INFORME TÉCNICO DE CONSUMOS ESPECIFICOS NETOS DE LAS

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CENTRO DE

CONSERVACIÓN

DE ENERGIA Y

DEL AMBIENTE

CENERGIA

MERCADOS

ENERGETICOS

CONSULTORES

INFORME TÉCNICO DE

CONSUMOS ESPECIFICOS

NETOS DE LAS UNIDADES DE

GENERACIÓN DE LA

CENTRAL TERMICA KELAR

LIMA, DICIEMBRE DE 2016

CENTRAL TÉRMICA KELAR

CENERGIA

CENTRO DE CONSERVACIÓN DE ENERGÍA Y DEL AMBIENTE

INFORME TÉCNICO DE CONSUMOS ESPECIFICOS

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Informe Técnico Consumo Específico Neto (CEN) Central Térmica Kelar

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ÍNDICE Pág.

1.0 Resumen Ejecutivo .................................................................................................. 4 2.0 Introducción ............................................................................................................ 7 2.1 Documentos de Referencia ..................................................................................... 8 3.0 Objetivo del Informe ............................................................................................... 8 4.0 Descripción de la Central Térmica Kelar ................................................................. 9 5.0 Metodología de Ensayo ......................................................................................... 10 6.0 Metodología de Cálculo del Consumo Especifico Neto ........................................ 11 6.1 Consumo Total de Calor (CTC) ............................................................................... 12 6.2 Factores de Corrección del Consumo Específico Neto (FC (CEN)) ........................ 12 6.3 Cálculo del Consumo Específico Neto Medido y Corregido .................................. 14 7.0 Metodología de Cálculo de Incertidumbre del Consumo Específico Neto ........... 15 7.1 Incertidumbre de Resultado.................................................................................. 16 7.2 Incertidumbre sistemática .................................................................................... 16 7.3 Incertidumbre aleatoria ........................................................................................ 18 7.4 Factores de Sensibilidad ........................................................................................ 19 7.5 Resultado de Incertidumbre Consumo Específico Neto ....................................... 19 8.0 Análisis y Evaluación de Resultados de los Ensayos de los Consumos ....................

Específicos Netos (CEN) ................................................................................................. 20

8.1 Información Base ................................................................................................... 20 8.2 Resultados de los Análisis del Combustible .......................................................... 21 8.3 Resultados de las Mediciones de la Energía Neta ................................................. 22 8.4 Resultados de las Mediciones de los Consumos de Combustible......................... 23 8.5 Validación de los datos de ensayo ........................................................................ 24 9.0 Determinación de los Consumos Específicos Netos ............................................. 25 9.1 Resultados de los Consumos Específicos Netos (CEN) configuración

TG1 + TG2 + TV Ciclo Combinado (2+2+1) ............................................................ 25 9.2 Resultados de los Consumos Específicos Netos (CEN) configuración

TG2 + TV Ciclo Combinado (1+1+1) ....................................................................... 28 9.3 Resultados de los Consumos Específicos Netos (CEN) de la unidad TG2

en ciclo simple ....................................................................................................... 31 10.0 Conclusiones .......................................................................................................... 34 11.0 Recomendaciones ................................................................................................. 36

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ANEXOS

ANEXO 1: PROTOCOLO DE PRUEBAS DE CEN

ANEXO 2: ACTAS DE ENSAYO DE LAS CONFIGURACIONES DE OPERACIÓN DE LA CT KELAR

ANEXO 3: VALIDACIÓN DE DATOS DE ENSAYO

ANEXO 4: RESULTADOS DEL ANALISIS CROMATOGRAFICO

ANEXO 5: RESULTADOS DEL CÁLCULO DE LA INCERTIDUMBRE DEL CEN

ANEXO 6: REGISTRO DE MEDICIONES Y RESULTADOS (MEDIO MAGNETICO)

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INFORMACIÓN DE LOS CONSUMOS ESPECIFICOS NETOS DE LAS

UNIDADES DE GENERACIÓN DE LA CENTRAL TÉRMICA KELAR

1.0 Resumen Ejecutivo

El presente informe técnico tiene por objeto de presentar los resultados, la

metodología y procedimientos empleados para la determinación de los consumos

específicos de las diferentes configuraciones de operación de la central térmica de

ciclo combinado Kelar operando con Gas Natural, según los alcances establecidos en

el Procedimiento DO “Información de Consumos Específicos ” del CEDC – SING y el

Manual de Procedimientos del Reglamento Interno CDEC – SING Capitulo VII

“Determinación de Consumos Específicos”, aprobado con Resolución Exenta 363

(2014) por la Comisión Nacional de Energía. En dicho procedimiento, se establecen

los procedimientos requeridos para calcular, auditar e informar sobre la determinación

de los consumos específicos neto en las unidades de generación térmica del parque

de generación del SING.

Para realizar dicho informe la empresa generadora KELAR S.A., encargo al Consorcio

CENERGIA – MERCADOS ENERGETICOS CONSULTORAS, la elaboración del

Informe Técnico de Consumos Específicos Netos de las unidades de generación de la

central térmica kelar; dicho informe se ha elaborado en base a los resultados de los

ensayos efectuados a partir del día 15 al 18 de noviembre del 2016.

La central térmica Kelar es una planta de generación de energía de ciclo combinado

de 517 MW, conformada por dos (2) turbinas de gas, (2) calderas de recuperación de

calor y una (1) turbina de vapor, los modos de operación en ciclo combinado son las

siguientes: TG1 + TG2 + TV (2+2+1) y TG2 ó TG1 + TV (1+1+1) y en ciclo simple TG1

o TG2.

Los ensayos se realizaron con combustible gas natural y para el cálculo del consumo

de especifico neto (CEN), se utilizó la potencia eléctrica (MW) y el consumo de

combustible gas natural (sm3) medidos en cada ensayo para cada modo de operación

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y el poder calorífico superior (PCS) obtenido de los análisis de cromatografía de la

propia central. En la Tabla I, II y III, se muestran los resultados de los consumos

específicos netos (CEN) para cada modo de operación de la central térmica Kelar.

Tabla I Resultados de los consumo especifico neto (CEN) del ciclo combinado TG1+TG2+TV

operando con gas natural con el Poder Calorífico Superior (PCS)

ISO: 15 °C, 60%HR, 1 ATM

Tabla II Resultados de los consumo especifico neto (CEN) del ciclo combinado TG2+TV


ISO: 15 °C, 60%HR, 1 ATM

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Tabla III Resultados de los consumo especifico neto (CEN) del ciclo simple unidad TG2


ISO: 15 °C, 60%HR, 1 ATM

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2.0 Introducción

El CEDC – SING en su Procedimiento DO “Información de Consumos Específicos ”

del CEDC – SING y el Manual de Procedimientos del Reglamento Interno CDEC –

SING Capitulo VII “Determinación de Consumos Específicos”, aprobado con

Resolución Exenta 363 (2014) por la Comisión Nacional de Energía, aprobado con

fecha 08 de agosto de 2014, establece los procedimientos requeridos para calcular,

auditar e informar sobre la determinación de los consumos específicos neto en las

unidades de generación térmica del parque de generación del SING.

La central térmica Kelar debe cumplir con todos los requerimientos que establece la

Autoridad local, entre ellos el CDEC-SING, para entrar en operación y dentro de

dichos requisitos se encuentra el descrito en el Procedimiento de la Dirección de

Operaciones formalizado mediante Resolución Exenta 363 de fecha 08 de agosto de

2014, “Información de Consumos Específicos”.

La central térmica Kelar, es una planta de generación de energía de ciclo combinado

de 517 MW (configuración 02 Turbinas de Gas con Calderas Recuperadoras, y una

Turbina de Vapor) ubicada en la zona de Mejillones a 90 km de Antofagasta. Las

turbinas a gas han sido construidas bajo el mismo diseño y características técnicas

nominales; por lo que, los consumos específicos netos para estas unidades se

consideraran iguales.

En ese sentido, que la empresa generadora KELAR S.A., encargo al Consorcio

CENERGIA – MERCADOS ENERGETICOS CONSULTORAS, la ejecución de las

pruebas de consumos específicos netos (CEN) y la elaboración del informe técnico de

los consumos específicos netos (CEN) de las unidades de generación de la central

térmica Kelar.

Para determinar los Consumos Especificos Netos (CEN) de las unidades generadoras

de la central térmica Kelar, se efectuaron los ensayos de Consumos Especificos

Netos (CEN), durante los días 15 al 18 de noviembre del 2016.

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2.1 Documentos de Referencia

Las referencias a tomar en cuenta para la elaboración del presente informe técnico

son las siguientes:

Resolución Exenta 363 [2014] Comisión Nacional de Energía “Procedimiento DO

Información de Consumos Específicos”.

Manual de Procedimientos del Reglamento Interno CDEC-SING Capítulo VII

“Determinación de Consumo Específico”.

ASME PTC 19.1 [1998] “Test Uncertainty”

ASME PTC 22 [2005] “Performance Test Code on Gas Turbines”.

ASME PTC 46 [1996] “Performance Test Code on Overall Plant Performance”.

ISO 2314 [2009] “Gas Turbines -Aceptance Test”.

Protocolo de Ensayo de Consumo Específico Neto N° 01-PRT-KEL-16

Acta de Ensayo CEN N° 01-KEL-16 TG1+TG2+TV con gas natural

Acta de Ensayo CEN N° 02-KEL-16 TG2+TV con gas natural

Acta de Ensayo CEN N° 03-KEL-16 TG2 CS con gas natural

3.0 Objetivo del Informe

El objetivo del informe técnico es presentar la información de los consumos

específicos netos (CEN) de las diferentes configuraciones de operación de la central

térmica de ciclo combinado Kelar operando con Gas Natural, conformada por dos (2)

turbinas de gas, (2) calderas de recuperación de calor y una (1) turbina de vapor; es

decir en los modos de operación ciclo combinado 2+2+1, 1+1+1 y en ciclo simple; tal

como se muestra en la Tabla 1.

Tabla 1

Modos de Operación de la CT Kelar

N° Descripción Combustible

1 TG2 Gas natural

2 TG2 +TV (1+1+1) Gas natural

3 TG1+TG2+TV (2+2+1) Gas natural

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4.0 Descripción de la Central Térmica Kelar

La central térmica Kelar es una planta de generación de energía de ciclo combinado

de 517 MW (configuración dos (2) turbinas de gas con calderas recuperadoras, y una

(1) Turbina de Vapor) ubicada en la zona de Mejillones a 90 km de Antofagasta.

Las características técnicas principales de las unidades de generación, se indican en

la Tabla 2.

Tabla 2

Características Técnicas de las Unidades de Generación Central Térmica Kelar

Descripción Unidad Identificación

TG1 TG2 TV

Turbina

Fabricante ALSTOM ALSTOM DOOSAN

SKODA POWER

Serie 1GT-M-GT001 2GT-M-GT001 0ST-M-ST001

Modelo GT13E2 GT13E2 MTD60CR

Tipo Heavy Duty HEAVY DUTY HEAVY DUTY

Fabricación / Puesta en servicio Año 2014 / 2016 2014 / 2016 2014 /2016

Potencia Nominal Base kW 179,000 179,000 179,410

Velocidad de Rotación rad/s (rpm) 3000 3000 3000

Nº de etapas Compresor 21 21 NA

Turbina 4 4

Combustible utilizado DUAL

GAS/DIESEL DUAL

GAS/DIESEL NA

Generador Eléctrico

Fabricante ALSTOM ALSTOM DOOSAN SKODA POWER

Tipo

CERRADO AGUA/AIRE DE REFRIGERACI

ON


ON


ON

Tensión Nominal V 15,000 15,000 15,000

Factor de Potencia FP 0.85 0.85 0.85

Frecuencia Hz 50 50 50

Velocidad de rotación rad/s (rpm) 3000 3000 3000

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5.0 Metodología de Ensayo

La metodología de ensayo, se describe en el Protocolo de Pruebas de Consumo

Especifico Neto (CEN) aprobado por el CDEC SING, donde se especifica los términos

y condiciones de la realización de la prueba de consumo específico neto (CEN) de la

Central Ciclo Combinado Kelar, conformada por dos (2) turbinas de gas y una (1)

turbina de vapor. Para el caso de la central térmica Kelar, se realizaron los ensayos

en los modos de operación ciclo combinado 2+2+1, 1+1+1 y en ciclo simple, operando

con gas natural.

En la Tabla 3, se indica los modos de operación de la central térmica Kelar, operando

con combustible gas natural; así como, el protocolo de prueba y las actas de ensayo

de los resultados de las mediciones realizadas.

Tabla 3 Modos de Operación

Ensayos de Consumo Específico Neto

Descripción del Modo de

Operación Combustible

Protocolo de Ensayo

Acta de Ensayo

TG2 Gas Natural Consumo Específico

Neto N° 01-PRT-KEL-

16

CEN N° 01-KEL-16 TG1+TG2+TV

TG2 + TV (1+1+1) Gas Natural CEN N° 02-KEL-16 TG2+TV

TG1+TG2+TV (2+2+1) Gas Natural CEN N° 03-KEL-16 TG2 CS

Para el caso de las unidades TG1 y TG2 que han sido construidas bajo el mismo

diseño y características técnicas nominales, se realizará el Ensayo de CEN en una de

ellas, en cada modo de operación ciclo simple (TG) y medio ciclo combinado (TG+TV)

1+1+1; según las respectivas pruebas de eficiencia, se encuentre dentro del rango de

incertidumbre de los instrumentos; en potencia bruta y consumo de combustible, por

lo que, se considera que los consumos específicos son iguales para estas dos

unidades generadoras TG1 y TG2.

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Para cada ensayo, se revisó la estabilidad operativa en cada nivel de generación, a fin

de verificar el cumplimiento de los niveles de variabilidad del Protocolo de Ensayo.

Los datos se obtuvieron de las siguientes fuentes de información:

Sistema de control DCS de las unidades

Medidor de energía neta

Medidor tipo ultrasonido de gas natural

Medidor tipo turbina de gas natural (respaldo)

Sistema de monitoreo ambiental de McHale

Cromatógrafo online de gas natural

En el Anexo 1, se presenta el Protocolo de Ensayo de Consumo Especifico Neto, a

aplicar para la central térmica Kelar.

En el Anexo 2, se presentan las Actas de Ensayo de Consumo Especifico Neto (CEN)

de los tres modos de operación de la central térmica Kelar.

6.0 Metodología de Cálculo del Consumo Especifico Neto

Para la metodología de cálculo del consumo específico neto (CEN) se considerara lo

siguiente:

Las mediciones de las pruebas de CEN registradas en el DCS y sistema de control

de la planta, de acuerdo al protocolo de pruebas aprobado.

Se utilizaran los factores de corrección de CEN para la desviación de las

condiciones ambientales respecto a los valores de referencia.

El CEN de las unidades de generación de la central térmica Kelar, se calcularan de

acuerdo a las ecuaciones que se indican a continuación.

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6.1 Consumo Total de Calor (CTC)

El consumo total de calor se calculará utilizando la siguiente ecuación:

[ ] [

]

Dónde:

CTC : Consumo total de calor

Vcomb : Volumen de consumo de combustible de gas natural en unidades m3, el

consumo es la integración acumulada y se obtiene por diferencia del

volumen acumulado final menos el inicial del periodo del Ensayo de 30

minutos.

PCs : Poder calorífico superior, del combustible gas natural en unidades

kcal/m3, se obtendrá de los reportes de análisis de combustible del

cromatógrafo propio de la Central para el gas natural y de un laboratorio

externo para el Diesel Oil.

6.2 Factores de Corrección del Consumo Específico Neto (FC (CEN))

Los factores de corrección de CEN se aplican para la desviación de las condiciones

ambientales medidas durante el Ensayo respecto a los valores de referencia. Para

cada parámetro medido de las condiciones ambientales se determinará el valor

promedio a partir de las mediciones realizadas durante el período del Ensayo de 30

minutos con frecuencia cada 1 minuto. Los factores de corrección de CEN se

determinaran en base a cada valor promedio del Ensayo. Todas las curvas y tablas de

factores de corrección de referencia aplicar, se encuentran en el protocolo de ensayo.

Las condiciones de referencia a utilizar para el cálculo del CEN se indican en la Tabla

4.

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Tabla 4 Condiciones de Referencia para el Cálculo del Consumo

Específico Neto Corregido

Descripción del Parámetro Valor

Unidad de medida

Temperatura ambiente de ingreso a la turbina a gas 15 °C

Humedad relativa 60 %

Presión atmosférica 760 mmHg

Frecuencia del sistema 50 Hz

Los factores de corrección utilizados por desvío de las condiciones ambientales para

el cálculo del Consumo Específico Neto, se indica en la Tabla 5.

Tabla 5 Factores de Corrección por desvío de las condiciones ambientales

Factor de Corrección

TG2 Ciclo Simple

TG2 + TV Ciclo Combinado

1+1+1

TG1 + TG2 + TV Ciclo Combinado

2+2+1

Gas Natural Gas Natural Gas Natural

Temperatura ambiente X X X

Humedad relativa X X X

Presión atmosférica X X X

A continuación se define los factores de corrección a utilizar para el cálculo del CEN:

Factor de corrección por Temperatura ambiente (FCTA): Los factores de

corrección del consumo específico neto por desvío de la temperatura ambiente

respecto al valor de referencia se obtienen de las curvas gráficos 10, 16, 22, 28, 34,

40, 46, 52, 58 y 64 que se muestra en el Protocolo de Ensayo. El factor de corrección

es el eje Y, se obtiene ingresando en el eje X con el valor de temperatura ambiente

promedio medido durante en el Ensayo.

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Factor de corrección por Humedad relativa (FCHR): Los factores de corrección del

consumo específico neto por desvío de la humedad relativa respecto al valor de

referencia se obtienen de las curvas gráficos 12, 18, 24, 30, 36, 42, 48, 54, 60 y 66

que se muestra en el Protocolo de Ensayo. El valor del factor de corrección es el eje

Y, se obtiene ingresando en el eje X con el valor de humedad relativa promedio

medido durante en el Ensayo.

Factor de corrección por Presión atmosférica (FCPA): Los factores de corrección

del consumo específico neto por desvío de la presión atmosférica respecto al valor de

referencia se obtienen con las curvas gráficos 14, 20, 26, 32, 38, 44, 50, 56, 62 y 68

que se muestra en el Protocolo de Ensayo. El valor del factor de corrección es el eje

Y, se obtiene ingresando en el eje X con el valor de presión atmosférica promedio

medido durante en el Ensayo.

6.3 Cálculo del Consumo Específico Neto Medido y Corregido

6.3.1 Consumo Específico Neto Medido en base al PCs (CENM (PCs))

El CEN se calculará con el consumo total de calor en base al poder calorífico superior

(PCs) y la potencia neta de salida se medirá en el lado de 220 kV del transformador

principal, se determina como sigue:

))[ ]

[ ]

Dónde:

CENM : Consumo específico neto medido

CTC : Consumo total de calor

ENS : Energía neta de salida, del medidor lado 220 kV es la generación integración

acumulada y se obtiene por diferencia del periodo final menos el inicial del

Ensayo de 30 minutos.

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6.3.2 Consumo Específico Neto Corregido en base al PCs (CENC (PCs))

Es el consumo específico neto corregido en función de las desviaciones de las

condiciones ambientales respecto a las condiciones de referencia, en base al poder

calorífico superior (PCs) del combustible y la potencia neta de salida, se calcula como

sigue:

[

]

∏

Dónde:

CENC : Consumo específico neto corregido

CENM : Consumo específico neto medido

∏ : Factores de corrección

∏ : [(FCTA)* (FCHR)* (FCPA)]

7.0 Metodología de Cálculo de Incertidumbre del Consumo

Específico Neto

El siguiente punto contiene una descripción de la metodología de cálculo de

incertidumbre del Ensayo de Consumo Específico Neto de Kelar. Estos cálculos se

realizan de acuerdo con la norma ASME PTC 22 y ASME PTC 19.1. El análisis de

incertidumbre del Ensayo se realiza con los parámetros medidos, los certificados de

calibración de cada instrumento, y las curvas de corrección del consumo específico

documentadas en el Protocolo de Ensayo Consumo Específico Neto N° 01-PRT-KEL-

16, y los detalles de los cálculos de la incertidumbre en el Anexo 5 de este informe.

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7.1 Incertidumbre de Resultado

√∑ )

…. Ec. 1 (7-5.3 PTC 22)

Donde:

= Incertidumbre del Resultado

= Coeficiente de sensibilidad del parámetro i en el Resultado.

= Error Combinado Sistemático y Aleatorio para el parámetro i

está definido como:

√ ) )

…. Ec. 2

Donde:

= Incertidumbre sistemática para el parámetro i

= Incertidumbre Aleatoria para el parámetro i

7.2 Incertidumbre sistemática

La Incertidumbre Sistemática del parámetro medido i es una combinación de

Incertidumbre del Instrumento y, en algunos casos, Incertidumbre Espacial producto

de la distribución matricial de los instrumentos como es el caso de la temperatura

ambiente:

…. Ec. 3

Para cada parámetro medido i, la Incertidumbre de instrumento asociada es:

(

) … Ec. 4

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Donde:

= de Student al 95% es el nivel de Confianza correspondiente a los grados

de libertad asociados con para la medida i. Se asume que el

número de puntos de calibración para es suficientemente grande

para que se aproxime a ≈ 2.

= Incertidumbre básica de instrumentos (exactitud) del parámetro i obtenida

del certificado de calibración.

Para los parámetros que se calculan a partir de un promedio de N instrumentos

situados en diferentes posiciones espaciales (por ejemplo, temperatura de aire de la

casa del filtro), la variación en las mediciones del transductor debido a la posición

espacial se captura a través de la Incertidumbre Espacial:

√

√∑ ( )

Donde:

= de Student a un nivel de confianza del 95% para N (N-1) grados de

libertad dado que N es el número de mediciones del instrumentos para el

parámetro i.

( )

= Desviación estándar media de las N mediciones para el parámetro i.

…. Ec. 5 (7-2.3.2 PTC 22)

…. Ec. 6 (7-2.3.2 PTC 22)

…. Ec. 7 (7-2.3.2 PTC 22)

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7.3 Incertidumbre aleatoria

Para cada parámetro i, medido con N instrumentos durante el período de prueba con

n intervalos de tiempo, se calculan los siguientes términos estadísticos:

= Promedio de las lecturas Mi (donde M = N * n)

∑

= Desviación estándar de las lecturas Mi

√∑ )

)

= Desviación estándar de la media

√

de Student al 95% de Nivel de Confianza para las lecturas (M-1)

La incertidumbre aleatoria para cada medición es:

( )

…. Ec. 10 (4.3 PTC 19.1)

…. Ec. 11

…. Ec. 8 (4.2 PTC 19.1)

…. Ec. 9 (4.1 PTC 19.1)

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7.4 Factores de Sensibilidad

Los resultados finales calculados del consumo específico neto corregido, son

funciones de los parámetros básicos medidos. Para un resultado genérico, R:

)

La incertidumbre de R debido a las incertidumbres combinadas de los parámetros

medidos se calcula mediante la Ec. 2. en la Ec. 1 se define como el Coeficiente de

Sensibilidad del Parámetro i en el Resultado:

La sensibilidad se define como la relación entre el cambio en un parámetro i y el

cambio del Resultado. Las sensibilidades se determinan numéricamente cambiando

cada parámetro individual con un Δ (típicamente, ± las incertidumbres sistemáticas y

aleatorias combinadas del parámetro) y registrando el cambio de Resultado calculado

por los métodos y las curvas de correcciones dadas en el protocolo de Ensayo de

Consumo Específico Neto N° 01-PRT-KEL-16.

7.5 Resultado de Incertidumbre Consumo Específico Neto

Con los datos registrados durante el Ensayo se realizó el cálculo de la incertidumbre de cada parámetro, los cálculos y las ecuaciones utilizadas se encuentran en el archivo Excel de cálculo de CEN.

Tabla 5.1 Resultado de Incertidumbre CEN con Gas Natural

Modo de Operación Máx. * CEN corregido

CEN carga base 2+2+1 ± 1.5% 0.665%

* ASME PTC 46 – Tabla 1.1

…. Ec. 13 (7.5 PTC 19.1)

…. Ec. 12 (7.1 PTC 19.1)

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8.0 Análisis y Evaluación de Resultados de los Ensayos de los

Consumos Específicos Netos (CEN)

8.1 Información Base

La información base (registros de mediciones), para los cálculos de los consumos de

específicos netos (CEN) para los diferentes modos de operación de la central térmica

Kelar, se muestran en el Anexo 2: Actas de Ensayo para cada modo de operación

de la central Kelar.

De acuerdo al protocolo de ensayo CEN se midieron las siguientes variables

primarias:

Energía activa (kWh) neta de los generadores.

Consumo de combustible (sm3/h).

Temperatura ambiente bulbo seco.

Temperatura ambiente bulbo húmedo.

Presión barométrica.

Las variables secundarias en la TG a medir son las siguientes:

Factor de potencia.

Temperatura de los gases de escape (turbina).

Nivel de vibración (turbina).

Velocidad de rotación del grupo.

Frecuencia.

Las variables secundarias en la TV a medir son las siguientes:

Factor de potencia.

Temperatura de vapor.

Presión de vapor.

Nivel de vibración (turbina).

Velocidad de rotación del grupo.

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8.2 Resultados de los Análisis del Combustible

Para el cálculo de los de consumos específicos netos de las diferentes

configuraciones de operación de la central térmica Kelar, se utilizó el poder calorífico

superior del gas natural. El poder calorífico superior (PCS), se define como la

cantidad de calor desprendido en el proceso de combustión completo de una unidad

de combustible, el cual incluye el calor latente utilizado en la combustión de vapor de

agua originado en la combustión.

En la Tabla 6 y 7, se muestran los valores de los PCS y PCI, en los diferentes

porcentajes de carga y el promedio; para cada una de las configuraciones de

operación de las unidades de la central térmica Kelar. Dicho valores se han obtenido

del cromatógrafo instalado en línea de la propia central.

Tabla 6 Valores del Poder Calorífico Superior (PCS) del Gas Natural, para los tres modos

de operación de la central térmica Kelar (Cromatógrafo en Línea)

Porcentaje de Carga

Poder Calorífico Superior (PCS) (kJ/m3)

TG2 Ciclo Simple

TG2 + TV Ciclo Combinado 1+1+1

TG1 + TG2 + TV Ciclo Combinado 2+2+1

100% 38564.398 38589.868 38620.568

95% 38564.398 38593.532 38619.801

90% 38564.398 38588.872 38619.051

80% 38564.398 38585.805 38618.141

70% 38566.096 38584.246 38618.711

50% 38570.500 38586.022 38626.270

45% 38571.894 38595.930 38642.462

Promedio 38566.583 38589.994 38623.572

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Tabla 7

Valores del Poder Calorífico Inferior (PCI) del Gas Natural, para los tres modos de operación de la central térmica Kelar

(Cromatógrafo en Línea)

Porcentaje de Carga

Poder Calorífico Superior (PCI) (kJ/m3)

TG2 Ciclo Simple



100% 34746.463 34770.203 34798.662

95% 34746.463 34773.496 34798.003

90% 34746.463 34769.254 34797.321

80% 34746.463 34766.345 34796.468

70% 34748.018 34764.928 34796.977

50% 34752.030 34766.590 34804.021

45% 34753.208 34775.817 34819.092

Promedio 34748.444 34770.275 34801.506

8.3 Resultados de las Mediciones de la Energía Neta

Para medición de la energía neta se utilizó los medidores de energía neta de la propia

central. En los ensayos realizados, la medición de energía eléctrica se refiere a la

potencia neta.

En la Tabla 8, se muestra los valores de la energía neta en los diferentes porcentajes

de carga, para cada una de las configuraciones de operación de las unidades de la

central térmica Kelar.

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Tabla 8 Valores del energía neta (kWh), para los tres modos de operación de la central

térmica Kelar

Porcentaje de Carga

Energía Neta (kWh)

TG2 Ciclo Simple



100% 42615.91 124541.75 255117.68

95% 39901.00 119077.15 241707.52

90% 37906.98 113107.18 228631.84

80% 33674.01 100063.96 203219.73

70% 29435.06 87080.57 176884.28

50% 20811.16 47687.01 125575.20

45% 18145.87 54455.57 114180.45

En el Anexo 6: Registro de mediciones y los resultados de los consumos específicos

netos (medio magnético), se presentan los registros de las mediciones de la energía

neta (kWh) y los resultados de los consumos específicos netos de los tres modos de

operación de la central térmica Kelar.

8.4 Resultados de las Mediciones de los Consumos de Combustible

Para medición de los consumos de combustible se utilizó los medidores de flujo tipo

turbina de la propia central.

En la Tabla 9, se muestran los valores de los consumos de combustible para los

diferentes porcentajes de carga, para cada una de las configuraciones de operación

de las unidades de la central térmica Kelar.

CENERGIA



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Tabla 9 Consumos y flujo de combustible, para los tres modos de operación de la central

térmica Kelar

Porcentaje

de Carga

TG2 Ciclo Simple



Flujo de combustible

(sm3/h)

Consumo combustible

(sm3)


(sm3/h)

Consumo de combustible

(sm3)


(sm3/h)

Consumo de combustible

(sm3)

100% 48440.55 12123.59 48250.93 24138.87 96999.89 48526.89

95% 45671.04 11430.45 46503.88 23264.86 92264.89 46158.07

90% 43979.19 11007.02 44309.95 22167.28 87772.66 43910.71

80% 40648.86 10173.51 40044.10 20033.17 79078.33 39561.13

70% 37231.10 9318.12 35914.60 17967.28 70918.25 35478.83

50% 29290.85 7330.85 28472.97 10922.55 55313.82 27672.27

45% 27150.12 6795.07 26219.01 13116.79 52712.87 26371.08

8.5 Validación de los datos de ensayo

En el Anexo 3, se muestran los resultados de la validación de los datos de ensayo

para cada uno de los modos de operación de la central térmica Kelar. Los datos

validos son los siguientes:

Potencia

Factor de potencia

Temperaturas

Presiones

Velocidad de rotación

Se determinó las desviaciones estándar para cada uno de los parámetros

mencionados, dando como resultado valores que están dentro de su desviación,

según el valor de referencia de cada parámetro. Los resultados se muestran para

cada porcentaje de carga ensayado.

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9.0 Determinación de los Consumos Específicos Netos

Para la determinación de los consumos específicos netos (CEN) de las diferentes

configuraciones de la central térmica Kelar, se siguió la metodología de cálculo del

consumo específico neto (CEN), indicado en el punto 6, del presente informe.

En el Anexo 6, se tiene los datos registrados en los ensayos, cálculos y resultados

efectuados para la determinación del consumo específico netos (CEN) para las tres

configuraciones de operación de la central térmica Kelar.

9.1 Resultados de los Consumos Específicos Netos (CEN) configuración TG1

+ TG2 + TV Ciclo Combinado (2+2+1)

En la Tabla 10, se muestra los resultados de los cálculos de los consumos

específicos netos (CEN) medidos y corregidos, para las diferentes cargas, para la

configuración TG1 + TG2 + TV ciclo combinado (2+2+1), utilizando el poder calorífico

superior (PCS).

Tabla 10

Resultados de los consumo especifico neto (CEN) del ciclo combinado TG1+TG2+TV operando con gas natural con el Poder Calorífico Superior (PCS)

ISO: 15 °C, 60%HR, 1 ATM

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En la Figura 1, se muestra la curva de consumo de combustible vs la potencia neta,

así como su ecuación polinómica que representa dicha curva.

Figura 1

Curva de Consumo de Combustible (sm3/h) Vs Potencia Neta (MW)

En la Figura 2, se muestra la curva de consumo específico neto corregido vs la

potencia neta, así como la ecuación polinómica que representa dicha curva.

Figura 2

Curva de Consumo Específico Neto Corregido Vs Potencia Neta (MW) Poder Calorífico Superior (PCS)

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configuración TG1 + TG2 + TV ciclo combinado (2+2+1), utilizando el poder calorífico

inferior (PCI).

Tabla 11 Resultados de los consumo especifico neto (CEN) del ciclo combinado TG1+TG2+TV

operando con gas natural con el Poder Calorífico Inferior (PCI)

ISO: 15 °C, 60%HR, 1 ATM


potencia neta, así como la ecuación polinómica que representa dicha curva, utilizando

el poder calorífico inferior.

Figura 3

Curva de Consumo Específico Neto Corregido Vs Potencia Neta (MW) Poder Calorífico Inferior (PCI)

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9.2 Resultados de los Consumos Específicos Netos (CEN) configuración TG2

+ TV Ciclo Combinado (1+1+1)



configuración TG2 + TV ciclo combinado (1+1+1), utilizando el poder calorífico

superior (PCS).

Tabla 12 Resultados de los consumo especifico neto (CEN) del ciclo combinado TG2+TV


ISO: 15 °C, 60%HR, 1 ATM


así como la ecuación polinómica que representa dicha curva.

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Figura 4




Figura 5




CENERGIA



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Página 30

configuración TG2 + TV ciclo combinado (1+1+1), utilizando el poder calorífico inferior

(PCI).

Tabla 13 Resultados de los consumo especifico neto (CEN) del ciclo combinado TG2+TV

operando con gas natural con el Poder Calorífico Superior (PCI)

ISO: 15 °C, 60%HR, 1 ATM




Figura 6


CENERGIA



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9.3 Resultados de los Consumos Específicos Netos (CEN) de la unidad TG2

en ciclo simple



unidad TG2, ciclo simple, utilizando el poder calorífico superior (PCS).

Tabla 14

Resultados de los consumo especifico neto (CEN) del ciclo simple unidad TG2 operando con gas natural con el Poder Calorífico Superior (PCS)

ISO: 15 °C, 60%HR, 1 ATM


así como la ecuación polinómica que representa dicha curva.

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Figura 7




Figura 8


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unidad TG2 ciclo simple, utilizando el poder calorífico inferior (PCI).

Tabla 15 Resultados de los consumo especifico neto (CEN) del ciclo simple unidad TG2

operando con gas natural con el Poder Calorífico Superior (PCI)

ISO: 15 °C, 60%HR, 1 ATM




Figura 9


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10.0 Conclusiones

a) En base a la aplicación de la metodología descrita, según el Procedimiento DO

“Información de Consumos Específicos” del CEDC – SING y el Manual de

Procedimientos del Reglamento Interno CDEC – SING Capitulo VII “Determinación

de Consumos Específicos”, aprobado con Resolución Exenta 363 (2014) la

Comisión Nacional de Energía, se calculan los valores del CEN para los tres

modos de operación de la CT Kelar, utilizando el poder calorífico superior (PCS),

siendo los resultados los siguientes:

Porcentaje

de Carga

TG2 Ciclo Simple



Consumo especifico

neto medido PCs

(sm3/kWh) (*)

Consumo especifico

neto corregido

PCs (sm

3/kWh) (*)

Consumo especifico

neto medido PCs

(sm3/kWh) (*)

Consumo especifico

neto corregido

PCs (sm

3/kWh) (*)

Consumo especifico

neto medido PCs

(sm3/kWh) (*)

Consumo especifico

neto corregido

PCs (sm

3/kWh) (*)

100% 0.2818 0.2780 0.1921 0.1888 0.1887 0.1868

95% 0.2837 0.2800 0.1936 0.1902 0.1894 0.1875

90% 0.2876 0.2838 0.1942 0.1905 0.1905 0.1886

80% 0.2992 0.2954 0.1984 0.1947 0.1931 0.1912

70% 0.3136 0.3097 0.2045 0.2005 0.1990 0.1970

50% 0.3489 0.3445 0.2270 0.2179 0.2186 0.2136

45% 0.3709 0.3664 0.2387 0.2336 0.2291 0.2272

(*) En base a PCs 9300 kcal/sm3

b) La ecuación polinómica de consumo específico neto corregido en sm3/kWh, para

los modos de operación de la central térmica Kelar son las siguientes:

Modo de operación: CC TG1+TG2+TV:

y = 0.00000056x2 - 0.00054050x + 0.31823387

Modo de operación: CC TG2+TV:

y = 0.00000236x2 - 0.00113562x + 0.32656702

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Modo de operación: CS TG2:

y = 0.00000660x2 - 0.00248461x + 0.50944647

Donde:

x: potencia neta en MW

y: consumos específico de calor (sm3/kWh)

c) Durante los Ensayos no se presentaron alarmas críticas asociadas a la

confiabilidad o seguridad de las unidades.

d) Dado que las unidades TG1 y TG2 han sido construidas bajo el mismo diseño y

características técnicas nominales, se ha considerado que los consumos

específicos son casi iguales para ambas unidades. Esto se verificó con la potencia

bruta y consumo de combustible de cada unidad durante el Ensayo de CEN

2+2+1.

e) La incertidumbre de los resultados de CEN cumplen con la norma ASME PTC 46,

el resultado fue U = 0.665% y la norma indica menor a 1.5%

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11.0 Recomendaciones

a) Se recomienda realizar los cálculos de los indicadores del Ensayo con la potencia

en bornes de generación ya que todas las curvas de corrección de potencia de los

fabricantes están referidas a esta potencia, y a partir de esta potencia en borne se

calcularía la potencia neta restando los consumos servicios auxiliares de la unidad

ensayada y pérdida de transformación, calculada previamente de la potencia

bruta y neta de toda la Central.

Esta es la condición real ya que en el diseño de la Centrales Térmicas se

consideran los equipos de Servicios Auxiliares para un grupo de turbinas, y no

solo para una turbina como es el caso del ciclo combinado Kelar.

b) Se recomienda realizar la corrección del Consumo Específico Neto a condiciones

ambientales de la zona, que podría ser en un periodo de 1 a 5 años, con esta

base de datos de temperatura ambiente y humedad relativa, se obtendría la

corrección del CEN a condiciones reales de operación de la Central.

c) Se recomienda realizar los futuros Ensayos de CEN en un carga por encima de

50% de la potencia bruta, ya que en el rango entre 45 a 50% entra en operación

el sistema anti icing, y esto ocasiona una variabilidad operativa en el proceso de

generación.

d) Se recomienda monitorear periódicamente el CEN con el objetivo de detectar las

pérdidas de eficiencia por ensuciamiento del compresor de TG, condensador,

fallas de equipos, maniobras operativas, u otros.

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ANEXOS

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Página 38

ANEXO 1 PROTOCOLO DE ENSAYO DEL CEN

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Página 39

ANEXO 2 ACTAS DE ENSAYO DE LAS CONFIGURACIONES DE OPERACIÓN DE

LA CENTRAL TERMICA KELAR

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ANEXO 3 VALIDACIÓN DE DATOS DE ENSAYO

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Desviaciones Estándar de los Parámetros Medidos

CC TG1+TG2+TV - CT Kelar

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Desviaciones Estándar de los Parámetros Medidos del CC TG2+TV - CT Kelar

Desviaciones Estándar de los Parámetros Medidos de la unidad TG2 - CT Kelar

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Página 43

ANEXO 4 RESULTADOS DEL ANALISIS CROMATOGRAFICO

CENERGIA



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UNIDAD: TG1+TG2+TV

FECHA: 42689

Hora CargaPCS

(kJ/m3)

PCi

(kJ/m3)

15:00:00 100% 38622.4 34800.4

15:05:00 100% 38619.8 34797.9

15:10:00 100% 38621.1 34799.1

15:15:00 100% 38621.7 34799.7

15:20:00 100% 38622.2 34800.2

15:25:00 100% 38623.1 34801.0

15:30:00 100% 38613.6 34792.3

16:15:00 95% 38622.7 34800.6

16:20:00 95% 38624.2 34802.1

16:25:00 95% 38615.8 34794.4

16:30:00 95% 38615.4 34794.0

16:35:00 95% 38622.4 34800.3

16:40:00 95% 38621.4 34799.4

16:45:00 95% 38616.6 34795.1

17:15:00 90% 38624.7 34802.5

17:20:00 90% 38623.0 34800.9

17:25:00 90% 38614.8 34793.4

17:30:00 90% 38621.7 34799.7

17:35:00 90% 38616.3 34794.8

17:40:00 90% 38617.1 34795.6

17:45:00 90% 38615.8 34794.4

18:15:00 80% 38618.2 34796.6

18:20:00 80% 38621.8 34799.8

18:25:00 80% 38616.5 34795.0

18:30:00 80% 38621.4 34799.4

18:35:00 80% 38613.7 34792.5

18:40:00 80% 38615.2 34793.8

18:45:00 80% 38620.2 34798.3

19:15:00 70% 38621.2 34799.2

19:20:00 70% 38618.1 34796.5

19:25:00 70% 38617.6 34796.0

19:30:00 70% 38621.0 34799.1

19:35:00 70% 38621.3 34799.3

19:40:00 70% 38615.5 34794.1

19:45:00 70% 38616.3 34794.7

20:15:00 50% 38620.6 34798.7

20:20:00 50% 38618.2 34796.5

20:25:00 50% 38618.1 34796.4

20:30:00 50% 38621.6 34799.6

20:35:00 50% 38616.4 34794.8

20:40:00 50% 38667.6 34842.5

20:45:00 50% 38621.5 34799.6

22:15:00 45% 38624.5 34802.3

22:20:00 45% 38673.5 34848.0

22:25:00 45% 38629.2 34806.8

22:30:00 45% 38651.4 34827.4

22:35:00 45% 38628.9 34806.4

22:40:00 45% 38627.9 34805.5

22:45:00 45% 38661.9 34837.3

MEDICION DE CALIDAD DE

CENERGIA



NETOS


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FECHA: 05/12/2016


Página 45

UNIDAD TG2+TV

FECHA 16/11/2016

INICIO 13:00

13:00:00 100% 38582.3 34763.2

13:05:00 100% 38586.4 34767.0

13:10:00 100% 38583.5 34764.3

13:15:00 100% 38582.3 34763.2

13:20:00 100% 38592.0 34772.0

13:25:00 100% 38620.5 34798.7

13:30:00 100% 38582.1 34763.0

14:00:00 95% 38588.2 34768.6

14:05:00 95% 38591.0 34771.2

14:10:00 95% 38589.1 34769.5

14:15:00 95% 38595.4 34775.2

14:20:00 95% 38599.4 34778.9

14:25:00 95% 38596.0 34775.7

14:30:00 95% 38595.6 34775.4

15:00:00 90% 38587.7 34768.2

15:05:00 90% 38590.4 34770.7

15:10:00 90% 38588.1 34768.6

15:15:00 90% 38588.5 34768.9

15:20:00 90% 38596.4 34776.0

15:25:00 90% 38585.6 34766.3

15:30:00 90% 38585.5 34766.1

16:00:00 80% 38584.0 34764.7

16:05:00 80% 38595.2 34775.0

16:10:00 80% 38580.1 34761.2

16:15:00 80% 38581.9 34762.8

16:20:00 80% 38582.6 34763.5

16:25:00 80% 38588.0 34768.2

16:30:00 80% 38588.9 34769.1

17:00:00 70% 38583.0 34763.8

17:05:00 70% 38584.9 34765.5

17:10:00 70% 38583.6 34764.3

17:15:00 70% 38589.8 34769.9

17:20:00 70% 38584.6 34765.3

17:25:00 70% 38581.5 34762.4

17:30:00 70% 38582.4 34763.3

18:00:00 50% 38581.4 34762.3

18:05:00 50% 38580.1 34761.2

18:10:00 50% 38586.4 34766.9

18:15:00 50% 38585.1 34765.8

18:20:00 50% 38597.1 34776.7

19:00:00 45% 38589.1 34769.5

19:05:00 45% 38600.9 34780.3

19:10:00 45% 38620.2 34798.5

19:15:00 45% 38581.6 34762.6

19:20:00 45% 38592.4 34772.6

19:25:00 45% 38591.1 34771.4

19:30:00 45% 38596.1 34775.8

MEDICION DE PCS DEL COMBUSTIBLE

Hora CargaPCS

(kJ/m3)

PCi

(kJ/m3)

CENERGIA



NETOS


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FECHA: 05/12/2016


Página 46

UNIDAD: TG2

FECHA: 17/11/2016

Hora CargaPCS

(kJ/m3)

PCS

(kJ/m3)

16:15:00 100% 38564.4 34746.5

16:20:00 100% 38564.4 34746.5

16:25:00 100% 38564.4 34746.5

16:30:00 100% 38564.4 34746.5

16:50:00 95% 38564.4 34746.5

16:55:00 95% 38564.4 34746.5

17:00:00 95% 38564.4 34746.5

17:05:00 95% 38564.4 34746.5

17:20:00 90% 38564.4 34746.5

17:25:00 90% 38564.4 34746.5

17:30:00 90% 38564.4 34746.5

17:35:00 90% 38564.4 34746.5

18:00:00 80% 38564.4 34746.5

18:05:00 80% 38564.4 34746.5

18:10:00 80% 38564.4 34746.5

18:15:00 80% 38564.4 34746.5

18:30:00 70% 38564.4 34746.5

18:35:00 70% 38564.4 34746.5

18:40:00 70% 38564.4 34746.5

18:45:00 70% 38571.2 34752.7

19:00:00 50% 38561.8 34744.2

19:05:00 50% 38574.6 34755.7

19:10:00 50% 38573.3 34754.6

19:15:00 50% 38572.3 34753.6

19:30:00 45% 38570.9 34752.3

19:35:00 45% 38571.9 34753.2

19:40:00 45% 38572.0 34753.3

19:45:00 45% 38572.8 34754.0

MEDICION DE PCS DEL COMBUSTIBLE

CENERGIA



NETOS


REV. 02

FECHA: 05/12/2016


Página 47

ANEXO 5 RESULTADOS DEL CÁLCULO DE LA INCERTIDUMBRE DEL CEN

CENERGIA



NETOS


REV. 02

FECHA: 05/12/2016


Página 48

Detalle de Cálculo de Incertidumbre CEN

UnidadIncertidum

bre

Ensayo Parámetro Medida SampleStudent's

95%

Coef

Sensib Total

Avg(* Temp % bias r/ Temp

Abs (Rankine)Size Value Delta Delta

Abs (+/-) % (+/-) * Abs (+/-) Abs (+/-) % (+/-) * N N n ζ N*(n-1) Sx,i

Abs

(+/-)

Abs

(+/-)% (+/-) * Abs (+/-) % (+/-) %/%

67Temperatura de ingreso al

compresorF 0.106 0.0201% 0.436 0.4488 0.0852% 16 121 1936 1.9600 0.966 0.022 0.043 0.0082% 0.451 0.086% -0.031 0.003%

1,008 Presión barométrica mbar 0.306 0.0304% 0.000 0.3059 0.0304% 2 121 242 1.9600 0.075 0.005 0.009 0.0009% 0.306 0.030% 0.002 0.000%

62Temperatura bulbo

húmedoF 0.057 0.0108% 1.133 1.1346 0.2154% 3 121 363 1.9600 0.475 0.025 0.049 0.0033% 1.136 0.218% -0.002 0.000%

97,000Consumo combustible

gas naturalsm3/h 637.794 0.2500% 0.000 637.7942 0.6575% 2 1801 3602 1.9600 135.069 2.251 4.411 0.0045% 637.809 0.658% 1.000 0.658%

255,118 Medidor de energía neta kWh 255.118 0.10% 0.000 255.1177 0.1000% 255.118 0.100% 1.000 0.100%

38,621 Análisis de Combustible kJ/sm3 30.896 0.08% 0.000 30.8965 0.0800% 30.896 0.080% 0.080 0.006%

0.665%

ζSxbar

Incertidumbre Total

SYSTEMATIC BIAS

Incertid

EspacialTotal Systematic Bias

RANDOM BIAS

N° InstrN°

datosDevSt Sxbar

Instr. Bias

Total Instrument Random Bias

CENERGIA



NETOS


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FECHA: 05/12/2016


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ANEXO 6 DATOS REGISTRADOS Y RESULTADOS EN MEDIO MAGNETICO

CENERGIA



NETOS


REV. 02

FECHA: 05/12/2016


Página 50

Día 1 – 15/11/2016 Gas Composition_0800 to 2300_day 1

GT11 MBP05C 20161115_1

GT12 MBP05C 20161115_1

Ultrasonic Day 1_

01.0 DATOS_ENSAYO_CEN_2+2+1_GN_15NOV16

01.1 CEN_CT_KELAR_GN_CC_2+1-TG1_TG2_TV_15NOV16_GG

Día 2 – 16/11/2016

Gas Composition_0800 to 2300_day 2

GT12 MBP05C 20161116_1s_day 2

Ultrasonic Day 2_for reference

02.0 DATOS_ENSAYO_CEN_1+1+1_GN_16NOV16

02.1 CEN_CT_KELAR_GN_CC_1+1-TG2_TV_16NOV16_GG

Día 3 – 17/11/2016

Gas Composition_0800 to 2300_day 3

GT12 MBP05C 20161117_1s_day 3

Ultrasonic Day 3_for reference

03.0 DATOS_ENSAYO_CEN_TG2_GN_17NOV16

03.1 CEN_CT_KELAR_GN_CS_TG2_17NOV16_GG

Documents

INFORME TÉCNICO DE CONSUMOS ESPECIFICOS NETOS DE LAS