogar por métodos teóricos. Sin embargo, se debe predecir la temperatura de estos gases en forma precisa, ya que esta temperatura determina el diseño del resto de la unidad de la caldera, en particular el del sobrecalentador y del recalentador. Los cálculos deben de basarse en resultados obtenidos en pruebas, complementados por datos acumulados por la experiencia en operación y juicios, basándose en el conocimiento de los principios de la transferencia de calor y de las características de los combustibles y escorias. Este método se suma a los sistemas aventadores de hollín.

Ceniceros: son la parte del fondo de la caldera donde se recogen las escorias que posteriormente serán transportadas a un silo de recogida y almacenamiento, están situados en la parte inferior del hogar. La ceniza, al sintetizarse o fundirse, forma depósitos sobre las paredes del hogar, superficies de la caldera y en los tubos del sobrecalentador, lo que reduce la absorción de calor, aumenta la pérdida de tiro y posiblemente provocan el sobrecalentamiento de los tubos.

Ahora conviene tratar los dos tipos de caldera según su estructura, la Caldera Pirotubular y la Caldera Acuotubular.

Caldera Pirotubular: Las calderas pirotubulares hacen pasar el calor a través de los tubos en la caldera que a su vez transfieren calor al agua de la caldera que les rodea. Hay varias combinaciones diferentes de distribución de tubos para las calderas pirotubulares dependiendo del número de ‘pases’ que hará el calor del hogar de la caldera antes de descargarse.

Una disposición típica puede verse en la figura 2 qué muestra la configuración de una caldera de dos pasos. Las figuras 2 y 2a nos muestran los dos métodos en que se invierte el calor del hogar para fluir a lo largo del segundo paso. La figura 2 muestra una caldera de cámara seca donde el flujo de calor se invierte en una cámara refractaria en la parte externa de la caldera. Un método más eficaz de invertir el flujo de calor es a través de una caldera de cámara húmeda como muestra la figura 2a. La cámara de inversión está completamente dentro de la caldera y permite una mayor área de transferencia de calor, así como permite calentar el agua

en el punto de la caldera donde el calor del hogar será más alto en la pared del extremo de la cámara.

Es importante saber que los gases de combustión deben enfriarse antes de alcanzar la cámara de inversión como mínimo a 420°C para las calderas de acero normales y a 470°C para las calderas de aleación de acero. Temperaturas superiores a éstas causarán sobrecalentamiento y grietas de las planchas en el extremo del hogar. El fabricante de la caldera observará que estas limitaciones estén dentro de su criterio.

FIGURA 2 y FIGURA 2A

Las tensiones que pueden imponerse en la caldera están limitadas por las Normativas. La tensión máxima estará alrededor de la circunferencia del cilindro. Se le llama tensión ‘de Circunferencia’. El valor de esta tensión puede calcularse usando la ecuación:

Por tanto podemos deducir que la tensión aumenta si aumenta el diámetro. Para compensar esto, el fabricante de calderas usará una chapa más gruesa. Sin embargo, esta chapa más gruesa es más dura de curvar y puede necesitar eliminar las tensiones internas.

Caldera Acuotubular: las calderas acuotubulares difieren de las calderas pirotubulares en que el agua circula dentro de los tubos con la fuente de calor rodeandolos. Esto significa que pueden usarse presiones más altas porque el diámetro del tubo es significativamente más pequeño que el cuerpo en la caldera pirotubular, y por consiguiente la tensión circunferencial también es significativamente menor. Las calderas acuotubulares suelen ser consideradas para altos rendimientos de vapor, para presiones altas o para vapor recalentado. Para la mayoría de aplicaciones industriales y comerciales, una caldera pirotubular es a menudo la más apropiada. Sólo es necesario usar una caldera acuotubular si se requiere un rendimiento individual superior a 27.000 kg/h o presiones superiores a

27 bar o temperaturas de vapor superiores a 340°C. La razón es que para un rendimiento dado, las calderas acuotubulares son de construcción más costosa que las calderas pirotubulares compactas.

Las calderas acuotubulares trabajan con el principio de circulación de agua. La Figura 3 ilustra este sistema:

FIGURA 3El agua de alimentación fría se introduce en el calderín de vapor y baja por el tubo de bajada hasta el calderín de lodos, debido a que tiene una densidad superior a la del agua caliente. Su densidad disminuye cuando pasa por el tubo de subida, donde se calienta formando burbujas de vapor. El agua caliente y las burbujas de vapor pasan al calderín de vapor una vez más, donde el vapor se separa del agua.

Sin embargo, cuando la presión en la caldera acuotubular aumenta, se reduce la diferencia entre la densidad del agua y el vapor saturado, por consiguiente hay menos circulación. Para mantener el mismo nivel de rendimiento de vapor según aumenta la demanda de presión, debe aumentarse la distancia entre el calderín más bajo y el calderín de vapor.

El vapor producido a la salida de una caldera pirotubular o del calderín de vapor de una caldera acuotubular sólo puede ser vapor saturado. La caldera acuotubular se usa a menudo para producir vapor sobrecalentado pasando el vapor saturado del calderín de vapor a través de otro juego de tubos dentro del área del hogar principal, donde se calienta más allá de su temperatura de saturación convirtiéndolo en vapor sobrecalentado. Donde se requiere vapor sobrecalentado es esencial tener una caldera que tenga tubos para el sobrecalentado.

CÁLCULOS DE PÉRDIDAS EN LA CALDERA:

Pérdidas por calor sensible en gases secosSon las pérdidas del caudal de gases de escape que salen por la chimenea y se calculan mediante la siguiente fórmula:

Pérdidas por humedad en el carbónSon debidas al calentamiento y vaporización del agua del combustible:

Pérdidas por InquemadosPérdidas que se producen por el combustible que no se logra oxidar por completo

Pérdidas por convección y radiación

Son las pérdidas disipadas por las paredes de la caldera

Ya calculada la pérdida por radiación y convección se procede a estimar el consumo de combustible:

Rendimiento:

El rendimiento será el 100% menos los porcentajes obtenidos de las pérdidas antes mencionadas y un valor de pérdidas fijas que se establece alrededor del 1%.

RÉGIMEN DE LA CALDERA:

El régimen hace referencia a la producción de vapor y es el concepto más importante para determinar la eficiencia energética de una caldera. Usualmente el régimen se da, o se determina como un rango (Régimen desde - hasta) o en kW

Régimen desde-hasta: El régimen usado ampliamente por los fabricantes de calderas pirotubulares es el ‘desde y hasta’ que proporciona un régimen que muestra la cantidad de vapor en kg/h que la caldera puede crear ‘desde y hasta 100°C’ a presión atmosférica. Cada kilogramo de vapor habría recibido 2 258 kJ de calor en la caldera.

Hay calderas que trabajan con temperaturas del agua de alimentación inferiores a 100°C. Por consiguiente la caldera tiene que proporcionar la entalpía para que el agua alcance el punto de ebullición. La mayoría de las calderas trabajan a presiones superiores a la atmosférica, por tanto la temperatura de la caldera será superior a 100°C. Esto requiere entalpía adicional de saturación del agua. Cuando aumenta la presión de la caldera, la temperatura de saturación aumenta y necesita más entalpía antes de que el agua de alimentación alcance la temperatura de ebullición. Estos dos efectos reducen la producción real de vapor en la caldera ya que hay menos combustible disponible para producir vapor. En el gráfico de la Figura 4 están trazadas las temperaturas del agua de alimentación respecto a la cifra de porcentaje de ‘desde y hasta’ para trabajar a presiones de 0, 5, 10 y 15 bar r.

FIGURA 4

A continuación un ejemplo del cálculo del rendimiento de una caldera a partir régimen desde-hasta:

Una caldera tiene un régimen ‘desde y hasta’ de 2 000 kg/h y trabaja a 15 bar r mientras que la temperatura del agua de alimentación es de 68°C. Usando el gráfico de la figura 4,

El porcentaje régimen ‘desde y hasta’ = 90 % Por consiguiente el rendimiento = 2 000 kg/h x 90 % Rendimiento de la caldera = 1 800 kg/h

El uso de la siguiente ecuación dará un factor que nos dará el mismo resultado... A = Entalpía específica de evaporación a presión atmosférica B = Entalpía específica del vapor a la presión de trabajo C = Entalpía específica del agua a la temperatura del agua de alimentación

Por consiguiente; Factor = (B - C)/A

Usando la información anterior en esta ecuación nos dará el siguiente factor

Factor = 2257 kJ/kg / (794 kJ/kg - 284,6 kJ/kg) Factor = 0,899 Rendimiento de la caldera = 2 000 kg/h x 0,899 = 1 799 kg/h

Potencia en KW: Algunos fabricantes darán la potencia de la caldera en kW. Para establecer el caudal evaporado, es necesario saber el calor que contiene el agua de alimentación y la entalpía total del vapor producido para establecer cuánta energía se agregará a cada kg de agua.

Por ejemplo, una caldera de 3 000 kW, trabaja a 10 bar con una temperatura del agua de alimentación de 50°C. Una temperatura del agua de alimentación de 50°C significa una entalpía específica del agua de 209,5 kJ/kg. El vapor a 10 bar r requiere 2.781,7 kJ/kg de calor. Por tanto, el combustible de la caldera necesita transferir 2.781,7 - 209,5 = 2.572,2 kJ/kg al agua para darnos este resultado.

3. COMBUSTIÓNEl oxígeno tiene la capacidad de combinarse con diversos elementos para producir óxidos. Por ende, oxidación es la combinación del oxígeno con otra sustancia. Existen oxidaciones que son sumamente lentas, como por ejemplo la del hierro. Cuando la oxidación es rápida se llama combustión. Pues bien, la combustión se refiere a las reacciones químicas que se establecen entre cualquier compuesto y el oxígeno. A esto también se le llama “Reacciones de oxidación”

Ahora bien, la combustión se presenta cuando ocurre una reacción química entre el combustible (elemento que se oxida), el comburente (elemento oxidante), y una ignición, la cual es el valor de temperatura que se debe presentar en el sistema fisicoquímico para que se pueda dar la combustión de forma natural.

COMBUSTIBLES Y CÁLCULOS DE COMBUSTIÓN

Como ya se había hablado anteriormente, el combustible es el elemento o material que es plausible de liberar energía una vez que se oxida de manera violenta y con un desprendimiento de calor. Normalmente, el combustible liberará energía de su estado potencial a un estado utilizable, ya sea de modo directo o mecánicamente, produciendo como residuo el calor. Ahora bien, existen diferentes tipos de combustibles, entre los cuales destacan los combustibles sólidos, como el carbón, la turba y la madera, los combustibles fluidos, como el gasóleo, el queroseno, la gasolina o la nafta, los combustibles fósiles y los biocombustibles. Como cualquier reacción química, la combustión debe cumplir con el llamado “balance químico”, es decir que se debe cumplir que la cantidad de compuestos que están reaccionando debe ser la misma cantidad de compuestos en la reacción completa. Unos ejemplos de “balance químico” en el caso de la combustión en las centrales térmicas son:

4. OTRA INFRAESTRUCTURA Y ACCESORIAS DE UNA PLANTA TÉRMICA

SOPLADORES DE HOLLÍN El proceso de combustión que tiene lugar en las calderas genera como es de esperarse genera residuos en forma de ceniza, gases y en general residuos que se adhieren a las paredes de los tubos de por donde se da el escape a la presión que se genera dentro de la caldera, para evitar que dichos tubos se congestione y generen un colapso en la caldera se implementan los sopladores de hollín, existen diferentes tipos según la necesidad:

● Sopladores de pared ● Sopladores retráctiles de retroceso completo ● Sopladores retráctiles de medio retroceso ● Sopladores de precalentadores

PRECIPITADOR ELECTROSTÁTICO

El precipitador electrostático es un dispositivo utilizado para la descontaminación de los gases que se expulsan al ambiente luego del proceso de combustión utiliza las fuerzas eléctricas dirigiendo las partículas de contaminante o también llamado ceniza volante hacia las placas del colector. Las partículas se cargan mediante el choque con iones gaseosos creados por la ionización del aire creado entre los electrodos, tras la carga las partículas

siguen las líneas de campo producidas por el alto voltaje hasta la superficie del electrodo colector. Las partículas deben ser eliminadas de las placas y recolectadas en una tolva, evitando que se incorporen nuevamente en el cauce de gas saliente.

PLANTA DE DESULFURACIÓN

la salida de gas al pasar por el precipitador electrostático aún posee peligrosos componentes que deben ser eliminados o bien minimizados como el SO2 (dióxido de azufre) antes de ser lanzados a la atmósfera, para dichos efectos se usa una planta de desulfuración. Los gases entran en la planta y su primera misión es la reducción de temperatura para favorecer la oxidación. Lo más eficiente es realizar un intercambio de calor gas-gas con los gases que entran a la planta y los que posteriormente saldrán para su expulsión a la atmósfera.

luego se combinan con agua líquida y posterior a esto se mesclan con una sustancia conocida como lechada que no es mas que carbonato calcico(piedra caliza) con agua dicha lechada cumple genera la reacción de oxidación con el SO2 de los gases, produciendo yeso

(CaSO4 · 2H2O).

La lechada y los gases van a parar al tanque del absorbedor, que es donde se produce la mayor parte de la reacción, debe mantener un nivel de lechada para favorecer la oxidación, además es aconsejable que exista una entrada de aire que optimiza la reacción.

El tanque debe estar dotado de un agitador que remueve la mezcla que existe en el mismo

ya que si no se genera sedimento a causa de que en la reacción se produce yeso (como se

ha visto anteriormente en las reacciones del absorbedor).

Una vez han pasado por el tanque, si la planta está dotada de dos torres, se dirigen a la

segunda torre donde se culmina y optimiza la reacción. Una vez concluida la desulfuración

van a parar el intercambiador de calor que se ha comentado al inicio del proceso para

elevar su temperatura y expulsarlos a la atmósfera mediante la chimenea.

PARQUE DE CARBONES

Los parque de carbones son grandes extensiones de tierra que cumplen la función de

almacenar el carbón para su posterior combustión el la central termoeléctrica,en al entrada

al parque de carbones se encuentra un conjunto de básculas para pesar el carbón entrante

y puestos de control para conocer su procedencia y llevar un registro de lo que se debe

pagar al vendedor, una vez ingresa al parque el carbón se deposita en diferentes

montones dependiendo de la procedencia del mismo una vez clasificado por procedencia se

empiezan a realizar muestras periódicas de los carbones para conocer su calidad y el nivel

de químicos peligrosos que pueden contener y clasificarlos, si alguna muestra posee altos

niveles de azufre o bajo nivel de aglomeración se procede a devolver dicho carbón al

remitente pues no es apto para la quema en la central termoeléctrica.

El carbón que es seleccionado pasa a un proceso de molido en el cual se pulveriza para

obtener una óptima homogeneización; La homogeneización es el proceso en el cual el

carbón molido se mezcla en proporciones adecuadas dependiendo su tipo y siempre

conservando las proporciones para obtener una combustión los mas estable posible,

finalizado este proceso se lleva el carbón a la central termoeléctrica donde será usado en

procesos de combustión.

5. PROCESOS DE MANTENIMIENTO Y DIAGNÓSTICO PREDICTIVO

Análisis de Vibraciones

En general, todo cuerpo posee masa y un cierto grado de elasticidad tal que si es deformado tiende a recobrar su forma original, teniendo así las condiciones dinámicas que se traducen en fenómenos vibratorios. Raramente se avería una máquina sin dar previos avisos y dicho deterioro se caracteriza casi siempre por un aumento del nivel de vibraciones que se puede medir y tomarse como indicador del estado de la máquina. Para un correcto análisis se utiliza el empleo de técnicas de análisis basadas en el estudio de señales en el dominio de la frecuencia o análisis espectral cuyo objetivo es descomponer una señal compleja en sus componentes a diversas frecuencias. Esta descomposición se establece matemáticamente a partir del Análisis de Fourier que permite descomponer una señal periódica como suma de una cantidad infinita de señales simples senoidales de diversas amplitudes y frecuencias mediante la Transformada de Fourier en su desarrollo denominado Transformada Rápida de Fourier (FFT). Para el análisis de vibraciones se utilizan transductores de velocidad y de aceleración:

Transductor de desplazamiento: a pesar de que existen captadores de desplazamiento de contacto deslizante, su rango de respuesta en frecuencia es muy bajo, por lo que no se utilizan para medida de la vibración. Para medir el desplazamiento que experimenta el eje respecto a la posición de referencia se utilizan transductores de no contacto, se mantienen inmóviles en una posición de referencia siendo sensibles a las variaciones de posición del elemento estudiado. Se utilizan en la turbina, en ejes que se quiera comprobar la variación de posición.

Transductor de velocidad: un transductor de velocidad se basa en una bobina vibrante que, al moverse en el campo que crea el imán, produce una tensión de salida relativamente grande que no requiere acondicionador de señal, y la tensión es directamente proporcional a la velocidad de la vibración. Se suelen utilizar en ventiladores.

Transductor de aceleración: los transductores de aceleración, o acelerómetros, son los más utilizados en la medida de las vibraciones, básicamente constan de un cristal piezoeléctrico apoyado sobre una base metálica la cual se fija a la superficie, mediante un imán, cuya vibración se desea medir. Sobre este cristal se apoya solidariamente un sistema inercial formado por una masa sobre la que se ejerce generalmente una precarga.

Al someter a un elemento piezoeléctrico a un esfuerzo de compresión, tracción o cortadura, según el tipo de cristal, aparece en él una diferencia de potencial eléctrico entre las dos caras afectadas, que es directamente proporcional a la deformación producida de acortamiento, alargamiento o desviación angular. Los acelerómetros están conectados a un aparato llamado 2130 que es el encargado de recibir la información, almacenarla y realizar la transformada de Fourier. La norma que sigue la central está en velocidad (mm/s), norma que nos aporta los parámetros correctos de vibraciones. Se puede pasar de desplazamiento a velocidad y aceleración derivando la función obtenida y a la inversa integrando. Por último poner en conocimiento que la mayoría de análisis se realizan sobre cojinetes o rodamientos de los elementos que se desean estudiar, realizando pruebas en las direcciones vertical,

horizontal y axial, antes y después del motor o elemento de estudio así como mediciones de temperatura también antes y después, para un mejor análisis.

Termografía

La termografía infrarroja es una técnica de ensayo no destructivo sin contacto, que a partir de la radiación infrarroja emitida por un objeto hace visible la distribución superficial de temperatura como imágenes térmicas o termogramas. Esta característica permite detectar anomalías por variaciones de temperatura y evaluarlas en tiempo real en equipos en funcionamiento.La radiación infrarroja es la parte del espectro electromagnético con una longitud de onda entre 0,75 μm a 30 μm, estableciéndose cuatro grupos según su longitud de onda:

• 0,75 – 3 μm Infrarrojo cercano• 3 – 6 μm Infrarrojo intermedio• 6 – 15 μm Infrarrojo lejano• 15 – 30 μm Infrarrojo extremo

Para su visualización se utilizan cámaras termográficas y para una correcta lectura de la temperatura, debe conocerse la emisividad del material del objeto de estudio.

Líquidos penetrantes

La inspección por líquidos penetrantes se define como un procedimiento de inspección no Destructivo, de tipo físico/químico, diseñado para detectar e indicar discontinuidades presentes en la superficie de los materiales tales como fisuras, poros, dobleces de los materiales.

En términos generales, esta prueba consiste en aplicar un líquido coloreado o fluorescente a la superficie a examinar, el cual penetra en las discontinuidades del material debido al fenómeno de capilaridad. Después de cierto tiempo, se elimina el exceso de penetrante y se aplica un revelador que absorbe el líquido que ha penetrado en las discontinuidades y sobre la capa de revelador se delinea el contorno de esta. Los líquidos penetrantes tienen la propiedad de filtrarse a través de las discontinuidades que presentan los materiales, basándose en la acción capilar, la que origina que un líquido ascienda o descienda a través de dos paredes cercanas entre sí. También se basa en los principios físicos de cohesión, viscosidad, adherencia y tensión superficial.

PARÁMETROS MEDIOAMBIENTALES

Las Centrales Térmicas generan diversos contaminantes físicos y químicos muy peligrosos con un impacto negativo sobre la salud humana. Los efectos adversos sobre el organismo humano se manifestarán a corto, medio y largo plazo, potenciando y desencadenando los producidos por los contaminantes preexistentes.

Es por esto que están los parámetros medioambientales, los cuales sirven para poder regular y mantener las emisiones de contaminantes, dentro del rango permitido.

Entre los diferentes contaminantes, podemos encontrar los siguientes tipos:

CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS

Los contaminantes atmosféricos son aquellos contaminantes que como su palabra lo dice, afectan a la atmósfera terrestre, así como lo hacen los humos, que generalmente son evacuados por las chimeneas de las centrales. En estas chimeneas es recomendable tener analizadores de SO2, NOx, O2, partículas, opacidad, presión y temperatura. Dichos analizadores se encuentran comunicados en tiempo real con el control informático de la central para tener conocimiento de los porcentajes albergados en los humos de la chimenea.

(*)Concentración en condiciones normales de presión y temperatura (101,3 kPa, 273K) en base seca. Para gases de combustión normalizados al 6% de O2.Como pudimos observar, en el ejemplo anterior, tomado de la central termoeléctrica de Compostilla, los valores límite de emisión, dados en mg/(N*m^2) (miligramos por Newton metros cuadrados), dependen tanto de las diferentes partículas y

compuestos químicos como de los diferentes tipos de plantas, así como cuando se encuentra en mal funcionamiento. Podemos observar que los niveles de SO2 y NOx

se incrementan considerablemente cuando la planta se encuentra en mal funcionamiento, por lo que el control informático de la central detectará el error e intentará solucionarlo lo más pronto posible.

Las centrales deben poseer estaciones de inmisión, las cuales se encargarán de analizar la cantidad de aire en cuanto a PM10, SO2, NO, NO2, NOx, O3 etc. Dichas estaciones deben estar ubicadas dentro de un radio de 1 Km desde la central. Éstas tienen la funcion de regular el tanto porciento de gases y partículas anteriormente descritas del aire respirable, es decir, a nivel de tierra.

Las centrales térmicas tambien deben estar equipadas de torres meteorológicas donde se mide el nivel de humedad, velocidad y direccion del viento, temperatura y radiación solar.

CONTAMINACIÓN DEL AGUA

Debido a que por cuestiones de seguridad las plantas deben estar cercanas al mar o a algún río, se hace prácticamente inevitable que ciertos residuos entren en contacto con el agua. Es por esto que las centrales poseen grupos de estaciones para la refrigeración a partir de embalses, de tal modo que la recogen para la misma y luego al depositan nuevamente en el embalse, nunca por encima de los 30°C.

Otros grupos de estaciones se refrigeran por medio de torres de refrigeración, las cuales en caso necesario se alimentarán tambien de los embalses, pero su evacuación no se producirá en ese mismo embalse sino a un arrollo, luego de haber sido tratada químicamente mediante balsas de neutralización, predecantadores, decantadores lamerales y arquetas de control de vertido.

CONTAMINACIÓN POR RESIDUOS

Podemos diferenciar tres tipos de residuos producidos por la central y algunos ejemplos de ellos:

Residuos Peligrosos:

Residuos no Peligrosos:- Escorias- Cenizas volantes- Residuos cálcicos procedentes del proceso de desulfuración- Madera- Lodos de la planta de tratamiento de efluentes- Residuos de azufre- Rechazos del parque de carbones- Envases de papel y cartón- Bandas de goma- Envases de plástico- Residuos de alúmina- Placas radiográficas- Residuos de tóner de impresión- Resinas intercambiadoras de iones

- Chatarra- Lodos fosas sépticas

Residuos no Peligrosos Propios Mediante Depósito en Vertedero

· BIBLIOGRAFÍA

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Compostilla. David Mateos Fernández● Calderas y Turbinas de Vapor para la Generación de Energía Eléctrica. Luis

Milla Lostaunau● Guía de referencia técnica, Calderas y Accesorios. SPLRAX/SARCO● Calderas, guía del docente. Universidad de Cantanabria● Calderos Acuotubulares. Universidad Nacional de Callao