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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FALCULTAD DE INGENIERIA DIVISIÓN DE POSTGRADO
PROGRAMA DE POSTGRADO EN INGENIERIA DE GAS
FACTIBILIDAD DE LA UTILIZACIÓN DE GLP COMO FUENTE ENERGÉTICA PARA
PLANTAS DE GENERACIÓN ELECTRICA.
Trabajo de Grado presentado ante la
Ilustre universidad del Zulia Para optar al grado académico de
MAGISTER SCIENTIARUM EN INGENIERÍA DE GAS
Autor: EDUARDO ELIAS CESPEDES NAVA Tutor: Jorge Barrientos
Maracaibo, mayo de 2009
Eduardo Elías Céspedes Nava. Factibilidad de la utilización de Productos Líquidos del Gas Natural como fuente energética para las plantas de generación eléctrica. (2008). Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Postgrado. Maracaibo, Venezuela, 82 pg. Tutor: Jorge Barrientos.
RESUMEN
El presente trabajo trata sobre la factibilidad en el uso de los productos líquidos del gas natural como fuente energética para las plantas termoeléctricas de generación en el país. Estas plantas generan electricidad mediante la transformación de energía térmica en energía mecánica primeramente y luego en energía eléctrica a través de la aplicación de diferentes ciclos térmicos integrados en un ciclo de generación aunado al uso adecuado del equipo apropiado: turbina, compresores, bombas y calderas principalmente. En este proceso el combustible es el componente primario debido a que los fluidos que van hacia las turbinas se calientan ganado energía cinética. Para determinar si es factible el uso del GLP como combustible debemos determinar su producción en el país, realizar una comparación de costos entre los distintos combustibles utilizados por las plantas termoeléctricas y seleccionar la mezcla óptima para las plantas que utilizan GLP. La metodología de esta investigación es teórico-descriptiva donde las bases del estudio están concentradas en la recopilación de datos de investigaciones anteriores y de estudios realizados sobre la disponibilidad de GLP en el país. Esta investigación visualiza nuevas alternativas para la alimentación de combustibles a las plantas de generación que se serán instaladas en el país para suplir los requerimientos de la población venezolana. Palabras Claves: Plantas de generación, combustible, GLP E-mail del autor: [email protected]; [email protected]
Eduardo Elias Céspedes Nava. Factibility of the utilization of the Natural Gas Liquid Product like Energy Source for electric generations Plants. (2008). Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Postgrado. Maracaibo, Venezuela, 82 pg. Tutor: Jorge Barrientos.
ABSTRACT
This work addresses the feasibility of the use of natural gas liquid as source to thermoelectric power plants in the country. These plants generate electricity by covering heat into mechanical and then electrical energy through the application of different thermal cycles, integrated into a generation’s cycles and the use of appropriate equipment: turbines, compressors, pumps, and furnaces mainly. In this process the fuel is the main component, since the fluids are heated to the turbine, gaining kinetic energy. In order to determine whether it is feasible to use GLP as fuel is due to: determine their production in the country, conducting a cost comparison between different fuels used by thermal plants and to select the optimum fuel mix for a plant that uses LPG. The methodology of this research is a theoretical-description, where the foundations of the study are concentrated on gathering data from previous investigation and studies on the availability of LPG in the country. This research displays new alternative fuel for power plants to be installed in the country to meet the needs of the Venezuelan population. Key Words: Generation plants, fuel, GLP Author’s e-mail: [email protected]; [email protected]
DEDICATORIA
A Dios por darme la oportunidad de seguir el desarrollo de mi potencial.
A mi familia por el apoyo que me ha brindado en todo momento.
A mis amigos; quienes me ayudaron para lograr mis objetivos.
A mis profesores y asesores por compartir conmigo sus conocimientos y contribuir con mi desarrollo y el de mis compañeros de estudio.
AGRADECIMIENTO
No tengo forma de expresarle a Dios mi agradecimiento porque es él quien me ha
guiado y fortalecido para alcanzar mis objetivos.
De igual manera dejo expreso mi agradecimiento eterno a:
Mi Familia: porque ellos son el sostén que Dios me otorgó en este mundo para poder
cumplir mis metas.
La Universidad del Zulia que me permitió la oportunidad de tener una formación
profesional.
A los profesores Jorge Barrientos e Ignacio Romero: por su apoyo, confianza y
paciencia al dedicarme parte de su tiempo durante el desarrollo de este trabajo.
TABLA DE CONTENIDO Paginas
RESUMEN……………………………………………………………………………..... 3 ABSTRACT……………………………………………………………………………… 4 DEDICATORIA………………………………………………………………………….. 5 AGRADECIMIENTO………………………………………………………………….… 6 TABLA DE CONTENIDO………………………………………………………………. 7 LISTA DE TABLAS…………………………………………………………………....... 9 LISTA DE FIGURAS……………………………………………………………………. 10 INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………….. 11 CAPITULO…….……………………………………………………………………....... 12 I EL PROBLEMA……………………………………………………………… 12
Planteamiento y Formulación del Problema…………………………… 12 Alcance............................................................................................... 13 Formulación del Problema………………………………………………. 14 Objetivo de la Investigación……………………………………………… 14 Objetivo General………………………………………………………….. 14 Objetivos Específicos…………………………………………………….. 14 Justificación y Delimitación de la Investigación…………………….…. 14 Hipótesis………………………………………………………………....... 15
II MARCO TEÓRICO………………………………………………………….. 16 Gas Licuado de Petróleo (GLP)……………………………………........ 16 Características…………………………………………………………….. 17 Forma de Obtención………………………………………………………. 18 Almacenamiento…………………………………………………………… 20 Transporte y Distribución………………………………………………. … 25 Terrestre……………………………………………………………………. 25 Marino………………………………………………………………………. 26 Producción de GLP en el País…………………………………………… 29 Usos del GLP………………………………………………………………. 30 Plantas de Generación……………………………………………………. 31 Tipos de Plantas de Generación en el país…………………………….. 31 Hidroeléctricas…………………………………………………………...... 32 Características…………………………………………………………...... 32 Centrales Termoeléctricas…………………………………………….... 34 Características……………………………………………………………… 35 Componentes Principales de Centrales Termoeléctricas……………… 36 Ciclo de Generación……………………………………………………….. 42 Tipos de Ciclo de Generación…………………………………………….. 42 Impacto Ambiental………………………………………………………….. 43 Ventajas y Desventajas de las plantas con turbinas a gas con respecto a otras Plantas……………………………………………………. 45 Ventajas………………………………………………………………………. 45 Desventajas………………………………………………………………….. 46 Diferentes Tipos de Plantas Termoeléctricas en el País………………… 47 Fuentes de energía de las Plantas de Generación en el País………….. 49 Requerimientos Energéticos del País…………………………………....... 51
Paginas Importancia de la utilización de los diferentes recursos energéticos que existen en el país para la creación de plantas de energía……….. 52 Características Principales de las fuentes de generación…………….. 52 Requerimientos Para Nuevas Plantas de Generación………………… 56
III MARCO METODOLÓGICO…………………………………………………. 57 Tipo de Investigación………………………………………………………. 57 Diseño de la Investigación………………………………………………… 57 Recolección de Datos……………………………………………………… 58 Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos……………………. 58
IV ANÁLISIS DE RESULTADOS…………………………………………….... 61 Formas de suministro de GLP para el Occidente del País……………. 61
Disponibilidad de GLP…………………………………………….. 61
Ubicación de los centros de producción y de consumo……….. 62
Consumo estimado de combustible por planta…………………. 63
Diseño de sitios de almacenamiento…………………………….. 65
Selección de forma de suministro…………………………………. 66
Disponibilidad de gas y otros combustibles en el Occidente del país………………………………………………………………. 66
Evaluación Técnico-Económica de la utilización de diferentes Combustibles para las Plantas de Generación………………………….. 68
Costo de sistema de almacenamiento y distribución de GLP….. 68
Costo de transporte GLP…………………………………………… 69
Costo de almacenamiento y distribución de otros combustibles.. 69
Estudio de la vialidad económica de la planta de generación utilizando GLP como fuente energética………………………….. 70
Comparación de los Datos de las Diferentes Plantas de Generación térmicas………………………………………………………… 71
V CONCLUSIÓN………………………………………………………………… 72 VI RECOMENDACIONES………………………………………………………. 74 REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS…………………………………………. 76 ANEXOS………………………………………………………………………… 78
LISTA DE FIGURAS
Figura Página.
1. Diagrama de una torre de fraccionamiento GPSA………………...... 19 2. Tren de fraccionamiento GPSA……………………………………….. 20 3. Tanque de almacenamiento Esférico…………………………………. 22 4. Tanque de almacenamiento Esferoidal……………………………….. 22 5. Tanque de almacenamiento Cilíndrico Horizontal…………………… 23 6. Mapa de Producción y transporte de hidrocarburos de Venezuela.. 27 7. Camión de transporte de combustible………………………………… 28 8. Barco Tanquero de Gas y GLP………………………………………… 28 9. Esquema de Barco Tanquero de Gas y GLP………………………… 28 10. Plata Procesadora de GLP…………………………………………….. 30 11. Esquema de composición de una planta de generación hidroeléctrica tomada de la UNAS…………………………………… 33 12. Central Hidroeléctrica Simón Bolívar…………………………………. 34 13. Tipos de Turbinas Hidráulicas…………………………………………. 34 14. Esquema de una caldera………………………………………………. 37 15. Esquema de una turbina………………………………………………... 38 16. Grafica de una turbina a gas marca GE con tecnología tipo F y una capacidad de hasta 255 MW ISO………………………………………. 40 17. Nueva turbina GE LMS100 con la máxima eficiencia en ciclo simple. 41 18. Valores garantizados para la turbina a gas GE LMS 1000 y su configuración básica……………………………………………………… 41 19. Ciclo de Generación Clásico……………………………………………… 42 20. Ciclo de Generación Combinado………………………………………… 43 21. Planta de Generación termoeléctrica a Carbón………………………… 47 22. Planta de Generación termoeléctrica de Ciclo Combinado………....... 49 23. Ubicación de los centros de producción del país…………………… … 62 24. Ubicación de las nuevas plantas termoeléctricas……………………… 63 25. Medidas básicas de Tanques………………………………………….… 65 26. Esquema de sitio de Almacenamiento………………………………….. 65 27. Mapa de reservas energéticas de Venezuela………………………….. 67 28. Mapa de refinerías de Venezuela………………………………………… 68
LISTA DE TABLAS
Tabla Página.
1. Emisiones de Contaminantes al ambiente………………………………. 41
2. Poder calorífico del carbón……………………………………. ……….. 49
3. Propiedades del carbón. …………………………………………………. 50
4. Limites de contaminantes para plantas de generación ………………….. 57
5. Utilización de GLP en Venezuela……………………………………….. 61
6. Cantidades de Combustibles y su costo…………………………….. 64 7. Comparación de Costos de Otros Combustibles…………………… 69
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INTRODUCCIÓN
El presente trabajo versa sobre el tema de la utilización de GLP (Productos
Líquidos del Gas Natural) como fuente de combustible para las plantas termoeléctricas
de generación de energía en el país. El GLP es una mezcla de los componentes
pesados del gas natural como son: propano y butano, los cuales forman parte del gas
doméstico utilizado en nuestras casas. Es preciso señalar que el GLP posee un alto
poder calorífico que es menor al del GLN (Gas Natural Licuado) y al del gas natural
seco que se compone de metano y etano principalmente, sin embargo, el GLP al ser
sometido a simples cambios de presión y temperaturas se puede llevar con facilidad de
su estado gaseoso al estado líquido, lo cual, permite el transporte y su almacenamiento
en grandes cantidades y a bajo costo. Debido a lo mencionado en el párrafo anterior la
base de este estudio es una comparación entre la aplicación de los diversos
combustibles usados en el país, para determinar si es factible utilizar el GLP, para ello
se tomó en cuenta diversos factores tales como: disponibilidad del combustible, forma
de surtimiento más adecuada y costo de producción entre otros. Otro aspecto que se
debe resaltar en este trabajo de investigación es que está basado en un estudio de la
condición actual del país así como los análisis que se están pronosticando para un
futuro próximo, en el ámbito de la energía eléctrica para el país, por lo tanto, en dicha
investigación también se estudian los ciclos de generación de las plantas
termoeléctricas que se están aplicando a nivel mundial, así como los requerimientos
exigidos para las nuevas plantas de generación que se están construyendo a nivel
mundial.
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CAPITULO I
EL PROBLEMA
Planteamiento y Formulación del Problema.
La capacidad de generación de energía eléctrica en el país alcanzó en el año 2006, 22.216 MW, de los cuales, el 65% es de origen hidráulico, y el 35% restante son de origen térmico, de acuerdo al informe 2006 de la Oficina de Operación de Sistemas Interconectados. En esta cifra no esta representada la energía generada por algunas empresas para su propio consumo, tales como las empresas productoras de papel y PDVSA.
Del valor anterior, en el occidente del país solo existe la capacidad
para generar 1395 MW, 1355 MW en la Costa Oeste del Lago de Maracaibo y 40 % en la Costa Este del mismo lago, lo que representa en su conjunto el 6,28% de la capacidad de generación total del país, todo de origen térmico.
La generación neta de energía en el país totalizó 110.959 GWh en el
2006, lo que representa 12.667 MW promedio, de los cuales en el occidente se generaron 699 MW en promedio.
La diferencia entre la capacidad instalada y la potencia promedio utilizada para generación, se explica por diferentes razones: mantenimiento de las plantas, bajo costo de la energía hidráulica, deterioro en el tiempo de la capacidad real de generación de las unidades, etc.
La demanda máxima o máximo consumo del país, fue durante el ano
2006 de 15.945 MW, y específicamente en la región occidental fue de 2.073 MW, con un incremento en el año entre el 8% y el 10%.
De De las cifras anteriores se deduce un déficit entre la capacidad instalada y la demanda máxima en el occidente del país de 678 MW para el año 2006, que dependiendo de las condiciones de las plantas generadoras pudo llegar a 1374 MW. La transferencia de energía eléctrica del Sistema Interconectado nacional hacia el occidente con un límite de rango entre 1150-1350 MW compensa la diferencia anterior bajo condiciones normales de suministro.
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El déficit de generación en esta región expresado anteriormente y
agravado por el crecimiento de la demanda tanto a nivel nacional, como regional, hace necesario la instalación de nuevas plantas de generación en la zona, aunado a ello PDVSA ha decidido desarrollar nuevos proyectos como el Criogénico de Occidente, desarrollo del campo Tomoporo, Reemplazo de turbinas por motores en la plantas de compresión de gas, que en conjunto con el déficit actual y futuro de energía a mediano plazo, representan la instalación de unos 2.000 MW adicionales de generación en la zona, de los cuales ya están en firme 1.500 MW ( 500 MW Termozulia II, 500 MW Planta Tamare y 500 MW Planta Bachaquero).
El consumo de combustible en el área durante el año 2006, fue de
342 MMm3 de gas natural, 799.000 toneladas de fuel-oil y 1.014.000 toneladas de gas-oil, estos dos últimos originados por no disponerse de gas natural en la zona. La cifras anteriores equivalen a un consumo anual de
2225 MMm3. El consumo de las nuevas plantas, las cuales funcionarán todas con
gas o gasoil por decisión del Ministerio de Energía y Petróleo, en ciclo combinado y con una eficiencia térmica entre el 50% al 54%, representa una demanda anual adicional a mediano plazo aproximada de 2481,6
MMm3. Por otra parte la disponibilidad de gas en la región a mediano plazo
para la generación eléctrica es de 600 MMm3, la diferencia entre estas
dos cifras es de 4106,6 MMm3 de gas natural que deberá ser suplido, bien a través de un sistema de licuefacción y regasificación o de un gasoducto. Otra opción a considerar es el suministro de gasoil o fuel oil como combustible para el incremento de la generación eléctrica en el área.
Alcance Con esta investigación se pretende determinar la factibilidad de la
utilización de GLP como combustible para plantas de generación de energía eléctrica en el país, debido a la creciente demanda de energía que el país está experimentado sobre todo en la región occidente, esto con la finalidad de encontrar una posibilidad viable para poder tener un suministro acorde y rentable de energía eléctrica para el país que supla la necesidades de la población en los siguientes años.
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Formulación del Problema.
¿Es factible utilizar GLP como combustible para plantas de generación de energía eléctrica en Venezuela?
Objetivos de la Investigación. Objetivo General.
Determinar la factibilidad de la utilización de GLP como una fuente de energía para las plantas de generación eléctrica. Objetivos Específicos.
Estudiar las posibles alternativas de suministro de GLP para el occidente del país.
Realizar un estudio técnico económico sobre la posibilidad de utilizar
GLP como fuente de energía para plantas de generación eléctrica. Determinar la combinación óptima de combustibles o el tipo de
combustible más viable, desde los puntos de vista técnico, económico y ambiental, como fuente de energía para las plantas de generación eléctrica.
Justificación y Delimitación de la Investigación.
Las plantas productoras de energía eléctrica en el occidente del país utilizan gasoil o fuel-oil, como consecuencia, se genera un elevado grado de contaminación y un buen volumen de desechos que se deben manejar; es cierto que éstos son combustibles muy limpios; pero aún así, generan productos secundarios de la combustión y éstos a su vez originan problemas de corrosión y obstrucción en los equipos bajando así la eficiencia de los equipos de las plantas de generación eléctricas.
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Al reemplazar el gasoil, fuel-oil y otros combustibles como carbón por GLP, se estarían disminuyendo los índices de contaminación ambiental, se reduciría de manera significativa los desechos producidos por las plantas. A demás de brindar una flexibilidad para la construcción de nuevas instalaciones.
Por otra parte el GLP brinda muchas facilidades de transporte y
almacenamiento que lo hacen ideal para ser escogido como fuente combustible.
Esta investigación se realizará en la región occidente del país en un
periodo que oscila entre 2008 y 2009.
Hipótesis.
La utilización del GLP como fuente de combustible es para plantas de generación eléctrica en el país es factible desde el punto de vista técnico- económico.
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CAPITULO II
MARCO TEORICO
Gas Licuado de Petróleo (GLP)
El gas licuado del petróleo o GLP es la mezcla de compuestos del gas natural
más pesados, es decir, los propanos, los butanos y fracciones pequeñas de los demás
compuestos pesados del petróleo en diversas proporciones.
El GLP se encuentra formando parte del crudo o del gas natural; sin embargo, es
necesario señalar que actualmente existen diversos procesos de refinación por medio
de los cuales se puede producir GLP, entre éstos tenemos:
"Reformado catalítico": se alimenta de naftas ligeras para producir aromáticos y
gasolinas. El rendimiento en GLP está entre un 5 – 10%.
"Cracking catalítico": se alimenta de gas-oil o nafta produciendo etileno y
propileno para petroquímica. El rendimiento en GLP está entre un 5 – 12%.
"Steam Cracking": se alimenta con gas-oil o nafta produciendo etileno y
propileno. El rendimiento en GLP está entre un 23 – 30%.
"Polimerización y alquilación": se alimentan de butanos para producir gasolinas.
El rendimiento en GLP está entre un 10 – 15%.
"Cracking térmico": se alimenta de gas-oil y fuel-oil para producir gasolina. El
rendimiento en GLP está entre un 10 - 20%.
"Coking y visbreaking": se alimenta de gas-oil pesado y residuo para producir
coque. El rendimiento en GLP está entre un 5 – 10%.
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En el caso de encontrarse asociado al gas natural, el GLP, por contener
componentes mas pesados, al estar expuesto a menor presión de vaporización y
puntos de ebullición mas elevados, tiene el riesgo de permanecer en fase líquida en las
redes de distribución. Por lo tanto, antes de transportar el gas natural, se procede
mediante un proceso de fraccionamiento al separar el metano del resto de
hidrocarburos que llevan asociados y que fundamentalmente van desde los etanos a los
pentanos.
Características
El GLP está compuesto por hidrocarburos que alcanzan el estado gaseoso a
temperatura y presión atmosférica, y tienen la propiedad de pasar a estado liquido a
presiones relativamente bajas, propiedad que se aprovecha para su almacenamiento y
transporte en recipientes a presión, tal es el caso del propano y butano.
El butano y propano son compuestos parecidos, salvo que en el butano su
molécula también saturada, está compuesta por cuatro átomos de carbono y 10 de
hidrógeno (fórmula C4H10). Ambos gases tienen un gran poder calorífico: el propano
proporciona 22000 Kcal/m³ y el butano 28300 Kcal/m³, lo cual facilita el transporte y los
hace muy prácticos a presión atmosférica y temperatura ambiente (1 atmósfera y 20°C),
estos gases que principalmente conforman el Gas Licuado de Petróleo se encuentra en
estado gaseoso. Para obtener líquido a presión atmosférica, la temperatura del butano
debe ser inferior a -0,5°C y la del propano a -42,2°C. En cambio, para obtener líquido a
temperatura ambiente, se debe someter al GLP a presión. Para el butano, la presión
debe ser de más de 2 atmósferas. Para el propano, la presión debe ser de más de 8
atmósferas.
La relación de transformación de los componentes del GLP del estado líquido al
estado gaseoso, un litro se transforma en 272,6 litros de gas para el propano y 237,8
litros de gas para el butano, pero comercialmente, al referirse al propano se habla de
una mezcla del 80% de hidrocarburos C3 y un máximo del 20% de hidrocarburos C4.
Por su parte, lo que se vende bajo la denominación butano es un líquido que consta de
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un mínimo del 80% de hidrocarburos C4 y un máximo del 20% de hidrocarburos C3.
Las proporciones anteriores pueden variar en función de la aplicación que se le de al
gas.
El poder calorífico de los gases que componen el GLP a nivel comercial es:
Butano comercial, el poder calorífico inferior (P.C.I.) es: 10.938 Kcal/Kg y
el poder calorífico superior (P.C.S.) es: 11.867Kcal/Kg.
Propano comercial, el poder calorífico inferior (P.C.I.) es: 11.082 Kcal/Kg y
el poder calorífico superior (P.C.S.) es: 12.052 Kcal/Kg.
Aproximadamente, 1 Kg. de propano equivale a la energía proporcionada por:
1,22 m³ de gas natural, 1,27 Kg. de fuel-oíl, 1,2 m³ de gas ciudad, 1,14 Kg. de diesel, 3
a 6 Kg. de leña, 14 kWh de electricidad o 2 Kg. de carbón.
Forma de Obtención.
El GLP o gas licuado de petróleo como se menciona anteriormente está
compuesto principalmente por propano y butano, éste se obtiene principalmente del gas
natural, pero también se puede obtener del crudo como gas asociado, debido a que el
propano y butano son elementos ligeros que al estar en condiciones de presión y
temperatura atmosférica se evaporan y separan de los componentes mas pesados del
crudo como los pentanos y hexanos (entre otros) en un gran porcentaje, por lo que se
puede hablar en este trabajo de investigación, de dos formas de obtención, las cuales
se especifican en detalle a continuación:
Si el GLP está asociado con el gas, éste se obtiene por separación
natural cuando la presión y la temperatura a la que se encuentra el gas se
acerca a la atmosférica, por ser el butano y propano dos de los componentes
mas pesados del gas, por esto se separa de los livianos en estado líquido, luego
se pasa el gas por un sistema de destilación o fraccionamiento conocido como
depropanizador o deetenizador, éste consiste en unas torres de destilación en
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las cuales, por medio de procesos químico-físicos se realiza una separación
mas completa.
Las torres de fraccionamiento son separadores que están diseñados para dividir
el gas en su forma mas básica, para ello, cada una cuenta con un condensador en la
parte superior para enfriar el gas y terminar de extraer los productos que se requieren,
también posee un calentador o reboiler en la parte inferior para calentar el líquido
obtenido en la parte inicial de la separación y de esa manera pasan los productos en
estado gaseoso a la parte superior de la torre, esto es para cumplir con las
especificaciones de los combustibles y una serie de filtros que se encargan de realizar
la separación primaria de gas y líquido dentro de la torre. Para cumplir con las
especificaciones requeridas del producto que se desea separar a menudo se necesita
de un tren de fraccionamiento, el cual, no es mas que la sucesión de diferentes torres
de fraccionamiento para aprovechar y extraer al máximo todos los productos del gas
natural.
Figura 1. Diagrama de una torre de fraccionamiento GPSA.
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Figura 2. Tren de fraccionamiento GPSA.
Si el GLP está asociado al crudo se realiza un proceso de destilación en
el cual el GLP es separado del crudo, a través de dicho proceso se obtiene GLP
por medio de la reformación que ocurre en el proceso catalítico y otra
considerable cantidad se obtiene del Crasking termay, terminándose la
extracción por medio de un proceso de absorción de aceite convencional o de
fraccionamiento sencillo.
Gasolina Natural
Butano Propano Recirculación de Vapor
Producto Mezclado
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Almacenamiento
El GLP puede ser almacenado y utilizado tanto en estado gaseoso, como en
estado líquido, la diferencia entre los estados radica en las condiciones bajo las cuales
es almacenado o utilizado, los factores que determinan el estado son la presión y
temperatura.
Para el estado gaseoso del GLP la temperatura y presión son la del ambiente.
Para el estado líquido del GLP La temperatura puede ser la atmosférica pero la
presión debe ser igual o mayor a 250 PSI.
La ventaja de almacenarlo en estado líquido es que se puede guardar mas
cantidad que en estado gaseoso y los recipientes de almacenamiento son
prácticamente iguales a excepción de las condiciones previamente mencionadas.
Estos contenedores se clasifican de la siguiente manera:
Tanque Sobre la Superficie: éstos están expuestos a la atmósfera y el
rango de presión para lo que se diseñan en el manejo de GLP es de 250 PSI y
están normalmente fabricados con plástico y acero. Entre estos tanques o
contenedores se señalan los siguientes: esféricos, cilíndricos horizontales y
cilíndricos verticales.
Estos también se clasifican en: tanques de baja presión los cuales reutilizan
cundo se requiere almacenar a presión atmosférica o similar a ésta, éstos son por los
general tanques cilíndricos; los tanques de presión media tienen un rango de trabajo
entre 2,5 a 15 PSI y son principalmente utilizados para el almacenamiento de productos
altamente volátiles o por condiciones del proceso se deben almacenar en presiones
mas elevadas a la atmosférica, éstos son comúnmente esféricos; y los de alta presión
que son los que almacenan productos a mas de 15 PSI por lo general se utilizan en los
procesos de refinación, y pueden ser cilíndricos o esféricos.
Los tanques superficiales también se clasifican de acuerdo con su forma en:
esféricos, esferoides, cilíndricos y subterráneos.
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Esféricos: Son usados por lo general para almacenar
productos con presiones mayores a 5 PSI, una representación de estos
tanques se puede ver en las figura N° 03.
Figura 3. Tanque de almacenamiento Esférico.
Esferoides: Se utiliza por lo general para almacenar
productos con presiones mayores a 5 PSI en lugares amplios y posee
refuerzos internos, una represtación de estos tanques se puede observar
en la figura N° 04.
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Figura 4. Tanque de almacenamiento Esferoidal
Cilíndricos: Se utilizan por lo general para presiones de 15 a
1000 PSI y por lo general tienen cabezas hemisféricas, como se aprecia
en la figura N° 05:
Figura 5. Tanque de almacenamiento Cilíndrico Horizontal.
Los Tanques Subterráneos: son aquellos que como su nombre lo dice
están debajo de la superficie, para ganar espacio y permite mantener la
refrigeración adecuada de manera mas fácil, para el GLP se utiliza mas el de
cavernas de minerales, estos pueden manejar los tres rangos de presiones de
los tanques superficiales.
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Las ecuaciones que rigen el comportamiento y dimensionamiento de los tanques
son las siguientes:
Presión de trabajo: Este término se refiere a la presión en que debe trabajar el
tanque para no sufrir fallas y evitar causar la pérdida de producto y daños al ambiente,
está definida por la siguiente ecuación:
En donde:
Si Bmin es igual a mayor a ∆ entonces la presión de trabajo será igual a:
Volumen: este término se refiere a la cantidad de producto o material que va ser
almacenada en el tanque, de acuerdo a la forma del tanque la ecuación es la siguiente:
Para un tanque cilíndrico:
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Para un tanque esférico:
Donde:
r: Radio
h: Altura
Espesor de Pared: este término nos permite saber el espesor requerido para el
material del cual estará hecho el tanque, y se define de acuerdo a la siguiente ecuación:
Donde:
Transporte y Distribución.
El GLP puede ser transportado de diversas maneras ya que, tanto en estado
líquido como en estado gaseoso, todo depende de las condiciones en las cuales se
desea transportar, pudiendo éste ser llevado por barco si son largas distancias o por
gasoducto, poliducto o oleoducto, los medios de transporte más comunes para llevar a
cabo ese objetivo en nuestro país de forma interna son:
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Terrestres.
Gasoducto u Oleoducto: dependiendo del estado en que el GLP se
encuentre aplica un término o el otro, en líneas generales, se trata del transporte
y distribución por medio de líneas y redes de tuberías.
Por Vehículos: Es el transporte por medio de camiones especiales
equipados para llevar combustibles, tal cual los camiones que distribuyen la
gasolina a las estaciones de servicios y plantas.
Marítimo.
Este transporte consiste en la utilización de barcos o buques tanqueros, estos
navíos poseen una estructura, la cual consiste en una serie de tanques diseñados de
acuerdo a la carga que va a manejar tanto en volumen como tipo; si la carga es crudo
los tanque por lo general son cilíndricos, mientras que los de gas son esféricos esto es
debido a la presión y como el estado físico de los combustibles afecta a la estructura
del tanque de almacenamiento en cuestión. Estos barcos utilizan en la actualidad
motores duales o con turbinas a vapor en donde la fuente de energía es gas que se
produce en los tanques, con el fin de mantener la presión en dichos tanques en el rango
requerido.
Para transportar el GLP se debe tener en cuenta los siguientes aspectos:
1. Que el GLP es una sustancia altamente inflamable.
2. La elevación de temperatura incrementa la presión en el
contenedor del combustible al expandir el contenido.
3. Las válvulas de líquido deben ser abiertas lentamente para
evitar excesos en el flujo del líquido.
4. No se debe sobrecargar los tanques de GLP, solo llenarlos
hasta el nivel máximo correspondiente.
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5. Se debe estar seguro de que todas las conexiones están en
buen estado.
6. Sólo se debe utilizar equipo eléctrico de clase D.
7. Si existen partes que estén deterioradas del equipo deben
ser remplazadas.
En nuestro país las principales formas de transporte para combustible utilizadas
son oleoductos, poliductos y gasoductos, entre los estados e inter-estado es por medio
de camiones especiales equipados para el transporte de combustible, esto se puede
visualizar mejor en la figura N° 06 en la cual está reflejada la estructura de transporte y
distribución de combustible en nuestro país. El uso de una distribución de transporte
basada en las formas antes mencionadas tiene su origen en la geografía de Venezuela
por su compleja estructura de regiones montañosas y cuencas, así como, las zonas en
las cuales se extraen los combustibles, bien sea petróleo, gas, betumen, carbón, entre
otros y la ubicación de las refinerías en donde éstos son procesados para ser
convertidos en gasolina, aceites y otros derivados de los productos primarios
mencionados anteriormente, es decir, los hidrocarburos, ha permitido que la
combinación de las formas de transporte antes señalas sean idóneas hasta ahora.
En las figuras N° 07, 08, y 09 se puede apreciar parte de la utilización de los
diferentes transportes en el mundo.
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Figura 6. Mapa de Producción y transporte de hidrocarburos de Venezuela.
Figura 7. Camión de transporte de combustible
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Figura 8. Barco Tanquero de Gas y GLP
Figura 9. Esquema de Barco Tanquero de Gas y GLP.
Producción de GLP en el País.
Venezuela es un país productor de petróleo, de gas y sus derivados, entre estos
tenemos el GLP, cuya producción en el país es de alrededor de 4.6 MMtn por año y se
estima que ésta aumente debido a las nuevas tecnologías y planes de desarrollo que
35
tiene pensado implementar el gobierno nacional y las empresas transnacionales en el
país.
De acuerdo con el plan de inversiones y negocios de PDVSA la producción
actual de gas natural del país, es de unos 6300 millones de pies cúbicos de gas por
día, se incrementará para el año 2012 a 11.500 millones de pies de gas por día, esto
implica que la producción de GLP así como de los demás derivados del gas natural
también se incrementarán aproximadamente en un 1.3 MMtn por año, por lo tanto, se
asume que el país contará con un buen suministro de este precioso recurso cuyas
reservas se estima duren unos 60 años como mínimo.
El plan de PDVSA mencionado en el punto anterior tiene además contemplado a
parte de la extracción de GLP asociado al gas en las refinerías lo cual aumentaría para
el año 2012 estimando un aumento si las condiciones se presentan en al menos 300
MDB.
La producción actual de productos líquidos del gas natural en la actualidad es
utilizada para procesos de refinación en el palito, el suministro de gas a hogares que no
están conectados a la red nacional de distribución y la importación a países como
Bolivia y Guatemala, inciden en la implantación de nuevas plantas de generación en el
país, así como, el incremento de producción permite la oportunidad de usarlo como
fuente de combustible interno para las plantas y disponer de los demás derivados del
hidrocarburo generando divisas al país por medio de la exportación.
36
Figura 10. Plata Procesadora de GLP www.gasnet.com
Usos del GLP.
El GLP es uno de los combustibles mas utilizados a nivel mundial, este tiene
múltiples usos en diferentes formas, en esta investigación se mencionarán algunos de
los usos principales de este combustible:
Obtención de olefinas, utilizadas para la producción de numerosos
productos, entre ellos, la mayoría de los plásticos hechos en el país.
Combustible para automóviles.
Combustible de refinería.
Combustible doméstico (mediante bombonas o redes de distribución).
37
Plantas de Generación.
Las plantas de generación es el término utilizado para referir a las diferentes
estructuras creadas para la generación de energía eléctrica, por medio de la
transformación de energía térmica o mecánica.
Tipos de Plantas de Generación en el país.
La infraestructura eléctrica nacional, fue basada primordialmente en el desarrollo
de la energía hidroeléctrica, debido a los abundantes recursos hídricos disponibles en el
país, tanto en el sur, como en los Andes venezolanos, y a los cuantiosos recursos
financieros que tenia el país en la década de los años 60. Durante anos la política de
los gobiernos nacionales de turno fue utilizar la energía hidráulica al máximo, tendiendo
líneas de alta tensión a través del territorio nacional, cuyo eje de partida fueron las
plantas del Gurí. En menor escala se desarrolló la energía térmica basada en los
inmensos recursos de petróleo y gas que la nación posee. Este desarrollo fue muy
tímido, dado que el mismo se entendía como un paso temporal, para solucionar los
problemas de energía puntuales en algunas áreas, mientras la energía hidráulica podía
hacerse presente en el sitio, esto originó que el parque térmico del país no se
desplegara armónicamente, no se reemplazaran las unidades oportunamente y no se
ampliaran las fuentes de energía primarias (explotación nuevas minas de carbón,
desarrollo de campos para la producción de gas, etc.). En el inicio del siglo veintiuno, y
a raíz de un periodo de sequía muy fuerte, ocasionado por el fenómeno natural “el
niño” y los últimos cambios climáticos, se demostró que la explotación de los
reservorios hídricos había sido irracional y que en Venezuela era necesario desarrollar
la energía térmica, tanto para compensar la problemática de los reservorios, como para
no limitar el progreso del país. Debido a lo expresado anteriormente, las plantas de
generación de energía instaladas en el país son hidráulicas, estas son la columna
vertebral del sistema eléctrico nacional, y térmicas de ciclo simple, de vapor o de
38
turbinas a gas, con eficiencias térmicas de 25 al 30%, y cuyo combustible es gas
natural o fuel-oil.
Hidroeléctricas.
Una central hidroeléctrica es aquella que se utiliza para la generación de energía
eléctrica mediante el aprovechamiento de la energía potencial del agua embalsada en
una presa situada a más alto nivel que la central hidroeléctrica donde el agua se lleva
por una tubería de descarga a la sala de máquinas de la central y mediante enormes
turbinas hidráulicas se produce la generación de energía eléctrica en alternadores.
Las partes principales de una central hidroeléctrica tal como se mencionaron
anteriormente son: el embalse, la represa, rejas filtradoras, conducto de agua a las
turbinas, turbinas, eje de conexión de las turbinas al generador, generador,
transformadores y líneas de transporte.
Características
Las dos características principales de una central hidroeléctrica, desde el punto
de vista de su capacidad de generación de electricidad son:
La potencia, que es función del desnivel existente entre el nivel medio del
embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central y del caudal máximo
turbinable, además de las características de la turbina y del generador.
39
La energía garantizada en un lapso determinado, generalmente un año,
está en función del volumen útil del embalse y de la potencia instalada.
La potencia de una central puede variar desde unos pocos MW (megavatios),
hasta decenas de estos.
En Venezuela se encuentra la Central Hidroeléctrica Raúl Leoni, localizada en el
estado Bolívar, en el rió Caroní, aumenta con 20 unidades de generación y 10.200 MW
de capacidad instalada es la segunda central hidroeléctrica en el mundo y suple los
requerimientos energéticos del país, alrededor del 84 % de la demanda venezolana, es
cubierto por la generación hidráulica. En Paraguay y Brasil se encuentra la mayor
central hidroeléctrica del mundo, la Itaipú que tiene una potencia instalada de 14.000
MW en 20 turbinas de 700 MW cada una.
Figura 11. Esquema de composición de una planta de generación hidroeléctrica tomada
de la UNAS.
40
Figura 12. Central Hidroeléctrica Simón Bolívar
Figura 13. Tipos de Turbinas Hidráulicas
Centrales Termoeléctricas.
Una central termoeléctrica es una instalación donde se genera energía eléctrica
a través de energía calórico, producida, normalmente, mediante la combustión de algún
41
combustible fósil como petróleo, gas natural o carbón, empleando para ello un ciclo
termodinámico, por medio del cual se mueve un alternador para producir energía
eléctrica.
Las centrales térmicas son consideradas las más económicas y rentables, por lo
cual son utilizadas a nivel mundial tanto por los países económicamente avanzados
como por los que están en vías de desarrollo; pero sin embargo, se les han realizado
fuertes críticas debido a su elevado impacto en el medio ambiente.
En la actualidad se están construyendo numerosas centrales termoeléctricas de
las denominadas de ciclo combinado, ellas son un tipo de central que utiliza gas natural,
gasóleo o incluso carbón preparado como combustible para alimentar una turbina de
gas. Como los gases tienen todavía una temperatura muy alta, se usan para producir
vapor que mueve una segunda turbina de vapor. Cada una de estas turbinas está
acoplada a su correspondiente alternador para producir la electricidad como sucede en
una central termoeléctrica clásica.
Como la diferencia de temperatura que se genera entre la combustión y los
gases de escape es más alta que en el caso de una turbina de gas o una de vapor, se
consiguen rendimientos muy superiores, estimado en el orden del 55%, lo cual
representa una buena eficiencia.
Características
Las principales características de las plantas de generación termoeléctricas son:
42
Las plantas termoeléctricas necesitan de una fuente de combustible fósil,
que puede ser sólido, líquido o gaseoso, esto depende de la configuración de las
plantas.
Las plantas de generación termoeléctrica siempre deben poseer un medio
de enfriamiento, el cual por lo general está conformado por agua y aire.
Las plantas termoeléctricas generan desperdicios producto de la
combustión de los combustibles fósiles, los cuales van al ambiente.
Las plantas de generación, en la actualidad son de dos tipos clásicas o de
ciclo combinado, esto depende de la tecnología y la combinación de los equipos
que la conforman.
La generación de energía se realiza por medio de turbinas de gas o vapor
que están conectadas a un generador y éstos a su vez a transformadores de
energía.
Componentes principales de las Plantas de Generación Termoeléctricas a Vapor.
Los componentes principales de las plantas de generación termoeléctrica son:
Caldera de combustión: es la encargada de quemar el combustible para
así calentar el agua y producir vapor en las plantas clásicas, en la figura N° 14 se
observa el esquema de una caldera clásica.
43
Quemador: es un dispositivo para quemar combustible líquido, gaseoso o
ambos (excepcionalmente también sólido) y producir calor generalmente
mediante una llama.
Figura 14. Esquema de una caldera
Turbinas: estas son máquinas de fluido, a través de las cuales pasa un
fluido en forma continua y éste le entrega su energía a través de un rodete con
paletas o alabes, para ser transformado luego en electricidad. En la figura 15 se
puede observar un esquema de una turbina convencional.
44
Figura 15. Esquema de una turbina
Alternador: es una máquina destinada a transformar la energía mecánica
en eléctrica, generando, mediante fenómenos de inducción, una corriente
alterna.
Sistema de refrigeración (puede ser de caudal abierto o mediante torres
de refrigeración): es el sistema encargado de nivelar la temperatura en las
diferentes áreas del proceso para ello puede utilizar tanto aire como agua.
Instalaciones de control, protecciones eléctricas y equipos auxiliares: son
las encargadas de monitorear las funciones de la central.
Área de tratamiento de agua: es la zona donde se restaura en gran parte
el agua utilizada en el proceso de vaporización del agua.
45
Área de tratamiento de combustible: es el área destinada a la purificación
y preparación del combustible.
Área de tratamiento de aceite: es el sistema purificador del aceite usado
por la planta en los compresores, bombas, entre otros.
Área de protección contra incendios: es la zona en donde está la central
que monitorea la estación en caso de incendio brindando protección a los
trabajadores y una ruta segura de escape de ser necesario.
Área de combustibles (normalmente, con más de dos opciones de
alimentación): es la denominación de la zona donde se recibe y almacena el
combustible.
Sistema de acondicionamiento de aire para el compresor axial: es la zona
donde el aire que se va a manejar por los compresores es purificado evitando el
desgaste innecesario de los equipos, por la entrada de polvo y otras impurezas.
Los componentes principales de una Central Termoeléctrica con Turbina a
Gas/gasoil son:
o Turbina de combustión: este equipo está constituido por un sistema
de arranque, diesel o eléctrico que lleva la turbina a un 30% de velocidad
nominal, un compresor axial que proporciona aire a presión necesario
para la combustión, un sistema de combustión compuesto por una o
varias cámaras de combustión, donde se mezcla el combustible y el aire
a presión y se realiza la combustión una turbina de potencia, un sistema
de escape de gases calientes y en algunos casos una caja de engranaje
para acoplar la velocidad de la turbina a la velocidad del alternador
eléctrico.
Alternador
Instalaciones de control, protecciones eléctricas y equipos auxiliares
Sistema de enfriamiento de aceite lubricante
46
Área de combustibles (normalmente, con mas de dos opciones de
alimentación)
Sistema de Extinción de incendios
Sistema de acondicionamiento de aire para el compresor axial.
Figura 16. Grafica de una turbina a gas marca GE con tecnología tipo F y una
capacidad de hasta 255 MW ISO.
Figura 17. Nueva turbina GE LMS100 con la máxima eficiencia en ciclo simple.
47
Figura 18. Valores garantizados para la turbina a gas GE LMS 1000 y su configuración
básica.
Ciclo de Generación
Ciclo de generación, es la denominación que se le otorga a los ciclos termodinámicos empleados en las plantas de generación para su diseño, ya que en éstos se toman en cuenta todos los equipos y la configuración mas idónea de los mismos para que la planta tenga un funcionamiento óptimo.
48
Tipos de Ciclos en Plantas de Generación.
Actualmente se emplea a escala mundial para plantas de generación
termoeléctricas dos tipos de ciclos, los cuales presentan diversas configuraciones en los
equipos que conforman la planta según su área de ubicación, estos ciclos se describen
a continuación.
Ciclo Clásico: éste es básicamente un ciclo termodinámico sencillo en donde la
planta funciona obteniendo energía de una sola fuente en una forma de operación
constante de acuerdo al suministro de combustible como se puede observar en la figura
N° 19.
Figura 19. Ciclo de Generación Clásico
Ciclo Combinado: es un ciclo de generación en donde co-existen dos ciclos
termodinámicos en un mismo sistema: uno cuyo fluido de trabajo es por lo general el
vapor de agua y otro cuyo fluido de trabajo es un gas producto de una combustión.
49
Figura 20. Ciclo de Generación Combinado.
Impacto ambiental.
Las plantas termoeléctricas tienen una emisión de residuos hacia la atmósfera
producto de los propios procesos de combustión que se llevan a cabo en estas
centrales, los cuales tienen una incidencia importante sobre el medio ambiente. Para
minimizar los daños que estas plantas provocan al medio ambiente, se incorporan a las
instalaciones diversos elementos y sistemas; pero el problema de la contaminación es
mayor en el caso de las centrales termoeléctricas convencionales que utilizan como
combustible carbón. Además, la combustión del carbón tiene como consecuencia la
emisión de partículas y ácidos de azufre que son altamente contaminantes para el
ambiente. En las centrales de fuel-oil los niveles de emisión de estos contaminantes
son menores, aunque ha de tenerse en cuenta la emisión de óxidos de azufre y hollines
ácidos, los cuales también inciden en el medio amiente. Ahora bien, en las plantas de
gas estos elementos contaminantes están ausentes lo cual ha resultado altamente
beneficioso para el medio ambiente, en todo caso, en mayor o menor medida todas
ellas emiten a la atmósfera dióxido de carbono, CO2. Según el combustible, y
50
suponiendo un rendimiento del 40% sobre la energía primaria consumida, una central
térmica emite aproximadamente:
Tabla 1. Emisiones de Contaminantes al ambiente
Las centrales de gas natural pueden funcionar con el llamado ciclo combinado,
éste permite rendimientos mayores (de hasta un poco más del 50%), lo que hace
menos contaminante a las centrales que funcionan con dicho combustible.
Ventajas y desventajas de las plantas con turbinas a gas con respecto a otras
Plantas.
Ventajas.
La inversión inicial es menor, ya que los equipos se fabrican en
serie y se ensamblan por paquetes en fábrica, en el campo sólo se
adaptan a las condiciones ambientales. Su principio de construcción es
simple, aún cuando su fabricación demanda el uso de alta tecnología.
51
La construcción de las centrales con turbinas a gas es sumamente
sencilla, ya que su peso es distribuido en el patín y no ameritan grandes
trabajos civiles. Presentan el mejor índice de potencia por unidad de peso.
Su puesta en servicio es sumamente rápida en comparación con el
resto de las centrales.
En combinación con turbinas de vapor, dan origen al llamado ciclo
combinado, que resulta mucho mas eficiente que una termoeléctrica
convencional disminuyendo las emisiones al medio ambiente. Aún
cuando en los últimos eventos del área la empresa General Electric, ha
presentado la turbina tipo LMS, ésta es una mezcla de la turbina industrial
convencional y las turbinas de aviación, con una eficiencia en ciclo simple
de un 46%, convirtiéndose en la más eficiente en su tipo.
Desventajas
El uso de combustibles fósiles genera emisiones de gases de efecto
invernadero y de lluvia ácida a la atmósfera.
Presenta altos costos de operación y mantenimiento. El empleo de
combustibles fósiles en el proceso de transformación de energía y los
altos costos de éstos, así como los costos de reemplazo de partes y
componentes de alta tecnología, inciden en los altos costos de operación
y mantenimiento. Normalmente este tipo de planta se utiliza para cubrir los
picos de demanda.
52
Las emisiones térmicas y de vapor en el caso de ciclos combinados
pueden alterar el microclima local y afectan negativamente a los
ecosistemas fluviales debido a los vertidos de agua caliente en éstos.
Los combustibles fósiles son una fuente de energía finita, por lo
tanto, su uso está limitado a la duración de las reservas y/o su rentabilidad
económica.
Su rendimiento (en muchos casos) es bajo (comparado con el rendimiento ideal), a
pesar de haberse realizado grandes mejoras en la eficiencia (un 30-40% de la energía
liberada en la combustión se convierte en electricidad de media).
Diferentes Tipos de Plantas Termoeléctricas en el País.
En Venezuela existe en la actualidad básicamente dos tipos de plantas
termoeléctricas para la generación de energía: las plantas termoeléctricas de
generación de vapor a ciclo clásico y las plantas termoeléctricas de ciclo combinado.
Estas plantas son conocidas como clásicas, estas poseen un ciclo compuesto
por una caldera, recalentadores, economizadores, condensadores, bombas y turbinas
de vapor y funciona de la siguiente manera; la caldera calienta el agua suministrada al
sistema, ésta llega a la turbina de vapor, es decir, la turbina que transforma la energía
del vapor en energía mecánica al estar conectada a un alternador en electricidad,
mientras el vapor al salir de la turbina pasa por un economizador, el cual calienta el
fluido que entra en la caldera y enfría el que sale de la turbina, este fluido pasa por los
53
intercambiadores de calor y al final por la torre de enfriamiento en donde es regenerado
en su mayoría y vuelve a comenzar el ciclo.
Figura 21. Planta de Generación termoeléctrica a Carbón.
Las plantas termoeléctricas de ciclo combinado:
Estas plantas operan con un ciclo de gas que genera energía eléctrica mediante
una turbina de gas y el ciclo de vapor de agua lo hace a través de una o varias turbinas
de vapor. El principio sobre el cual se basa para cumplir con el proceso consiste en
utilizar los gases de escape a alta temperatura de la turbina de gas para aportar calor a
la caldera o al generador de vapor de recuperación, lo que a su vez alimenta con vapor
a la turbina de vapor.
La principal ventaja que presenta la utilización del ciclo combinado es su alta
eficiencia, ya que se obtienen rendimientos superiores al rendimiento que ofrece una
central de ciclo único y mucho mayor al rendimiento que se obtiene al emplear una
turbina de gas. Por lo tanto, las plantas termoeléctricas de ciclo combinado son mas
54
efectivas o eficientes, es decir, producen una mayor y mejor rentabilidad en la
generación de energía eléctrica.
Por otro lado, al aumentar la temperatura de entrada de los gases en la turbina
de gas, se puede obtener un rendimiento exacto en las turbinas de gas más modernas
de un 57,3%. Este rendimiento implica una temperatura de unos 1.350 ºC a la salida de
los gases de la cámara de combustión. La limitación que actualmente se presenta y que
no se a podido superar es la resistencia para soportar esas temperaturas por parte de
los materiales cerámicos empleados en el recubrimiento interno de las cámaras de
combustión de dichas turbinas lo que representa un problema en el proceso de
generación de energía en las plantas por que limita la eficiencia en los ciclos de
generación con los que éstas fueron diseñados, por lo tanto, se restringe la energía que
las turbinas de gas pueden producir.
Figura 22. Planta de Generación termoeléctrica de Ciclo Combinado.
Fuentes de energía de las Plantas de Generación en el País.
55
En Venezuela existen diversas fuentes de combustibles para plantas de energía
entre las cuales se puede:
Carbón.
Poder Calorífico: de acuerdo a su rango el poder calorífico es de
Poder
Calorífico
Cal/Kg.
Lignito
2000-4000
Hulla
3500-7500
Antracita
7000-8350
Tabla 2. Poder calorífico del carbón.
Características: es una roca sedimentaria combustible con más del 50% en peso
y más del 70% en volumen de materia carbonosa, formada por compactación y
maduración de restos vegetales superiores como consecuencia de la evolución de esta
materia orgánica de origen vegetal que se acumula en determinadas cuencas
sedimentarias.
Estas son algunas de las propiedades del carbón según su rango:
Lignito Hulla Antracita
Densidad 1.1-1.3 1.2-1.5 1.4-1.8
Humedad
(%)
20-50 3-25 3-5
% C 27-31 37-86 89-98
% Volátiles 25-55 25-50 2-14
Tabla 3. Propiedades del carbón.
56
Gasoil
Poder Calorífico: su poder es de alrededor de 10200 Kcal/Kg
Características:
1. Presenta una óptima calidad de ignición: la combustión o
quema se inicia rápidamente tras la inyección.
2. Proporciona quema limpia y completa, produciendo el
mínimo de residuos, depósitos y cenizas.
3. No es corrosivo ni produce gases tóxicos y corrosivos en su
combustión.
4. No contiene agua y sedimentos que ocasionarían la
interrupción de su flujo.
5. Es seguro y fácil de manipular y almacenar.
Requerimientos Eléctricos del País.
De acuerdo con las proyecciones de OPSIS (Oficina de Operación de Sistemas
Interconectados) en los próximos años el requerimiento de energía eléctrica se elevará
en un factor promedio del 4.6 %, esto representa un incremento anual de 5.420 GWh
(618 MW), que deber ser aportado por la generación térmica, puesto que las fuentes
hidráulicas ya han sido desarrolladas. Este incremento, el cambio de tecnologías de
explotación de los yacimientos maduros de petróleo en el occidente del país y el
desarrollo de nuevos campos petroleros y de gas en el oriente de la nación,
incrementará la demanda a corto plazo en mas de 3000 MW, especial atención debe
darse al occidente del país donde el suministro de energía eléctrica se hace a través
57
de líneas de alta tensión, cuya capacidad llegó al limite, tomándose la decisión por
parte de Ministerio del Poder Popular para la Energía y Petróleo de construir cuatro
plantas térmicas en el estado Zulia en ciclo combinado, una de las cuales entró en
operación el 16/06/2007.
Importancia de la utilización de los diferentes recursos energéticos que existen
en el país para la creación de plantas de energía.
A efecto de suplir la demanda se requiere construir nuevas plantas de
generación eléctrica, de acuerdo a los nuevos estándares de conservación del medio
ambiente. Evidentemente la construcción de cada una de esas plantas se estudió
sobre el recurso energético que le servirá de combustible, esto trae como consecuencia
que las fuentes tradicionales de combustible para las plantas de generación sean
reevaluadas y se utilice una fuente mucho mas limpia, es entonces cuando entran en
juego los diferentes recursos energéticos con los que el país cuenta, esto permitirá no
solo que el país cumpla con los parámetros de la comunidad internacional, sino que,
garantiza la pluralidad del sistema lo cual disminuirá las fallas en el mismo.
La utilización de varios recursos energéticos para la realización de un mismo fin
como es el suplir la demanda de energía del país, la cual es creciente cada año, no solo
cumple con ese objetivo sino que le otorga al país una infraestructura energética mas
fuerte y resistente de la que posee actualmente y ayuda a movilizar toda la industria
interna de transporte, consumo y producción, tanto de combustibles como de servicios,
generando un mejor desarrollo económico en el país.
Características Principales de las fuentes de generación.
Densidad:
La palabra densidad ( ) es empleada para definir la cantidad de masa
contenida en un determinado volumen, esta puede expresarse en términos absolutos o
58
relativos. Un manera sencilla de visualizar esto es con un objeto pequeño y pesado,
como una piedra o un trozo de plomo, es más denso que un objeto grande y liviano,
como un corcho o un poco de espuma.
Densidad absoluta
La densidad absoluta o densidad normal se expresa en masa por unidad de
volumen. Cuando no se hace ninguna aclaración al respecto, el término densidad suele
entenderse en el sentido de densidad absoluta, y se representa mediante la siguiente
formula:
Densidad relativa
La densidad relativa o aparente es la relación entre la densidad de una sustancia
y la densidad del agua, resultando una magnitud adimensional. La densidad del agua
tiene un valor de 1 kg/l —a las condiciones de 1 atm y 4 °C— equivalente a 1000 kg/m3.
Aunque la unidad en el SI es kg/m3, también es costumbre expresar la densidad de los
líquidos en g/cm
La densidad de los gases es fuertemente afectada por la presión y la
temperatura. Esto se puede apreciar en la ley de los gases ideales que describe
matemáticamente la relación entre estas tres magnitudes:
Donde:
R: Constante universal de los gases ideales
59
P: Presión del gas
m: Masa molar
T : Temperatura absoluta
Poder Calorífico (Cp):
El calor específico de una sustancia es una magnitud física que indica la
capacidad de un material para almacenar energía interna en forma de calor, es decir, la
energía necesaria para incrementar en una unidad de temperatura una cantidad de
sustancia; usando el SI es la cantidad de julios de energía necesaria para elevar en un
1 K la temperatura de 1 kg de masa. Se la representa por lo general con la letra c.
Donde:
El calor específico se mide a menudo en unidades de masa: ya sea en gramos o
en kilogramos, ambos del SI. Especialmente en química, sin embargo, conviene que la
unidad de la cantidad de sustancia sea el mol al medir el calor específico, el cual es un
cierto número de moléculas o átomos o de moléculas de la sustancia. Cuando la unidad
de la cantidad de sustancia es el mol, el término a usar es calor específico molar.
Balances de Masa:
El balance de masa se basa en la ley de la conservación de la masa, ella
establece que “en toda reacción química la masa se conserva, es decir, la masa
consumida de los reactivos es igual a la masa obtenida de los productos”, por lo
60
tanto, en un volumen de control determinado la masa entrante es igual a la masa
saliente. Así pues en un ciclo como el de las plantas de generación todo fluido utilizado
tanto como combustible, como lubricador o enfriador sale en la misma proporción en la
que fue utilizado.
Balance de Energía:
Este se basa en la ley de la conservación de la energía que establece que “la
energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a
otra”, por tanto, en los ciclos de generación toda la energía que entra en éste se
transforma en calor y trabajo lo que da como resultado la misma energía utilizada desde
un inicio. La formula matemática para el cálculo de la energía es la siguiente:
Donde:
U: es energía
Q: Calor
W: Trabajo
Eficiencia del Ciclo de Generación:
En los ciclos de generación la eficiencia esta dada por la siguiente ecuación:
61
Donde:
Q = Calor Generado
W= Trabajo
Ef = Eficiencia
Requerimientos para las nuevas plantas de Generación
Acorde con los nuevos estudios y convenios establecidos a nivel mundial, las
plantas de generación termoeléctricas no sólo deben ser de mas alta eficiencia, sino
también deben disminuir la emisión de contaminantes a la atmósfera, esto con el
propósito de conservar el medio ambiente y ayudar a la reversión de los efectos de la
contaminación sobre el planeta.
La cantidad máxima de contaminantes para plantas de generación permitida por
los organismos internacionales y el Banco Mundial se puede ver en la siguiente tabla:
Parámetros de Polución Limites
Parámetros de Partículas 50 mg/Nm3
por unidad ≥50MWe entrada
100 mg/Nm3 por unidad <50 MWe)
Oxido Nitroso, NO2
- Carbon 750 mg/Nm3
(260 nanogramos por Joule (ng/J)
- Gasolina 460 mg/Nm3
(130 ng/J)
- Gas 320 mg/Nm3
(86 ng/J)
Dióxido Sulfúrico (SO2) No debe exceder 2000 mg/Nm3
Tabla 4. Limites de contaminantes para plantas de generación
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
El marco metodológico está fundamentado en los diferentes procedimientos que
se llevaron a cabo para desarrollar el estudio que nos permitirán determinar la
factibilidad de la utilización de GLP como una fuente de energía para las plantas de
generación eléctrica en el país.
Tipo de investigación.
En virtud de las características que revisten a este trabajo de investigación se
considera que el mismo está enmarcado en una investigación de tipo teórico-descriptiva
(Risquez de Morales y col., 1999), por que se busca medir el comportamiento de las
plantas de generación térmica en el país, así como el de las diversos combustibles que
éstas utilizan, describiendo las situaciones que se originan o suceden en las plantas
generadoras y es teórica ya que la base del estudio la constituye la teoría del diseño de
dichas instalaciones, así como los estudios del comportamiento de lo diferentes
combustibles.
Diseño de investigación.
En atención a la metodología empleada, es decir, según las técnicas y
procedimientos utilizados, el diseño de la investigación se cataloga como un diseño
bibliográfico ya que el mismo describe los elementos que componen o integran las
variables, obteniendo la información de material ya elaborado, “Un investigador no
puede ir recorriendo todo el planeta en busca de datos de producción o población para
hacer luego análisis comparativos; pero si tiene a su alcance una bibliografía adecuada
no tendrá obstáculos para contar con toda la información de referencia “ (Carlos Sabino,
Caracas. 1992).
RECOLECCION DE DATOS.
Según Risquez de Morales y Col. (1999). Los datos pueden obtenerse de fuentes
primarias, cuando son obtenidos del objeto de estudio en si, y de fuentes secundarios
cuando la información procede de investigaciones realizadas previamente que versan
sobre el tema y todo aquello que atañe al objetivo de estudio.
Para la realización de esta investigación se recolecto información prístina, así como
de textos y documentos actualizados publicados en paginas wed.
TECNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCION DE DATOS.
Las técnicas empleadas para la recolección de datos en esta investigación se
representan en los siguientes cuadros de acuerdo con cada objetivo planteado para la
realización de la misma:
Objetivo 1
Estudiar las posibles alternativas de suministro de GLP para el occidente del país.
Método Fase Propósito
Fuentes Primarias y
secundarias.
Estudio y análisis de las
posibles formas de
suministro de GLP y
otros combustibles al
occidente del país.
Determinar la factibilidad del
suministro de combustible de
forma continua al occidente del
país.
Objetivo 2
Realizar un estudio técnico-económico sobre la posibilidad de utilizar GLP como fuente de energía para plantas de generación eléctrica.
Método Fase Propósito
Fuentes Primarias y
secundarias.
Definición de los
diferentes combustibles y
sus ventajas.
Estudio y análisis de la
utilización de los
diferentes tipos de
combustibles.
Establecer la vialidad de los
combustibles para ser utilizados
en las plantas.
Objetivo 3
Determinar la combinación óptima de combustibles o el tipo de combustible
más viable, desde los puntos de vista técnico, económico y ambiental, como
fuente de energía para las plantas de generación eléctrica.
Método Fase Propósito
Revisión
bibliografica.
Utilización de
Simuladores.
Definir las variables de diseño.
Definir los combustibles a utilizar.
Definir los cambios en el diseño a ser
Determinar la mejor combinación de combustible y tecnología para las plantas de generación.
implementados.
CAPITULO IV
ANÁLISIS DE RESULTADOS.
Formas de suministro de GLP.
Disponibilidad de GLP.
De acuerdo al plan de negocios de PDVSA y sus reportes de producción
actualmente en el país se esta produciendo 171 MBD de GLP (Productos Líquidos del
Gas Natural), actualmente la mayoría de GLP se produce en el oriente del país
alrededor de 140 MBD y para el año 2012 se estarían produciendo un total de 422 MBD
de los cuales alrededor de 300 MBD de GLP se estarían extrayendo en el oriente.
La disposición o uso de la producción de GLP actual esta dada en la tabla
adjunta.
Cantidad Utilización
117 MBD Consumo Interno (Industria, Hogares,
entre otras).
54 MBD Exportación
Tabla 5. Utilización de GLP en Venezuela.
Basados en los planes de PDVSA para el 2012, y estimando un incremento del
consumo interno del 90% se podría disponer en el futuro de 200 MBD, exportando aun
los 54 MBD que se exportan actualmente.
El uso futuro de estos 200 MBD debe ser discutido, en principio, PDVSA ha
tratado de poner en práctica el proyecto de uso de gas para el transporte colectivo,
debemos señalar que este es el segundo intento sobre el mismo proyecto.
Un segundo uso puede ser el propuesto en esta tesis, disponiendo de los 200
MBD como combustible para las plantas de generación termoeléctrica del país que se
están estableciendo como lo son: Planta Termozulia II, Planta Tamare y Planta
Bachaquero.
Ubicación de los centros de producción y de consumo
Los centros de producción de GLP existentes en el país se puede ver reflejado
en el siguiente plano siendo las áreas más relevantes las a continuación mencionadas:
en el occidente el área de Mene Grande, el Golfo de Paria y Bachaquero e en el oriente:
Anaco, San Tome, Barinas y la Faja del Orinoco.
Figura 21. Ubicación de los centros de producción del país.
El GLP obtenido en el país actualmente es utilizado para consumo en hogares,
exportación y en las refinerías como combustibles en procesos. Como la propuesta de
esta tesis es su utilización en los centros de generación de energía termoeléctrica que
se piensan construir en el país lo cuales son los siguientes de acuerdo a los planes del
ministerio de energía y minas y PDVSA:
1. Termozulia I y II: ubicadas en estado Zulia, parroquia Chiquinquirá en la
Cañada de Urdaneta, en el complejo termoeléctrico General Rafael Urdaneta.
2. Planta costa Oriental: ubicada en la Costa Oriental del Lago de Maracaibo.
3. Planta Pedro Camejo: ubicada en la zona industrial de Valencia.
Figura 22. Ubicación de las nuevas plantas termoeléctricas.
Consumo estimado de combustible por planta
Las plantas de generación se están diseñando y construyendo en el país tienen un
tope de producción de energía de 500 MW, lo cual, de acuerdo con la tecnología actual
Nuevas Plantas Termoeléctricas
la máxima eficiencia lograda en ciclo para generación es de equivalente
aproximadamente a un 55 %, tomando esto como referencia, se procederá a realizar
un estudio ideal con la finalidad de tener valores referenciales de la cantidad de
combustible a utilizar y de esa manera poder realizar una comparación entre las fuentes
energéticas mas utilizadas para las plantas de generación, así como de los costos
implicados en el suministro de las mismas para las plantas y de esa manera poder
observar si es rentable el GLP como una fuente para las mismas, para ello se
procederá a calcular la cantidad de combustible necesaria para las plantas, basado en
la eficiencia del ciclo y en la cantidad de energía a producir, tal como se apreciara en la
tabla 5, para lo cual se aplicara la formula siguiente:
Ef = Q/W despejando que sabemos W y Ef tenemos
Ef x W = Q
Donde:
Q: Calor
Ef: Eficiencia
W: Trabajo
Al conocer la cantidad de energía que se debe generar y el calor específico de
cada sustancia se determina la cantidad de combustibles a utilizar.
Con el resultado obtenido se realizo la siguiente tabla en donde se puede
ver y comparar los costos de consumo de combustible diario de las plantas con
facilidad.
Combustible Cantidad Precio Total
GLP 7583,13 gal 86,71 $ el galón 657374,520 $
GN 2874,18 MM3 5 $ por 25,7 M3 798949.42 $
Carbón 3884,04 ton 50$ por ton 194202 $
Tabla 6. Cantidades de Combustibles y su costo.
Diseño de sitios de almacenamiento.
Los sititos de almacenamiento de GLP para las plantas de generación,
tienen que tener capacidad par por lo menos 35 a 45 dias de suministro lo que
equivale a 341240,85 galones a almacenar y deben ser similares en
especificación al siguiente diseño:
Dimensiones del tanque:
Figura 23. Medidas básicas de Tanques.
Cantidad de tanques:
Figura 24. Esquema de sitio de Almacenamiento.
3,39
1,1
0
0,24
3 m
8 m
Planta
Oficina
0 m cuadr.
Planta
La forma de distribución del GLP será a través de líneas de alimentación que
parten de los tanques con una escala para la conversión de líquido a gas para la
alimentación de las plantas como se muestra en el siguiente esquema:
Selección de forma de suministro
El transporte del GLP que se utilizaría para las plantas de generación pude ser
realizada mediante la vía marítima o vía terrestre. Dado los volúmenes de combustible
a consumir y a las reservas que por norma deben tener las plantas de generación,
normalmente de 15 a 30 días de operación continua, y a que geográficamente las
plantas a instalar están ubicadas en zonas distante de los centros de producción de
GLP, la mayor parte del GLP se generara en el oriente del país y las plantas están
ubicadas en el occidente, por lo tanto, la vía marítima es la mas aconsejable.
Por otra parte la ubicación geográfica de las plantas, las cuales se están
relativamente cerca una de las otras y debido a la dificultad de obtención de áreas de
terreno cercanas a las orillas del lago de dimensiones adecuadas y los riesgos
operacionales de almacenamiento de GLP, se considero adecuado el almacenamiento
del GLP en algunas de las áreas ya disponibles de PDVSA en occidente, La Salina,
Bajo Grande o el Patio de tanques de Ule.
En caso de ser necesario el transporte terrestre, para llevar el GLP desde el sitio
de almacenamiento a las plantas puede realizarse por dos vías, las carreteras mediante
camiones para transportar el GLP en estado liquido, así como por gasoducto o
oleoducto el cual, puede transportar el GLP en su estado de gas de forma mas efectiva.
Disponibilidad de gas y otros combustibles en el país.
En Venezuela se tienen diferentes combustibles que se pueden utilizar para las
plantas de generación termoeléctricas, como lo son: gasoil, diesel, carbón y gas natural.
De acuerdo con el mapa de producción y reservas energéticas del país,
Venezuela cuenta en las regiones de orientes y occidente con los siguientes recursos
energéticos que se pueden utilizar en plantas de generación termoeléctrica como
combustibles tales como: carbón, gas y petróleo, adicionalmente se cuenta con los
centros de refinación de hidrocarburos que producen diesel, gasoil, entre otros, cuya
ubicación se aprecia en la figura N° 26.
Figura 25. Mapa de reservas energéticas de Venezuela.
Figura 26. Mapa de refinerías de Venezuela.
Evaluación Técnico-Económica de la utilización de diferentes
Combustibles para las Plantas de Generación
Costo de sistema de almacenamiento y distribución de GLP.
El costo de almacenamiento del GLP es relativamente bajo en comparación con
el de otros combustibles es similar a del petróleo solo que en su estado sin refinar, y el
mantenimiento del sistema es muy sencillo y puede ser realizado por el personal que se
encargara del sistema de alimentación de las plantas. El costo del sistema propuesto
como modelo en esta tesis tiene una estimación de 100.000 millones de bolívares
fuertes y proveerá a la planta en su máxima capacidad con combustible por lo menos
30 días sin suministro de combustibles.
Costo de transporte GLP.
El transporte de GLP para los patios de almacenamiento de las plantas de
generación por vía terrestre seria requerido un proyecto a nivel nacional de para el
tendido de los oleoductos, y la construcción de múltiples plantas de bombeo lo que
tendría un costo muy alto para el país en construcción y mantenimiento, por otro
lado si se aprovecha la estructura de puertos existentes con los buques banqueros
el costo es menor y dado que las plantas estarán ubicadas en sitios de fácil acceso
por vías marina el costo del transporte del combustible en este caso GLP seria de
alrededor de 130.000 millones de bolívares fuertes.
Costo de almacenamiento y distribución de otros combustibles.
Para las plantas de generación se pueden utilizar otros combustibles como lo son
carbón, gas natural y diesel, el costo de estos combustibles tanto en almacenamiento
como distribución, expresados en millones de bolívares fuertes se puede ver en la
siguiente tabla:
Combustible Costo de
Almacenamiento
Costo de
Distribución
Carbón 50.000 1.5000
Gas Natural 100.000 200.000
Diesel 40.000 150.000
Tabla 7. Comparación de Costos de Otros Combustibles.
Estudio de la vialidad económica de la planta de generación utilizando GLP como
fuente energética.
El cálculo de los costos de una planta de generación eléctrica de 500 MW en
ciclo combinado, que usa como combustible principal gas y como combustible alterno
gasoil o fueloil, se ha tomado del reporte del Departamento de Energía de los Estados
Unidos DOE/EIA-0554(2009), fechado en Marzo 2009, ya que es el documento con
fecha más reciente y cuya confiabilidad y veracidad está demostrada. Los valores
tomados se pueden apreciar en el anexo A.
Dado que la planta a calcular es de 500 MW, y el costo por KW es de 948 USD,
la inversión será de 474 MMUSD, es decir, unos 1019,1 MMBsf. Este costo es
promedio, ya que los costos reales dependerán de la configuración y topología
seleccionadas y de la ubicación de la planta.
A efecto de realizar los cómputos correspondientes sobre la viabilidad financiera,
es necesario establecer una serie de parámetros, como:
Factor de carga. Debido a que las unidades de generación no estarán en todo
momento cargadas al 100% de su capacidad, este factor pondera esa condición
operacional, para efectos del cálculo se seleccionó un 85%.
Disponibilidad. Índice que considera las salidas forzadas, por mantenimiento de
las unidades, el tiempo empleado en la corrección de las fallas, la realización de
los servicios programados y el tiempo en que la unidad opera en condición
derateada. Se seleccionó para este caso un promedio de acuerdo a la
información del NERC- National availability and reliability Council es de un
86,81% para los años 2003-2007.
Tiempo de construcción de la planta. Para un ciclo combinado el estándar son
tres años de construcción.
Intereses del capital. Los proyectos de esta magnitud son financiados por entes
multilaterales, normalmente las tasas de interés son entre un 8% al 15%. Se
escogió un 10% de interés.
El tiempo de amortización del capital, con un valor remanente de un 30% al final
de la vida útil, representado por la ubicación, y las mejoras realizadas en los 15
años de funcionamiento.
Eficiencia térmica neta se estimó en 52%, con un consumo específico de 6563
btu/kwhr.
Los costos fijos de mantenimiento, que normalmente están conformados por los
costos de: labor del personal fijo de planta, repuestos para mantenimiento
programado e insumos imprescindibles para la operación de la planta, se
tomaron del informe DOE/EIA-0554(2009), debido a que la mayoría de ellos en el
país son importados, ellos representan anualmente la cantidad de 11,70
USD/KW, es decir, unos 5.850.000 usd/año.
No se considero ningún nivel de inflación.
El periodo de vida útil considerado es de 20 años, con un tiempo de
financiamiento de 15 años.
Se estimo un tiempo de instalación de 3 años considerado como normal para las
plantas de generación eléctricas de ciclo combinado.
Con base a los parámetros previamente establecidos se procedió a realizar un
analisis de la viabilidad financiera de una planta de generación utilizando GLP como
fuente energética, seleccionándose dos escenarios: en el primer escenario se incluyen
las condiciones actuales con las que se construyen las nuevas plantas de generación
eléctrica en el país, con una tarifa de 0,07 Bsf/Kwh, establecida y subsidiada por el
estado venezolano, se considero el precio oficial del GLP en el país y se considero que
el estado aportaría los recursos financieros desde un fondo gubernamental. Este
escenario dio como resultado que la planta presenta un valor presente neto de 1291,3
MMBsf contra un costo total de proyecto de 1103 MMBfs y con una tasa de retorno del
10,7%.
En el segundo escenario se tomaron en cuenta las condiciones internacionales
para este tipo de proyecto, se utilizaron los costos del GLP y la tarifa eléctrica a nivel
de generación vigente para el año 2007 del mercado internacional, obteniéndose como
resultado un valor presente neto de 2253,9 MMBsf, con un contra un costo de proyecto
de 1103 MMBsf y una tasa de retorno del 20.3%. Lo cual demuestra la rentabilidad de
las plantas. Las tablas utilizadas y los cálculos se pueden observar en los anexos.
Comparación de los Datos de las Diferentes Plantas de Generación térmicas.
Las plantas de generación termoeléctricas de acuerdo a su configuración
poseen un comportamiento distinto entre si por lo cual, se realizó una comparación
entre diferentes diseños de plantas aplicadas a nivel mundial con la más alta tecnología
con la ayuda de programas simuladores dando como lo resultado lo siguiente:
Ciclo combinado de generación normal: Eficiencia 35 %
Ciclo combinado de generación con regenerador: Eficiencia 44%
Ciclo combinados de generación con regenerador y enfriamiento en la
entrada de las turbinas: Eficiencia 54%
Como se puede observar el ciclo con regeneración y enfriamiento en la entrada
de la turbina es el más eficiente y reporta mayor ahorro de combustible lo que se
traduce en menores costos para el mantenimiento y alimentación de la planta.
CONCLUSIÓN
En el presente trabajo de investigación se planteó la factibilidad de la utilización
del GLP como fuente energética para plantas de generación en el país, para ello se
realizo una serie de estudios en le presente trabajo de lo se puede extraer lo siguiente:
El GLP es un combustible limpio, de fácil almacenamiento y alto poder calorífico,
lo hace elegible como combustible para la planta de generación eléctrica.
Venezuela en la actualidad tiene disponibilidad de GLP para solo una planta es
decir 7583,13 galones diarios sin afectar los compromisos establecidos con dicho
combustible, tiene programado que entren en funcionamiento las plantas de
acuerdo a la planificación de PDVSA si se contaría con el GLP necesario para
las mismas.
El GLP económicamente no es el mas barato, pero por su poder calorífico, su
tasa de consumo es menor que otros combustibles y no tiene el problema de
disposición de desechos lo cual compensa los costos.
El GLP posee la ventaja que puede ser utilizado como medio de enfriamiento
para la planta lo cual baja los costos y aumenta la eficiencia de la misma.
La eficiencia de la planta no depende del combustible sino del ciclo
termodinámico aplicado a la planta por lo tanto la utilización de mas un tipo de
combustible es factibles pero conlleva a mas problemas de almacenamiento y de
compatibilidad con la tecnología a utilizar.
De acuerdo con los resultados obtenidos del análisis de viabilidad financiera
sobre la construcción de plantas de generación queda demostrado, que es
rentable y por ende que sí es posible la utilización de GLP como fuente
energética para plantas de generación eléctrica, ya que, se cumple con las
condiciones establecidas en nuestro país para esos fines y adicionalmente
cumple con una función social como es suplir la demanda de energía eléctrica de
la población lo cual no se puede medir económicamente.
RECOMENDACIONES
Recomendaciones para la aplicación del GLP en plantas de generación en el
país:
Se debe considerar la ubicación de las plantas para elegir las mejores formas de
suministro.
El suministro debe ser constante con el gasto de la planta para asegurar la
producción energética de las mismas.
Al momento de elegir un combustible se debe considerar el mercado de
producción actual y futuro de la zona y el tiempo en que las plantas van a estar en
operación.
Tratar de trabajar con la información mas precisa sobre el desarrollo productivo
de la zona.
Si se emplea en plantas antiguas o ya existentes se debe considerar el tipo de
planta y la forma en que se desea aplicar el nuevo combustible; en el caso de nuestro
país se deberían modificar los quemadores.
Siempre se debe tener presente el lugar de almacenamiento del combustible de
las plantas, las normas de seguridad y la ubicación de este que preferiblemente debe
estar cerca de la planta que utilizara el combustible y con fácil acceso por más de una
vía para asegurar el surtimiento.
Finalmente, se recomienda la presente tesis como punto de partida para el
desarrollo de futuras investigaciones sobre el estudio de la falibilidad económica del
uso de GLP como fuente energética para las plantas de generación en el país, así como
el impacto ambiental que conlleva el uso del GLP como combustible, el impacto social
que se generaría por la creación de las plantas en los consejos comunales
involucrados. Estos son temas que el autor de la presente investigación deja planteados
para quienes deseen profundizar en este amplio horizonte cognitivo.
BIBLIOGRAFÍA
A. H. Younger, (1988). Natural Gas Procesing Principies and Technology. Editorial
Universidad de Calgary. Parte I y II. Calgary, Canadá.
Aiello Mozzarri Cateryna, (2004). Manuel de Procesamientos y Guía para elaboración
de Trabajo de Grado y Tesis Doctoral. Editorial Universidad del Zulia. Maracaibo,
Venezuela
Gas Processors Supliers Association (GPSA), (1998). Engineering Data Book. 11
Edición. Tulusa, Estados Unidos de América.
Grupo Centec, (2005). Manual de Entrenamiento Turbo maquinaria Soler Turbina INC.
Editorial Texaco.
John. Cambell,(1948), Gas Conditioning and Processing. 2 Edición. Editado by Jhon
Cambell. Vol II. Norman, Estados Unidos de América.
Rase Howardt, (1957). Project Engineering of Process Plants, Houston, Estados
Unidos.
Woodruff Everettb, (1977). Stream Plant Operation. 4 ta Edición. Editorial Mg
Grawhill.
Paginas de Internet:
AEG Industrial Engineering (2008). [On-line]. Disponible en: www.aeg-ibo.com
Banco Mundial (2008). [On-line]. Disponible en: www.bancomundial.com
Departamento de Energia de los Estados Unidos: www.doe.gov
Dsheet (2008). [on-line]. Disponible en: www.dsheet.com
El grupo Gas Natural (2009). [On-line]. Disponible en: www.gasnatural.com
El Grupo del Banco Mundial (2008). [On-line]. Disponible en: www.worldbankgroup.org
Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas (2008). [On-line]. Disponible en:
www.minas.upm.es
Gasnet (2008), [on-line]. Disponible en: www.gasnet.com.br
ISA España (2008). [On-line]. Disponible en: www.isa-spain.org
Ministerio de la Presidencia Español (2008). [On-line]. Disponible en: www.mpr.es
Mografias.com (2008). [On-line]. Disponible en: www.monografias.com
Petróleos De Venezuela (2008). [On-line]. Disponible en: www.pdvsa.com
Scientific Electronic Library Online (2008). [ On-line]. Disponible en: www.scielo.org.co
Sterling Fluid Systems (2008). [On-line]. Disponible en: www.sterlingsihr.com
The Global Green Company (2008). [On-line]. Disponible en:
www.globalgreencompany.com
Universia España (2008). [On-line]. Disponible en: www.universia.es
ANEXOS
ANEXO A:
Tabla de Costos y Carasteristica de Nuevas Plantas de Generacion Electrica.
ANEXO B
Costo del GLP en el Exterior
ANEXO C
Tabla de escenario numero 1
ANEXO D
Tabla de escenario numero 2