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8/16/2019 Ciclo-Combinado-Gas-Vapor.docx

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UNIVERSIDAD CATÓLICA DE

SANTA MARÍA

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FÍSICAS Y FORMALES

PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERÍA Mecánica, mecánica-eléctica ! meca t"nica


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In#$ M$Sc$ CARLOS GORDILLO ANDIA

INTEGRANTES%

-FLORES ARANA, &ESUS

-A'CUE MOLLINEDO, ALFREDO

ARE(UIPA-PER)

*+*


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Cicl.

cm/ina0.1#a.-2a34

CICLO COMBINADO

Un Ciclo Combinado es la infraestructura de generación de energía que mejor combina la eficiencia y el respeto medioambiental gracias al uso del gas natural comocombustible.Consiste en un grupo Turbina de Gas Generador, una caldera de recuperación decalor y un grupo Turbina a Vapor Generador, formando un sistema que permiteproducir electricidad.


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¿Cómo funciona?El proceso de generación de energía elctrica en una planta de Ciclo Combinadocomien!a con la aspiración de aire desde el e"terior siendo conducido al compresor dela Turbina de Gas a tra#s de un filtro.El aire es comprimido y combinado con el combustible $gas natural% en una c&maradonde se reali!a la combustión. El resultado es un flujo de gases calientes que ale"pandirse 'acen girar la Turbina de Gas proporcionando trabajo. Un Generador acoplado a la Turbina de Gas transforma este trabajo en energía elctrica.(os gases de escape que salen de la Turbina de Gas pasan a la caldera derecuperación de Calor $)*+G%. En esta caldera se e"trae la mayor parte del calor andisponible en los gases de escape produciendo #apor de agua a presión para laturbina de #apor. -inalmente los gases se de#uel#en a la atmósfera despus de 'aber pasado por la c'imenea.El #apor que sale de la Turbina de Vapor, pasa a un condensador donde se transformaen agua. Este condensador es refrigerado mediante aire o agua, el aire circula por lasuperficie del condensador, lo que ocasiona la disipación del calor latente contenido enel #apor a la atmósfera.

osteriormente el agua es bombeada a alta presión 'asta la Caldera de *ecuperaciónpara iniciar nue#amente el ciclo.ComponentesEl equipamiento principal que incluyen las plantas de ciclo combinado es el siguiente/

• Una o m&s Turbinas de Gas, que proporcionan 012 de la potencia total de laplanta.

• Una o m&s Turbinas de Vapor, que proporcionan 312 de la potencia total de laplanta.

• Una o m&s Calderas de *ecuperación de calor. Este equipo genera #apor deagua apro#ec'ando la energía disponible en los gases de escape de la Turbinade Gas, el cual se e"pansiona en la Turbina de Vapor. En este tipo deinstalaciones se dispone de una caldera de *ecuperación por cada Turbina deGas.

• Estación medidora y reductora de la presión del gas natural.

• +istema de control basado en microprocesadores para la central.

• +istema de refrigeración cuyo fin ltimo es condensar el #apor e"pansionadoen la Turbina de Vapor de forma que el agua condensada pueda ser alimentada de nue#o en la Caldera de *ecuperación.

Ventajas medioambientales


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• Gas natural como combustible. El gas natural es el combustible fósil m&s limpiode la 4aturale!a.

• +on las generadoras de energía m&s adecuadas para cumplir con los objeti#osdel rotocolo de 5ioto, que obliga a sus firmantes a reducir sus emisiones en

dió"ido de carbono.• Emisiones de dió"ido de a!ufre son inapreciables debido a la utili!ación del gas

natural como combustible.

• 26 7 menos de consumo de combustible que una central con#encional

• Consumo de agua reducido frente a las centrales con#encionales $312 de loque consume una central de ciclo simple de fuel o carbón% debido a que laturbina de gas no precisa de refrigeración alguna y nicamente se requiereagua para el ciclo de #apor.

¿Qué es una cental témica de ciclo combinado?

(a central trmica de ciclo combinado es aquella donde se genera electricidad

mediante la utili!ación conjunta de dos turbinas/

Un turbogrupo de gas

U n turbogrupo de #apor

Es decir, para la transformación de la energía del combustible en electricidad se

superponen dos ciclos/

El ciclo de 8rayton $turbina de gas%/ toma el aire directamente de la atmósfera y

se somete a un calentamiento y compresión para apro#ec'arlo como energía

mec&nica o elctrica.

El ciclo de *an9ine $turbina de #apor%/ donde se relaciona el consumo de calor

con la producción de trabajo o creación de energía a partir de #apor de agua.

Ventajas del Ciclo Combinado

(as características principales de las centrales trmicas de ciclo combinado son/

!le"ibilidad# (a central puede operar a plena carga o cargas parciales, 'asta

un mínimo de apro"imadamente el :67 de la potencia m&"ima.

$ficiencia ele%ada. El ciclo combinado proporciona mayor eficiencia por un

margen m&s amplio de potencias.

&us emisiones son m's bajas que en las centrales trmicas con#encionales.

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Coste de in%esión bajo por ;< instalado.

(eiodos de constucción cotos.

Meno su)eficie )o M* instalado si lo comparamos con las centrales

termoelctricas con#encionales $lo que reduce el impacto #isual%.

Bajo consumo de a+ua de efi+eación.

A,oo ene+ético en forma de combustible

Compara aquí una Central Trmica de Ciclo Combinado con una Trmica

Con#encional y descubre t mismo sus #entajas.

(ates fundamentales de una cental de ciclo combinado

ara entender el funcionamiento de una central trmica de ciclo combinado 'ay que

conocer primero las partes que la forman/

-ubina de +as# =ue consta de/

Com)eso , cuya función es in.ecta el aie a )esión para la

combustión del gas y la refrigeración de las !onas calientes.

C'maa de combustión, donde se me!cla el gas natural $combustible%con el aire a presión, produciendo la combustión.

-ubina de +as, donde se produce la e"pansión de gases que

pro#ienen de la c&mara de combustión. Consta de tres o cuatro etapas de

e"pansión y la temperatura de los gases en la entrada est& alrededor de

3.:>>?C saliendo de la turbina a temperaturas superiores a los @>>?C.

Caldea de ecu)eación# En esta caldera con#encional, el calor de los gasesque pro#ienen de la turbina de gas se apro#ec'a en un ciclo de aguaA#apor.

-ubina de %a)o# Esta turbina acostumbra a ser de tres cuerpos y est&

basada en la tecnología con#encional. Es muy 'abitual que la turbina de gas y la

turbina de #apor se encuentren acopladas a un mismo eje de manera que

accionan un mismo generador elctrico.

http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/viii.-las-centrales-termicas-convencionaleshttp://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/viii.-las-centrales-termicas-convencionaleshttp://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/Centrales-termicas-ciclo-combinadohttp://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/Centrales-termicas-ciclo-combinadohttp://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/viii.-las-centrales-termicas-convencionaleshttp://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/v.-funcionamento-basico-de-generadoreshttp://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/viii.-las-centrales-termicas-convencionaleshttp://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/viii.-las-centrales-termicas-convencionaleshttp://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/Centrales-termicas-ciclo-combinadohttp://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/Centrales-termicas-ciclo-combinadohttp://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/viii.-las-centrales-termicas-convencionaleshttp://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/v.-funcionamento-basico-de-generadores


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-ubina de %a)o del Blo/ue V de la Cental -émica de Ciclo Combinado de

Besos

!uncionamiento de una cental de ciclo combinado

En primer lugar el aire es comprimido a alta presión en el compresor, pasando a la

c&mara de combustión donde se me!cla con el combustible.

B continuación, los gases de combustión pasan por la turbina de gas donde se

e"pansionan y su energía calorífica se transforma en energía mec&nica,

transmitindolo al eje.

(os gases que salen de la turbina de gas se lle#an a una caldera de recuperación de

calor para producir #apor, a partir de este momento tenemos un ciclo aguaA#apor

con#encional.

B la salida de la turbina el #apor se condensa $transform&ndose nue#amente en agua%

y #uel#e a la caldera para empe!ar un nue#o ciclo de producción de #apor.

Bctualmente la tendencia es acoplar la turbina de gas y la turbina de #apor a un mismo

eje, de manera que accionan conjuntamente un mismo generador elctrico.

Im)actos medioambientales de les centales de ciclo combinado

(a utili!ación de gas natural para la generación de electricidad mediante la tecnología

del ciclo combinado se encuentra dentro de la política medioambiental de un gran

nmero de países, ya que ofrece un gran nmero de #entajas en comparación con elresto de tecnologías de producción elctrica.

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En concreto, las emisiones de C 0 en relación a los 9


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Elementos constituti#os principales de las turbinas de gas. *epresentación gr&fica del

trabajo en/ a% ciclo ideal isentrópico b% ciclo real c% apro"imación al ciclo de Carnot a

partir de las temperaturas medias de foco caliente y frío de un ciclo real.

$L CICLO D$ LA -32BINA D$ VA(O2

El ciclo de las turbinas de #apor corresponde al ciclo *an9ine y es la aplicación

tecnológica del ciclo de Carnot para el caso de que el fluido motor sea un fluido

condensable y durante su e#olución se produ!can cambios de fase. Fe forma

simplificada, y para el ciclo b&sico, la e#olución del fluido sigue las siguientes etapas/

Una etapa de e"pansión del fluido en fase #apor, reali!ada en una m&quina trmica

denominada turbina de #apor y lo m&s isentrópica posible.


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B la salida de la turbina de #apor, una cesión de calor residual del #apor a presión

constante en un dispositi#o llamado condensador. En este dispositi#o se reali!a la

condensación total del mismo y su paso a fase líquida.

Una o #arias etapas de ele#ación de la presión del fluido. El proceso se reali!acon elfluido en fase líquida, con bombas y fuera de la !ona de cambio de fase.sta es una

de las principales diferencias con el ciclo de Carnot ya que, en sentido estricto, para

obtener la m&"ima eficiencia sería necesario reali!ar la compresión de un fluido

bif&sico, con la dificultad tecnológica que ello conlle#a. Una etapa de aportación de

calor a presión constante. El fluido reali!a una etapa de calentamiento pre#io en fase

líquida, un proceso de cambio

A,oo del +as de Camisea )o uso de un ciclo de )otencia

combinado de +as . %a)o en la +eneación eléctica2$&3M$N

(as centrales trmicas instaladas alimentadas a gas natural actualmente son de ciclosimple con una eficiencia que no sobrepasa el 2>7. ara sacar el mayor pro#ec'o delgas de Camisea para la producción de energía elctrica, se dispuso a tra#s delFecreto legislati#o 3>:3 que las actuales plantas trmicas a gas deber&n mejorar suequipamiento para producir m&s electricidad usando la misma cantidad decombustible. Este decreto busca impulsar las in#ersiones en el sector elctrico ydispone que el #alor inicial de la eficiencia trmica reconocido, ser& de 2>7 durantelos 2@ primeros meses de entrada en #igencia de esta norma, y que despus deber&incrementarse a 6>7. El trabajo consiste en determinar el aumento de la eficienciatrmica por modificación de las centrales actuales, a ciclo combinado gasA#apor, con elconsiguiente a'orro de gas natural.

IN-2OD3CCI4Nara mejorar la producti#idad del gas de Camisea en la producción de energíaelctrica, se dispuso que las actuales plantas trmicas a gas deber&n mejorar suequipamiento para producir m&s electricidad usando la misma cantidad decombustible. El Fecreto legislati#o 3>:3 de junio del 0>>H, busca impulsar lasin#ersiones en el sector elctrico y dispone que el #alor inicial de la eficiencia trmicareconocido, ser& de 2>7 durante los 2@ primeros meses de entrada en #igencia de

esta norma, y que despus deber& incrementarse a 6>7. Esto significa que lasactuales plantas trmicas a gas natural, que operan con turbinas bajo ciclo simple,deber&n mejorar su tecnología para utili!ar al m&"imo el gas y ampliar su potencia, yesto se logra en un ciclo de potencia combinados de gas y #apor.ara el caso de la Empresa de Generación Termoelctrica Ventanilla +.B. $Ete#ensa%,que contaba con una planta de generación con turbina a gas, la generación utili!andoFiesel le reportaba 20> ;< a un costo unitario de U+I 3>> por ;


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usuarios se #en beneficiados de estos procesos de moderni!ación que abaratan loscostos de generación elctrica y permiten ampliar la oferta del ser#icio elctrico.Ngualmente, la empresa Egec'ilca, de capitales panameOos inició la construcción desu planta termoelctrica en la localidad de (as +alinas $C'ilca%, al sur de (ima, y quedemandar& una in#ersión de 6>> millones de dólares.(a Central Termoelctrica de C'ilca es un proyecto que, por su en#ergadura, seconstituye en el m&s importante reali!ado en trminos de generación termoelctrica ener, a partir del apro#ec'amiento del gas de Camisea. Constituir& entre el 36A0>7 dela energía generada en el er y con#ertir& a la Empresa de Generación Elctrica deC'ilca +.B.AEGEC)N(CB en el tercer m&s importante productor de electricidad, atra#s de una energía sostenida y asegurada a lo largo del aOo, a diferencia de lasgeneradas por centrales 'idroelctricas que dependen de la estacionalidad del agua.(a planta de generación termoelctrica ser& de ciclo combinado y tendr& una potenciade 60> ;


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'ay un embrague que acopla la turbina de #apor con el eje de la turbina de gas y elgenerador, permitiendo producir energía funcionando solo la turbina de gas(as configuraciones m&s comnmente empleadas en las centrales de ciclo combinadogasA#apor en operación comercial 'oy día son las siguientes/

Configuraciones 3"3 $una turbina de gas que alimenta a una caldera derecuperación de calor y produce #apor para un nico ciclo de *an9ine%,

Configuraciones 0"3 $dos turbinas de gas que alimentan cada una de ellas a su

correspondiente caldera de recuperación de calor y producen #apor para un

nico ciclo de *an9ine%

Tambin son posibles las configuraciones 2"3, :"3, etc.

Es importante destacar que, para las configuraciones 0"3 y 2"3, cuando por unasituación operati#a de la central al menos una de las calderas est& fuera de ser#icio yla otra funcionando, e"iste la posibilidad de que puedan producirse retornos de #apor desde el colector comn de #apor a las calderas que est&n fuera de ser#icio. +i estoocurre, pueden producirse daOos en los tubos y materiales no aleados de la caldera.ara e#itarlo, y desde el proceso de especificación, se debe poner especial nfasis enuna alta calidad de las #&l#ulas de retención y cierre.

Confi+uación multieje 6"6 (as #entajas de esta configuración son las siguientes/


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osibilidad de funcionamiento con sólo la turbina de gas, deri#ando los gases a

la atmósfera si fuese necesario.

;ayor disponibilidad de la turbina de gas, al poder operar sta en caso de

a#ería de la turbina de #apor.

Bdmite el condensador con disposiciones a"ial e inferior.

Bl disponer de dos alternadores puede suministrar energía elctrica con dos

tensiones.

-&cil mantenimiento de generadores y turbinas. Nncon#enientes/

*equiere dos alternadores y dos transformadores con el consiguienteincremento de in#ersión.

;ayor necesidad de espacio.

uente gra m&s grande.

Confi+uación monoeje 6"6 con emba+ue

Ventajas/

*equiere un alternador menos que la configuración multieje.

El generador, al estar ubicado entre la turbina de gas y la de #apor,proporciona un mayor equilibrio a todo el conjunto.


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;enor coste de in#ersión que la configuración multieje.

;enor coste de obra ci#il. Esto es debido a la menor altura necesaria

del pedestal del turbogenerador, al poder disponer el condensador de

forma a"ial.

uente gra de menor lu! que la configuración multieje.

;enor espacio requerido que la configuración multieje.

El embrague permite un sistema de arranque m&s sencillo al poder

independi!ar el rodaje de la turbina de gas de la de #apor. B diferencia

del monoeje sin embrague, en esta configuración no es necesaria una

caldera au"iliar para el calentamiento pre#io del #apor en el arranque de

la turbina.

Nncon#enientes/

;enor fle"ibilidad de operación que la configuración multieje, ya que en

general esta configuración no suele lle#ar c'imenea de byApass.

E#acuación de energía a tra#s de un solo generador y por tanto,

menor fiabilidad del conjunto. En la configuración multieje cada

alternador a tra#s de su transformador puede alimentar sistemas de

transporte con diferentes tensiones.

;ayor dificultad en la re#isión del generador, al tener que despla!arlo

lateralmente para poder e"traer su rotor.

4o es posible el montaje y la puesta en marc'a por fases, a diferencia

de la configuración multieje.


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Confi+uación monoeje 6"6 sin emba+ue

(as #entajas e incon#enientes con respecto a la configuración multieje son similares a

las descritas en la configuración monoeje con embrague con los siguientes elementos

diferenciadores/

El 'ec'o de disponer el generador en un e"tremo facilita su re#isión e

inspección.

Bl no poder situar el condensador a"ialmente, esta configuración requiere un

pedestal de mayor altura y mayor in#ersión en obra ci#il que en la configuración

monoeje con embrague.

-rente al resto de configuraciones, el arrancador est&tico de la turbina de gas

es de mayor potencia, al tener que arrastrar la turbina de #apor en el inicio del

rodaje.

*equiere una caldera au"iliar en los arranques para proporcionar #apor de

cierres, #apor de #acío Asi ste se 'ace con eyectoresA y refrigeración inicial de

la turbina de #apor durante el rodaje.


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Confi+uación 7"6

Ventajas/

;enor coste de in#ersión que dos monoejes de la misma potencia

$apro"imadamente un 3>7%.

;ayor fle"ibilidad de operación, al posibilitar el funcionamiento con una

turbina de gas y una turbina de #apor y arrancar de forma r&pida la

segunda turbina de gas.

;ejor rendimiento a cargas parciales, y especialmente al 6>7 de carga,

al poderse reducir la potencia en solo una de las turbinas de gas.

-&cil acceso para el mantenimiento de los generadores.

Equipos de arranque est&ticos de turbina de gas pequeOos.

4o es necesaria caldera au"iliar.

osibilidad de emplear alternadores refrigerados por aire, al ser estos

de menor potencia

Nncon#enientes/


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(a a#ería de la turbina de #apor deja fuera de ser#icio todo el ciclo

combinado si no se dispone de byApass de gases en las turbinas de

gas.

CONCL3&ION$& 8 2$COM$NDACION$&

• (a continua bsqueda de eficiencias trmicas m&s altas 'a originadomodificaciones inno#adoras en las centrales elctricas con#encionales

• (a modificación m&s e"tendida incluye un ciclo de potencia de gas $ciclo8rayton% que remata con un ciclo de potencia de #apor $ciclo *an9ine%, esto sedenomina ciclo combinado.

• El gas natural es el combustible m&s económico para la generación de

electricidad y el que produce menor impacto ambiental.

• (os recientes desarrollos tecnológicos para las turbinas de gas 'an logradoque el ciclo combinado de gas y #apor resulte muy atracti#o desde el punto de#ista económico, ya que el ciclo combinado aumenta la eficiencia sinincrementar muc'o el costo inicial.

• (as nue#as centrales elctricas deber&n operar con ciclos combinados, y lascentrales de #apor o de turbina de gas e"istente deber&n con#ertirse encentrales de ciclo combinado, de acuerdo a lo establecido en la terceradisposición transitoria del Fecreto (egislati#o 3>:3, que establece que el #alor inicial del rendimiento trmico neto reconocido ser& de treinta por ciento $2>7%durante los primeros treinta y seis $2@% meses de #igencia del presente Fecreto(egislati#o, despus se incrementar& a cincuenta por ciento $6>7% para lossiguientes cuatro $:% aOos. El ;inisterio de Energía y ;inas podr& incrementar los rendimientos trmicos netos para los siguientes periodos de acuerdo aldesarrollo tecnológico de las centrales trmicas.

• Una mayor eficiencia en las centrales trmica, implica menor consumo de gasnatural, para producir la misma cantidad de energía elctrica, por lo que lasreser#as de gas durar&n muc'o m&s tiempo.

2$!$2$NCIA& BIBLIO029!ICA&

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