Descripción de las etapas y procesos de la central térmica

1. Torre de refrigeración

Las Torres de refrigeración son estructuras para refrigerar agua y otros medios a temperaturas muy altas. El uso principal de grandes torres de refrigeración industriales es el de rebajar la temperatura del agua de refrigeración utilizada en plantas de energía, refinerías de petróleo, plantas petroquímicas, plantas de procesamiento de gas natural y otras instalaciones industriales.

2. Bomba hidráulica

Una bomba hidráulica es una máquina generadora que transforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía hidráulica del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud.

3. Línea de transmisión (trifásica)

La red de transporte de energía eléctrica es la parte del sistema de suministro eléctrico constituida por los elementos necesarios para llevar hasta los puntos de consumo y a través de grandes distancias la energía eléctrica generada en las centrales eléctricas.

Para ello, los niveles de energía eléctrica producidos deben ser transformados, elevándose su nivel de tensión. Esto se hace considerando que para un determinado nivel de potencia a transmitir, al elevar la tensión se reduce la corriente que circulará, reduciéndose las pérdidas por Efecto Joule. Con este fin se remplazan subestaciones elevadoras en las cuales dicha transformación se efectúa empleando transformadores, o bien autotransformadores.

4. Transformador

El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de

hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.

5. Generador eléctrico

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 estátor). 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. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en un generador simple de una sola fase. La mayoría de los generadores de corriente alterna son de tres fases.

6. Turbina de vapor de baja presión

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 la turbina se transforma la energía interna del vapor en energía mecánica que, típicamente, es aprovechada por un generador para producir electricidad. En una turbina se pueden distinguir dos partes, el rotor y el estátor. El rotor está formado por ruedas de álabes unidas al eje y que constituyen la parte móvil de la turbina. El estátor también está formado por álabes, no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina.

7. Bomba de condensación

Una bomba de calor es una máquina térmica que permite transferir energía mediante calor de un ambiente a otro, según se requiera. Para lograr esta acción es necesario un aporte de trabajo acorde a la segunda ley de la termodinámica, según la cual el calor se dirige de manera espontánea de un foco caliente a otro frío, y no al revés, hasta que sus temperaturas se igualen.

Este fenómeno de transferencia de energía calorífica se realiza principalmente por medio de un sistema de refrigeración por compresión de gases refrigerantes, cuya particularidad radica en una válvula inversora de ciclo que forma parte del sistema, la cual puede invertir el sentido del flujo de refrigeración, transformando el condensador en evaporador y viceversa.

8. Condensador

El condensador termodinámico es utilizado muchas veces en la industria de la refrigeración, el aire acondicionado o en la industria naval y en la producción de energía eléctrica, en centrales térmicas o nucleares.

Adopta diferentes formas según el fluido y el medio. En el caso de un sistema fluido/aire, está compuesto por uno tubo de diámetro constante que curva 180° cada cierta longitud y unas láminas, generalmente de aluminio, entre las que circula el aire.

Un condensador es un cambiador de calor latente que convierte el vapor de su estado gaseoso a su estado líquido, también conocido como fase de transición. El propósito es condensar la salida (o extractor) de vapor de la turbina de vapor para así obtener máxima eficiencia e igualmente obtener el vapor condensado en forma de agua pura de regreso a la caldera. Condensando el vapor del extractor de la turbina de vapor, la presión del extractor es reducida arriba de la presión atmosférica hasta debajo de la presión atmosférica, incrementando la caída de presión del vapor entre la entrada y la salida de la turbina de vapor. Esta reducción de la presión en el extractor de la turbina de vapor, genera más calor por unidad de masa de vapor entregado a la turbina de vapor, por conversión de poder mecánico

9. Turbina de media presión

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 la turbina se transforma la energía interna del vapor en energía mecánica que, típicamente, es aprovechada por un generador para producir electricidad. En una turbina se pueden distinguir dos partes, el rotor y el estátor. El rotor está formado por ruedas de álabes unidas al eje y que constituyen la parte móvil de la turbina. El estátor también está formado por álabes, no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina.

El término turbina de vapor es muy utilizado para referirse a una máquina motora la cual cuenta con un conjuntos de turbinas para transformar la energía del vapor, también al conjunto del rodete y los álabes directores.

10.Válvula de control de gases11.Turbina de vapor de alta presión

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 la turbina se transforma la energía interna del vapor en energía mecánica que, típicamente, es aprovechada por un generador para producir electricidad. En una turbina se pueden distinguir dos partes, el rotor y el estátor. El rotor está formado por ruedas de álabes unidas al eje y que constituyen la parte móvil de la turbina. El estátor también está formado por álabes, no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina

12.Desgacificador

El desgasificador en una caldera se refiere al tanque desaireador de alimentación de esta. Este tanque tiene 3 funciones principales en una caldera:

1. Extraer el oxígeno disuelto: no está de más hacer un análisis del daño que provoca instalaciones que trabajan con el vital elemento (agua).

2. Calentar el agua de alimentación: el agua de alimentación es calentada, para que al entrar a la caldera no sea necesaria tanta energía para llegar a una temperatura de utilización.

3. Almacenar agua de alimentación: la palabra lo indica, el desaireador es un tanque que está a continuación del tanque cisterna.

Un desaeredor es un que equipo que remueve O2 (aire) de el agua de alimentación a calderas (BFW) ya que el oxigeno es altamente corrosivo en los circuitos de vapor.

13.Calentador

Un calentador de agua, es un dispositivo termodinámico que utiliza energía para elevar la temperatura del agua. Entre los usos domésticos y comerciales del agua caliente están la limpieza, las duchas, para cocinar o la calefacción. A nivel industrial los usos son muy variados tanto para el agua caliente como para el vapor de agua.

Entre los combustibles utilizados se encuentran el gas natural, gas propano (GLP), queroseno y el carbón, aunque también se usan la electricidad, la energía solar, bombas de calor (compresor) de refrigeradores o de acondicionadores de aire, calor reciclado de aguas residuales (no aguas negras) y hasta energía geotérmica. En el caso de las aguas calentadas con

energías alternativas o recicladas, éstas usualmente se combinan con energías tradicionales.

14.Tolva de papel

Generalmente es de forma cónica y siempre es de paredes inclinadas como las de un gran cono , de tal forma que la carga se efectúa por la parte superior y forma un cono la descarga se realiza por una compuerta inferior. Son muy utilizadas en agricultura, en construcción de vías férreas y en instalaciones industriales

15.Pulverizador de papel16.Tambor de vapor17.Supercalentador

Un Supercalentador es un dispositivo que se encuentra en un motor a vapor que calienta el vapor generado por la caldera nuevamente, incrementando su energía térmica y haciendo decrecer la posibilidad de condensación dentro del motor. Los supercalentadores incrementan la eficiencia del motor de vapor y han sido ampliamente adoptados actualmente. El vapor que ha sido supercalentado es conocido lógicamente como vapor supercalentado; el vapor que no ha sido calentado es conocido como vapor saturado o vapor húmedo. Los supercalentadores fueron aplicados en locomotoras de vapor a principios del siglo XX, vehículos impulsados por vapor y centrales de generación de energía. La instalación de un supercalentador tiene el efecto de reducir la cantidad de trabajo que se debe realizar para producir la misma cantidad de energía. En otras palabras, instalar un supercalentador tiene el efecto de incrementar la capacidad de la planta con el mismo flujo de vapor.

18.Ventilador de tiro forzado

Un ventilador también es la turbomáquina que absorbe energía mecánica y la transfiere a un gas, proporcionándole un incremento de presión no mayor de 1.000 mmH2O aproximadamente, por lo que da lugar a una variación muy pequeña del volumen específico y suele ser considerada una máquina hidráulica.

En energía, los ventiladores se usan principalmente para producir flujo de gases de un punto a otro; es posible que la conducción del propio gas sea lo esencial, pero también en muchos casos, el gas actúa sólo como medio de transporte de calor, humedad, etc; o de material sólido, como cenizas, polvos, etc

19.Recalentador20.Toma de aire de combustión21.Precalentador de aire22.Precipitador23.Ventilador de tiro inducido24.Chimenea de emisiones

Como norma general son completamente verticales para asegurar que los gases calientes puedan fluir sin problemas, moviéndose por convección térmica (diferencia de densidades). También existen las chimeneas que no son completamente verticales, que se instalan en cocinas o pequeñas salas de calderas para evacuar los humos a través de orificios efectuados en los paramentos. Las chimeneas así construidas deben disponer de mallas de protección para evitar que lo pájaros aniden en su interior, asimismo se les debe dar una inclinación diferente a 0º para facilitar la salida de humos. Las chimeneas pueden encontrarse en edificios, locomotoras o en navíos. A la corriente de aire que origina el fuego y que hace que el humo ascienda por la chimenea se le denomina «tiro».

El término chimenea también puede aplicarse a aspectos de la naturaleza, particularmente en formaciones rocosas. En un volcán una chimenea es el conducto que comunica el reservorio de magma o cámara magmática en profundidad con la superficie.

IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES DE INTERÉS

Cuantitativamente, el equilibrio de material alrededor de un sistema de torre de refrigeración húmeda está controlado por las variables de funcionamiento estructurales tasa de flujo, evaporación y pérdidas por viento, tasa de trasegado, y ciclos de concentración:

M = Agua de la estructura en m³/h

C = Agua circulante en m³/h

D = Trasegado de agua en m³/h

E = Agua evaporada en m³/h

W = Pérdida por viento de agua en m³/h

X= Concentración en ppmw (de sales completamente solubles, normalmente cloruros)

XM = Concentración de cloruros en el agua de la estructura (M), en ppmw

XC = Concentración de cloruros en el agua circulante (C), en ppmw

Ciclos = Ciclos de concentración = XC / XM (sin dimensión)

ppmw = partes por millón en peso

VARIABLES

La altura de elevación que proporciona la bomba es siempre la misma y responde a la siguiente fórmula:

donde es la presión de impulsión, es la presión de aspiración, es la densidad del fluido y la aceleración de la gravedad.

Despejando la diferencia de presiones se tiene que:

De esta fórmula se puede observar que la diferencia de presiones que consigue la bomba entre la impulsión y la aspiración es mayor cuanto mayor sea la densidad del fluido a mover. De tal forma que para el caso concreto del agua se tiene:

Con lo cual:

VARIABLES

RENDIMIENTO

Dado que el efecto útil de una bomba de calor depende de su uso, hay dos expresiones distintas del COP. Si la máquina se está usando para refrigerar un ambiente, el efecto útil es el calor extraído del foco frío:

Si la bomba de calor está usándose para calentar una zona, el efecto útil es el calor introducido:

Una bomba de calor típica tiene un COP de entre dos y seis, dependiendo de la diferencia entre las temperaturas de ambos focos

VARIABLES

POTENCIA

Será necesario un calentador de 7200 calorías/s (unos 30 kW). Un calentador de gas de 16 L podrá cumplir con esta labor

VARIABLES

DESARROLLO

Q = caudal volumétrico de humo en la chimenea, m³/s A = area de la sección transversal del conducto, m² C = coeficiente de descarga (~ 0.65 a 0.70) g = aceleración de la gravedad, 9,81 m/s² H = altura de la chimenea, m Ti = media de la temperatura de los gases, K Te = temperatura externa e inferior

DIAGRAMA DE INSTRUMENCTACION

REQUERIMIENTOS DE MANTENIMIENTO.

Para el mantenimiento se tendrá una duración de 75 días, lo que afectará la generación de 132,5 megavatios al Sistema Nacional Interconectado.

En mantenimiento de las centrales térmicas requieren un mantenimiento preventivo-correctivo-predictivo, cualquier central térmica origina problemas funcionales o parciales en términos de desgaste, fatiga de los materiales, corrosiones, etc. Esto es debido al trabajo a altas temperaturas, el contacto con gases y líquidos corrosivos o partículas abrasivas.

No entramos en detalle del mantenimiento correctivo, debido a que solo se actúa cuando se produce una avería. Respecto al mantenimiento preventivo consta de revisiones periódicas, inspecciones visuales o revisiones más a fondo llevadas a cabo en las paradas programadas de la planta.

El mantenimiento predictivo, es aquel que consiste en la adquisición de datos mediante sensores, y creación de tablas de históricos para anticipar cuál será el siguiente elemento en falla

1. Verificación y medición del bloque rectificador del sistema de excitación bruhlees

2. Mantenimiento de switches de cuchilla del sistema de control del SVR.3. Mantenimiento y pruebas operacionales unidad C de la protección de falla a

tierra del generador.

4. Cambio de elementos de fuerza y control solicitados por la empresa mandante en SVR.

5. Montaje y conexión sistema de control calefactores 52G.6. Levantamiento general del compartimiento control Generador del Sistema de

excitación.7. Verificación de puntos de conexión de todos los elementos asociados al control

del Generador.8. Verificación de funcionamiento de las protecciones asociadas.9. Verificación y medición de resistencia y aislamiento de  los elementos eléctricos

que componen el sistema de control.10. Actualización y recambio de fusibles de protección, contactores, temporizadores

y relays de control a modelos y marcas de mercado, a solicitud del mandante.11. Montaje de borneras de conexión para imagen de terminales remotos.12. Mantenimiento de elementos de control asociados al Interruptor 52G.13. Prueba en bloque de los elementos asociados con tensiones de control

RENDIMIENTO

Es una Empresa Pública que opera con una Central Térmica a vapor con una potencia de diseño de 132 MW, está ubicada en la provincia de Esmeraldas e inició sus operaciones el 1 de agosto de 1982 y hasta la fecha, genera energía termoeléctrica por medio de la combustión de fuel Oil No. 6 suministrado por la Refinería de Esmeraldas, obteniendo actualmente una potencia máxima de 130MW

Generador

- Fabricante: MARELLI- Capacidad continua de generación 155.882 KVA- f.p.= 0.85 y 2.1 Kg/cm2 Presión de H2- Voltaje 13.800 V- Voltaje nominal de campo 215 V

Transformador de la Unidad (MT1)

-  Fabricante:  ITALTRAFO- Voltaje nominales:   Primario 13.800 V   Secundario: 155.000 V   5% - Capacidad nominal continua 120/160 MVA

Caldera

- Fabricante: FRANCO TOSI (Licencia Combustión Engineering).- Máxima evaporación continua:  432.000 Kg/h- Presión máxima de diseño 162 Kg/cm2- Temperatura de vapor sobrecalentado: 540º C- Temperatura de agua de alimento: 245° C- Combustible fuel oil N.6.

Turbina

-   Fabricante: FRANCO TOSI (Licencia Westinghouse)-  Tipo:   Impulso-reacción, dos cilindros Tandem-Compound

-  Velocidad :    3.600 RPM-  Presión Entrada Turbina AP:  140 kg/cm2 -  Temper. Entrada Turbina AP: 538 oC-  Temperatura Recalentado:    538 oC

 Condensador

-  Superficie de cambio térmico:  7.920  m2-  Cantidad de vapor condensado:  277.402 Kg/h-  Cantidad de agua de enfriamiento:  5.033  m3 /seg.-  Presión de condensación:    0,0803 atm. abs.-  Temperatura de condensación:  42,23 °C-  Temperatura entrada agua enfriamiento:  30 °C-  Temperatura salida agua enfriamiento: 38,1 °C

Sistema de Enfriamiento

- Torres de enfriamiento tiro inducido-  Flujo de agua de circulación 5,56 mt3/seg.- Temperatura de bulbo húmedo 24 C- Temperatura del agua de enfriamiento 30 C

Sistemas Auxiliares

- Sistema de calentamiento de condensado- Almacenamiento y Distribución de combustible- Sistema de limpieza del condensador- Sistema de agua de circulación- Estructura de toma del agua de río

- Planta de pre-tratamiento de agua- Sistema de desmineralizado del agua- Sistema de aire comprimido- Planta de generación de hidrógeno- Laboratorio químico- Taller- Aire acondicionado y ventilador- Sistema de Control electro-neumático.

CONCLUSIONES

- Son las centrales más baratas de construir (teniendo en cuenta el precio por megavatio instalado), especialmente las de carbón, debido a la simplicidad (comparativamente hablando) de construcción y la energía generada de forma masiva.

- Su rendimiento es bajo, a pesar de haberse realizado grandes mejoras- Los combustibles fósiles son una fuente de energía finita, por lo tanto su uso

está limitado por la disponibilidad de las reservas y/o por su rentabilidad económica.

- El proyecto tiene como objetivo incrementar la producción total de energía, sumando una central generadora para suministrar energía al Sistema Interconectado Central

RECOMENDACIONES

- Un plan para optimizar el servicio que incluya jornadas de sensibilización para ahorro de energía con charlas educativas y cambio de bombillos en las escuelas

- Incentivar un progresivo mejoramiento para obtener una disminución del tiempo total de interrupciones de la energía