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Facultad de Ingeniería
Trabajo de Investigación
“Eficiencia energética de la central térmica de Santa Rosa convertida a ciclo
combinado implementando una turbina de vapor de 25MW en el distrito del Agustino-
Lima en el periodo 2019”
Autor: Rosber R. De la cruz Quilca -1420985
Para obtener el Grado de Bachiller en:
Ingeniería eléctrica y de potencia
Lima, julio de 2019
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERU
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RESUMEN
La presente tesis “Eficiencia energética de la central térmica de Santa Rosa
convertida a ciclo combinado implementando una turbina de vapor de 25MW en el
distrito del Agustino-Lima en el periodo 2019” tiene como finalidad demostrar el
aumento de la eficiencia energética de la central termoeléctrica, comparándolo la
energía de ingreso con la energía de salida. Asimismo, demostrar la aplicación de
la nueva turbina en la central termoeléctrica de Santa Rosa, perteneciente a la
concesionaria ENEL en ciclo abierto para luego convertirlo a ciclo combinado.
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DEDICATORIA
Dedicamos nuestro Proyecto de tesis, a nuestros
queridos padres y hermanos por el ejemplo, la
confianza y el apoyo incondicional para alcanzar
nuestros objetivos profesionales y personales.
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AGRADECIMIENTO
Agradecemos a Dios por bendecirnos a cada momento, por guiar nuestros
caminos, por ser el apoyo y fortaleza en aquellos momentos difíciles cuando
creíamos que no se podía.
Agradecer a nuestros padres, por ser los principales pilares de nuestro éxito, por
confiar y creer en nuestras metas, por los consejos, valores y principios que nos
han inculcado.
Agradecemos a nuestros docentes de la Universidad Tecnológica del Perú, por
haber brindado sus conocimientos a lo largo de nuestra carrera universitaria,
quienes nos han enseñado con su paciencia, rectitud y ética como docente.
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6
INDICE
ANEXO 6 ........................................................................................................................................ 2
RESUMEN ...................................................................................................................................... 3
DEDICATORIA ................................................................................................................................ 4
AGRADECIMIENTO ........................................................................................................................ 5
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 8
TEMA DE INVESTIGACION ............................................................................................................ 9
CAPÍTULO 1: ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN .............................................. 9
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: ............................................................................... 9
1.1.1 Diagnóstico (CAUSA) .................................................................................................... 9
1.1.2 Pronóstico (CONSECUENCIAS) ................................................................................... 10
1.1.3 Control del pronóstico (APORTE) ............................................................................... 10
1.2 ESTADO DE LA CUESTION: ........................................................................................... 12
1.3 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN: .................................................................................. 21
1.3.1 OBJETIVO PRINCIPAL: .......................................................................................... 21
1.3.2 OBJETIVO ESPECÍFICO: ........................................................................................ 21
1.4 PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN ................................................................................. 22
1.4.1 PRINCIPAL: ........................................................................................................... 22
1.4.2 ESPECÍFICO: ......................................................................................................... 22
1.5 HIPÓTESIS .................................................................................................................... 22
1.5.1 PRINCIPAL: ........................................................................................................... 22
1.5.2 ESPECÍFICO: ......................................................................................................... 23
1.5.3 JUSTIFICACIÓN:.................................................................................................... 23
1.6 ALCANCE DE LA INVESTIGACION: ................................................................................ 24
CAPÍTULO 2: MARCO TEORICO................................................................................................... 25
2.1 PROBLEMAS SIMILARES Y ANALISIS DE SOLUCIONES EMPLEADAS ............................ 25
2.2 TECNOLOGIAS Y TECNICAS DE SUSTENTO .................................................................. 25
2.2.1 Tipos de generación termoeléctrica .................................................................... 25
2.2.2 Ciclo combinado ................................................................................................. 26
2.2.2.1 Partes fundamentales de la central de ciclo combinado (C.C.) .......................... 26
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2.2.2.2 Funcionamiento de la central de ciclo combinado: ............................................. 27
2.2.2.3 Impacto ambiental de una central de ciclo combinado: ...................................... 28
2.2.3 Ciclo simple .......................................................................................................... 28
2.2.3.1 Partes fundamentales de una central térmica de ciclo simple: ........................... 29
2.2.3.2 Funcionamiento de una central termoeléctrica de ciclo simple: ......................... 30
2.2.3.3 Impacto ambiental de una central de ciclo simple .............................................. 30
CAPÍTULO 3: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ....................................................................... 31
3.1 SOLUCIONES PARA EVALUAR ...................................................................................... 31
3.2 CRITERIO DE SELECCIÓN .............................................................................................. 31
3.3 ESTUDIO DE VIABILIDAD TECNICA ............................................................................... 31
CAPÍTULO 4: ANALISIS DE LOS RESULTADOS DE LA INVESTIGACION ....................................... 34
4.1 Matriz de operaciones: ............................................................................................... 34
4.2 Matriz de Inconsistencia ............................................................................................. 35
CONCLUSIONES: ...................................................................................................................... 36
RECOMENDACIONES ............................................................................................................... 36
BIBLIOGRAFIA: ......................................................................................................................... 37
ANEXO 1 ..................................................................................................................................... 38
FICHA DE TAREA INVESTIGACIÓN ........................................................................................... 38
ANEXO 2 ...................................................................................................................................... 42
Fuentes académicas para la investigación inicial del proyecto: ............................................. 42
ANEXO 7 ...................................................................................................................................... 52
Formulario de Autorización de Publicación en el Repositorio Académico de la UTP .................... 52
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INTRODUCCIÓN
En el Perú en esta última década ha ido creciendo la demanda eléctrica
paulatinamente debido al crecimiento sostenido de las inversiones, el crecimiento
de la economía y los nuevos hábitos de consumo energético, además por ser la
energía eléctrica uno de los más importantes insumos de su proceso comercial.
Para esta demanda creciente se requieren centrales eléctricas de generación más
eficiente. En el distrito del Agustino se encuentra la central termoeléctrica de Santa
Rosa perteneciente a la empresa Enel S.A., esta planta tiene tres unidades: La
unidad UTI de 103.35 MW que funciona en caso de emergencia, la unidad TG7
(Westinghouse) entro a operar el año 2014, funciona con combustible diésel y gas
natural y por último la unidad TG8 tiene una potencia efectiva de 188.21 MW esta
unidad entro a operar en el año 2009 y funcionan con combustible diésel y gas
natural. Todas estas unidades funcionan bajo un sistema de ciclo abierto es decir
los gases que emiten las turbinas se expulsa a la atmosfera, para este proyecto de
investigación se evaluará la optimización de la planta de generación con el
implemento de una turbina de vapor de 25MW para aprovechar el calor de las
emisiones de los gases.
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Figura 3.- Esquema de ciclo simple. Fuente: Energías (s.f.) partes de una central termoeléctrica
convencional (figura). Recuperado de https://sites.google.com/site/energias3aeval/partes
2.2.3.1 Partes fundamentales de una central térmica de ciclo simple:
1. Torre refrigeración.
2. Bomba hidráulica
3. Líneas de transmisión
4. Transformador trifásico
5. Generador trifásico
6. Turbina de vapor (T.V) de baja
presión.
7. Bomba de condensación
8. Condensador.
9. Turbina
10. Válvula control de gases.
11. Turbina de vapor de alta presión
12. Descalificador
13. Calentador
14. Faja transportadora de carbón
15. Tolva
16. Pulverizador
17. Tambor de vapor
18. Tolva de cenizas
19. Súper calentador
20. Ventilador
21. Recalentador
22. Toma de aire de combustión
23. Economizador
24. Precalentador de aire
25. Precipitador electrostático
26. Ventilador
27. Chimenea de emisión
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2.2.3.2 Funcionamiento de una central termoeléctrica de ciclo simple:
Así mismo, el autor cuyo estudio se basa en las centrales térmicas, Salas
(2010) afirma:
El autor afirma que para la misma central de C.C. utiliza la misma energía de
ciclo simple. Es decir, se aprovecha la energía que es liberada y desperdiciada para
el funcionamiento de otra central de C.C.
2.2.3.3 Impacto ambiental de una central de ciclo simple
Como se sabe el uso de combustibles produce gases como el CO2 de efecto
invernadero siendo una consecuencia de las lluvias acidas a la atmosfera, junto a pequeñas
partículas de carbón que son desprendidas al ambiente si no están bien depurados los humos.
Las emisiones de la chimenea de las centrales termoeléctricas ya sean de ciclo
combinado o ciclo simple afectan negativamente al medio ambiente. El gas natural es
quemado en la cámara de combustión y los residuos son expulsados directamente a
la atmosfera en el caso de una central de ciclo abierto, en el caso del c.c. este gas
pasa por la caldera de recuperación luego de esto se expulsa a la atmosfera.
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CAPÍTULO 3: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
3.1 SOLUCIONES PARA EVALUAR
La solución para la optimización de la eficiencia energética de la planta Santa Rosa
es cambiar de ciclo simple a ciclo combinado implementando una turbina de vapor de
25 MW, análogamente a la C.T. de ventanilla. Asimismo, se tendrá como resultado
reducir la contaminación a la atmosfera en la disminución de la generación de gases
contaminantes en el aire, reducción de la emisión del ruido. Estos, son un problema
para los ciudadanos que vive aledañas a la planta.
3.2 CRITERIO DE SELECCIÓN
El criterio de selección del tema de investigación se basa el estudio de los variables
de estudio, con el propósito de beneficiar en los diferentes ámbitos a la población y a
la empresa generadora de energía. Los criterios fundamentales son el costo y el
beneficio. por un lado, la población se beneficiaría en la reducción del impacto
ambiental ocasionada por la emisión de gases contaminantes y por el otro el
empresario ganaría mayor rentabilidad con menos inversión en la materia prima.
3.3 ESTUDIO DE VIABILIDAD TECNICA
ENEL es una empresa con capacidad financiera (a nivel de liquidez, rentabilidad y
solvencia) para emprender la ampliación de la central Santa Rosa a ciclo combinado.
Las ratios financieras de liquidez, solvencia y rentabilidad muestran ratios positivas.
En el 2016, el nivel de endeudamiento respecto al capital es de 37%, el margen de
utilidad neta sobre ventas es de 12 % y tiene liquidez para hacer frente a sus deudas
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4.2 Matriz de Inconsistencia
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CONCLUSIONES:
Una vez apreciado la información brindado por los autores, se concluye que la
central termoeléctrica de Santa Rosa de ciclo simple tiene una eficiencia actual de
30% de potencia de generación por mega MWh y que al modificar el sistema a un
ciclo combinado con el implemento de la turbina de 25MW mejoraría a un 60% de
esta potencia. Cabe recalcar que las unidades que funcionarían en ciclo combinado
serían las unidades de TG7 y TG8 debido que ambas turbinas se encuentran muy
próximos en distancia entre sí por lo que habría poca pérdida de energía calorífica.
Actualmente la unidad TG8 posee una potencia efectiva de 188.21MW y la unidad
TG7 de 121MW, al implementar la turbina de vapor se ganaría 25MW más de
potencia efectiva con el mismo consumo de combustible (gas natural). Esta
ganancia es debido al aprovechamiento del calor expedido por estas dos turbinas.
RECOMENDACIONES
Según los estudios realizados es recomendable la conversión de ciclo simple a
ciclo combinado implementando una turbina mayor o igual a 25MW ya que con
esta tecnología se estaría optimizando el rendimiento energético y la reducción
de los costos de la central termoeléctrica de Santa Rosa.
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BIBLIOGRAFIA:
Blanco, Jesús y Francisco Peña (2006) incremento de eficiencia en las centrales
termoeléctricas. España: información tecnológica
Congreso de La República. (2002). Ley del Mercado de Valores. [Ley 27649]. Diario
Oficial El Peruano.
García, Santiago (2008) Operación y mantenimiento de centrales de ciclo
combinado. Madrid: Díaz de santos.
Sampo, Suvisaari (2016) Eficiencia Energética en Plantas Térmicas de Generación
de Energía. El salvador: Wartsila
Sabugal, Santiago y Gómez Florentino (2015) Centrales Térmicas de Ciclo
Combinado: Teoría y Proyecto. Lima: Díaz Castellano
Toledo Miguel, Muñoz Ángel y Pérez Manuel (eds) (2016) Análisis del
comportamiento térmico en la planta termoeléctrica valle de México mediante
pruebas de evaluación en turbinas de gas. México D.F.: Instituto Politécnico
Nacional.
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