monografia fuerza motriz termica - diseño de una central termica

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  • 7/25/2019 Monografia Fuerza Motriz Termica - Diseo de una central Termica

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    CALCULO, DIMENSIONAMIENTO YSELECCIN DE EQUIPOS DE UNA

    PLANTA DE CICLO COMBINADO CONCOGENERACIONMN-153-A FUERZA MOTRIZ TERMICA

    09/05/20132013-1

    Ing. Dulio Aguilar

    UNIVERSIDAD

    NACIONAL DEINGENIERAFacultad De Ingeniera Mecnica

    Chocce Rios Jesus20090290H

    Monroy Espinoza20107018I

    Sandoval Chavez Henry20092006E

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 1

    MONOGRAFIA

    CALCULO

    DIMENSIONAMIENTO Y

    SELECCIN DE EQUIPOS

    PARA UNA PLANTA DE CICLO

    COMBINADO CON

    COGENERACION

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 2

    CONTENIDO

    CONTENIDO ..................................................................................................................2

    I.-FUNDAMENTO TEORICO ...........................................................................................3

    II.-ANALISIS DE LOS RECURSOS POTENCIALMENTE APROVECHABLES................8

    III.-CARACTERISTICAS PRINCIPALES DEL COMBUSTIBLE A EMPLEAR (GAS

    LICUADO DE PETROLEO)............................................................................................ 12

    IV.-POBLACION E INDICADORES ENERGETICOS POR REGION A TRAVES DE LOS

    AOS ............................................................................................................................ 12

    V.- CLCULO DE LAS NECESIDADES DE ENERGA PROYECTADA A PARTIR DE LA

    SITUACIN ACTUAL .................................................................................................... 19

    VI.-CALCULO DEL CICLO TERMODINAMICO ............................................................. 25

    VII.-SELECCIN DE EQUIPOS ..................................................................................... 42

    VIII.- BIBLIOGRAFIA...................................................................................................... 44

    IX.-ANEXO ..................................................................................................................... 44

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    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 3

    I.-FUNDAMENTO TEORICO

    CICLO DE VAPOR - BRAYTON

    1. GENERALIDADES

    1.1. Parmetros de diseo de una Central de Cogeneracin

    Para establecer un sistema de cogeneracin en una planta industrial se requiere

    considerar los siguientes aspectos:

    Consumo o requerimiento de energa elctrica (E) expresado en kilowatios.La empresa industrial que quiera instalar un sistema de cogeneracin debe

    requerir y consumir energa elctrica. Consumo o requerimiento de energa primaria (Qs) expresado en kilowatios

    trmicos. La empresa industrial que quiera instalar un sistema decogeneracin debe requerir y consumir energa primaria para generarenerga trmica til. Normalmente sta la provee un combustible como elgas natural, combustleo o diesel, entre otros.

    Consumo o requerimiento de energa trmica til (Q=Qu) expresadogeneralmente en trminos de kilowatios trmicos. La empresa industrialque quiera instalar un sistema de cogeneracin debe requerir y consumir

    energa trmica til para la elaboracin de sus productos bienes o servicios,por lo regular en forma de un fluido caliente, ya sea vapor o gases calientes.Esta energa trmica til es autogenerada por las empresas industriales enel seno de su empresa a travs de equipos de combustin (calderas ocalentadores a fuego directo).

    Esta energa trmica se relaciona directamente con el combustible suministrado

    (Qs) con la siguiente frmula:

    = =

    ( )

    () (1)

    h = Eficiencia de generacin de la caldera (%)

    Qu = Calor til proporcionado por el vapor generado (KJ)

    Qs = Calor suministrado por el combustible quemado (KJ)

    mv = Flujo de vapor (kg/h)

    hv = Entalpa de vapor (kJ/kg)

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 4

    ha = Entalpa de agua de alimentacin (KJ/kg)

    PCI = Poder calorfico del combustible (KJ/m3)

    mc = Flujo de combustible (m/h)

    En la figura se representan los tres requerimientos antes descritos que sonrequisitos para instalar un sistema de cogeneracin.

    Figura 1. Suministro de energticos a usuarios sin un sistema de cogeneracin.

    1.2. CICLO RANKINE

    El ciclo de Rankine es unciclo termodinmico que tiene como objetivo laconversin decalor entrabajo, constituyendo lo que se denomina unciclo depotencia.Como cualquier otro ciclo de potencia, su eficiencia est acotada por laeficiencia termodinmica de unciclo de Carnot que operase entre los mismos

    focos trmicos (lmite mximo que impone el Segundo Principio de laTermodinmica). Debe su nombre a su desarrollador,elingeniero yfsicoescocsWilliam John Macquorn Rankine.

    Desde el punto de vista netamente termodinmico, bajamos la temperaturade la fuente fra, mejorando por lo tanto la eficiencia del ciclo.

    Desde el punto de vista mecnico, la presin en el condensador es muyinferior a la atmosfrica, lo que hace que la mquina opere con un salto depresiones mayor, lo que aumenta la cantidad de trabajo recuperable porunidad de masa de vapor.

    http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_termodin%C3%A1micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ciclo_de_potencia&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ciclo_de_potencia&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_Carnothttp://es.wikipedia.org/wiki/Ingenierohttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Escociahttp://es.wikipedia.org/wiki/William_John_Macquorn_Rankinehttp://es.wikipedia.org/wiki/William_John_Macquorn_Rankinehttp://es.wikipedia.org/wiki/Escociahttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ingenierohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_Carnothttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ciclo_de_potencia&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ciclo_de_potencia&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_termodin%C3%A1mico
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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 5

    El ciclo Rankine es un ciclo de potencia representativo del proceso termodinmicoque tiene lugar en una central trmica de vapor. Utiliza un fluido de trabajo quealternativamente evapora y condensa, tpicamente agua (si bien existen otros tipos

    de sustancias que pueden ser utilizados, como en los ciclos Rankine orgnicos).Mediante la quema de un combustible, el vapor de agua es producido en unacaldera a alta presin para luego ser llevado a una turbina donde se expande paragenerar trabajo mecnico en su eje (este eje, solidariamente unido al de ungenerador elctrico, es el que generar la electricidad en la central trmica). Elvapor de baja presin que sale de la turbina se introduce en un condensador,equipo donde el vapor condensa y cambia al estado lquido (habitualmente el calores evacuado mediante una corriente de refrigeracin procedente del mar, de unro o de un lago). Posteriormente, una bomba se encarga de aumentar la presindel fluido en fase lquida para volver a introducirlo nuevamente en la caldera,cerrando de esta manera el ciclo.

    Existen algunas mejoras al ciclo descrito que permiten mejorar su eficiencia, comopor ejemplo sobrecalentamiento del vapor a la entrada de la turbina,recalentamiento entre etapas de turbina o regeneracin del agua de alimentacina caldera.

    Existen tambin centrales alimentadas mediante energa solar trmica (centralestermosolares), en cuyo caso la caldera es sustituida por un campo de colectorescilindro-parablicos o un sistema de helistatos y torre. Adems este tipo decentrales poseen un sistema de almacenamiento trmico, habitualmente de salesfundidas. El resto del ciclo, as como de los equipos que lo implementan, seran

    los mismos que se utilizan en una central trmica de vapor convencional.

    Figura 2. Diagrama T-S Ciclo Rankine

    2. ANLISIS MATEMTICO

    2.2. Condensador

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    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 6

    El condensador termodinmico es utilizado muchas veces en la industria delarefrigeracin,elaire acondicionado en la industria naval y en la produccin deenerga elctrica, encentrales trmicas onucleares.

    Adopta diferentes formas segn el fluido y el medio. En el caso de un sistemafluido/aire, est compuesto por uno tubo de dimetro constante que curva 180cada cierta longitud y unas lminas, generalmente de aluminio, entre las quecircula el aire.

    Un condensador es un cambiador decalor latente que convierte el vapor de suestado gaseoso a su estado lquido, tambin conocido como fase de transicin. Elpropsito es condensar la salida (o extractor) de vapor de laturbina de vapor paraas obtener mxima eficiencia e igualmente obtener el vapor condensado en formade agua pura de regreso a lacaldera.Condensando el vapor del extractor de

    la turbina de vapor, la presin del extractor es reducida arriba de la presinatmosfrica hasta debajo de lapresin atmosfrica, incrementando la cada depresin del vapor entre la entrada y la salida de laturbina de vapor.Esta reduccinde la presin en el extractor de laturbina de vapor,genera ms calor por unidadde masa de vapor entregado a la turbina de vapor, por conversin de podermecnico.

    Figura 3. Condensador

    BA LANCE TRMICO

    ( ) = ( ) (2)

    2.5. Bomba

    El agua condensada es bombeada con la ayuda de las bombas de condensado aun tanque pulmn de alimentacin del tren de generacin de vapor llamado tanquede agua alimentacin. Las bombas empleadas deben aumentar la presin delagua lo suficiente como para alcanzar el tanque de agua de alimentacin, situadoa gran altura, y para superar la prdida de carga que produce atravesar diversosequipos.

    http://es.wikipedia.org/wiki/Refrigeraci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Aire_acondicionadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Central_t%C3%A9rmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Central_nuclearhttp://es.wikipedia.org/wiki/Calor_latentehttp://es.wikipedia.org/wiki/Turbinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Caldera_(m%C3%A1quina)http://es.wikipedia.org/wiki/Turbinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9ricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9ricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9ricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_de_vaporhttp://es.wikipedia.org/wiki/Turbinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Turbinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Turbinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Turbinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_de_vaporhttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9ricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9ricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9ricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Turbinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Caldera_(m%C3%A1quina)http://es.wikipedia.org/wiki/Turbinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Calor_latentehttp://es.wikipedia.org/wiki/Central_nuclearhttp://es.wikipedia.org/wiki/Central_t%C3%A9rmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Aire_acondicionadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Refrigeraci%C3%B3n
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    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 7

    Figura 6. Bomba de condensado

    BA LANCE TRMICO

    = ( )

    2.3. Turbina de Vapor

    Una turbina de vapor es unaturbomquina motora, que transforma laenerga deun flujo devapor en energa mecnica a travs de un intercambio decantidad demovimiento entre el fluido de trabajo (entindase el vapor) y elrodete, rganoprincipal de la turbina, que cuenta con palas olabes los cuales tienen una formaparticular para poder realizar el intercambio energtico. Las turbinas devapor estn presentes en diversosciclos de potencia que utilizan un fluido quepueda cambiar defase,entre stos el ms importante es elCiclo Rankine,el cualgenera el vapor en unacaldera,de la cual sale en unas condiciones de elevadatemperatura y presin. En la turbina se transforma la energa interna del vaporenenerga mecnica que, tpicamente, es aprovechada por ungenerador paraproducirelectricidad.En una turbina se pueden distinguir dos partes, el rotor y el

    estator. El rotor est formado por ruedas de labes unidas al eje y que constituyenla parte mvil de la turbina. El estator tambin est formado por labes, no unidosal eje sino a la carcasa de la turbina.

    El trmino turbina de vapor es muy utilizado para referirse a unamquina motorala cual cuenta con un conjuntos de turbinas para transformar la energa del vapor,tambin al conjunto del rodete y los labes directores.

    http://es.wikipedia.org/wiki/Turbom%C3%A1quinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Vapor_(estado)http://es.wikipedia.org/wiki/Cantidad_de_movimientohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cantidad_de_movimientohttp://es.wikipedia.org/wiki/Rodetehttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81labehttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_termodin%C3%A1micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Estados_de_la_materiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Rankinehttp://es.wikipedia.org/wiki/Caldera_(artefacto)http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Generador_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Electricidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quinahttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Electricidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Generador_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Caldera_(artefacto)http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Rankinehttp://es.wikipedia.org/wiki/Estados_de_la_materiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_termodin%C3%A1micohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81labehttp://es.wikipedia.org/wiki/Rodetehttp://es.wikipedia.org/wiki/Cantidad_de_movimientohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cantidad_de_movimientohttp://es.wikipedia.org/wiki/Vapor_(estado)http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Turbom%C3%A1quina
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    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 8

    Figura 4. Turbina a Vapor

    BA LANCE TRMICO

    = ( )

    :Eficiencia de la turbina

    = .( )

    II.-ANALISIS DE LOS RECURSOS POTENCIALMENTE APROVECHABLES

    Nuestra planta de cogeneracin tendr que estar ubicado en alguno de estos

    departamentos: Arequipa, Moquegua, Tacna o Puno. Para ello se analizara el potencial

    de estos departamentos:

    AREQUIPA

    Localizacin

    La ciudad se encuentra localizada a una altitud 2328 msnm, la parte ms baja de la ciudad se

    encuentra a una altitud de 2041 msnm en el sector denominado el Huayco en el distrito

    deUchumayo y la ms alta se localiza a los 2810 msnm. La parte central de la ciudad es

    atravesada por elro Chili de norte a suroeste que a su paso forma un valle, denominado el valle

    de Arequipa o valle de Chili, que es protegido al norte y al este por la faja cordillerana andina y

    hacia el sur y oeste por las cadenas bajas de cerros. El valle juega un papel determinante, el valle

    de Arequipa abierto a la costa y a la sierra conforma a junto con su condicin de oasis entre el

    desierto arenoso y la puna serrana una opcin intermedia y razonable de articulacin de los

    sistemas de comunicacin y desarrollo propio, la ubicacin actual misma que permite articular de

    manera estratgica la costa y la sierra siendo una ciudad en medio de ambas regiones.Desde laciudad se observan una serie de conos volcnicos que forman nevados como

    http://es.wikipedia.org/wiki/Uchumayohttp://es.wikipedia.org/wiki/R%C3%ADo_Chilihttp://es.wikipedia.org/wiki/R%C3%ADo_Chilihttp://es.wikipedia.org/wiki/Uchumayo
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    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 9

    elMisti,Chachani yPichu Pichu,su territorio es accidentado debido a la presencia de laCordillera

    de los Andes de la parte occidental del continente; se caracteriza por las gruesas capas de lava

    volcnica que cubren grandes extensiones de su geografa.

    Clima

    El clima de la ciudad es predominantementeseco eninvierno,otoo yprimavera debido a la

    humedad atmosfrica, es tambinsemirido a causa de la precipitacin efectiva ytemplado por la

    condicin trmica. Es carente de los rigores de invierno y los abrumadores estos de la costa,

    situacin que asegura la presencia de un sol vital y un cielo difano con 300 das de sol al ao y

    una cifra rcord de 4000 horas de exposicin al sol al ao que justifican el apodo de Ciudad del

    eterno cielo azul que recibe.

    Temperatura

    A lo largo del ao presenta temperaturas que no suben de 25 C y muy rara vez bajan de los 10 C.

    La temporada hmeda se extiende de diciembre a marzo y se traduce por la presencia de nubes

    en la tarde y escasas precipitaciones. En invierno (junio, julio), el clima se torna un poco ms fro

    y la temperatura desciende hasta una media de 10 C, pero el clima seco ayuda a sentir el fro con

    menor intensidad.

    Humedad

    La humedad relativa promedio es de 46 %, con una mxima promedio de 70 % en la estacin de

    verano y una mnima promedio de 27 % durante las estaciones de otoo, invierno y primavera de

    acuerdo a los datos de la estacin meteorolgica del Hospital Goyeneche. Los vientos estn

    influenciados por un sistema de vientos locales y por el paso de sistemas frontales de baja presin

    atmosfrica, los cuales estn condicionadas por la configuracin topogrfica que rodea al valle

    donde se halla la ciudad. La ocurrencia de vientos se presenta principalmente en horas de la noche

    y primeras horas del da, se presentan brisas de montaa que presentan una direccin Nor-Este y

    en el transcurso del da predominan las brisas de valle con una direccin Sur-Oeste. La velocidaddel viento a lo largo del da flucta entre 1,5 m/s y 2,5 m/s.

    Radiacin solar

    Laradiacin solar global registrada en la ciudad oscila entre 850 a 950 W/m2(vatio/metro

    cuadrado), considerado como uno de los ms altos ndices de radiacin de Sudamrica y el ms

    alto registrado en el Per. Este fenmeno se debe a su cercana a la zona de influencia deldesierto

    de Atacama y lacontaminacin en todas sus etapas.

    Ros ms importantes:Los principales son: Tambo, Ocoa, Majes y Chili.

    http://es.wikipedia.org/wiki/Mistihttp://es.wikipedia.org/wiki/Chachanihttp://es.wikipedia.org/wiki/Pichu_Pichuhttp://es.wikipedia.org/wiki/Cordillera_de_los_Andeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Cordillera_de_los_Andeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Clima_secohttp://es.wikipedia.org/wiki/Inviernohttp://es.wikipedia.org/wiki/Oto%C3%B1ohttp://es.wikipedia.org/wiki/Primaverahttp://es.wikipedia.org/wiki/Clima_semi%C3%A1ridohttp://es.wikipedia.org/wiki/Clima_templadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n_solarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Vatiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metro_cuadradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metro_cuadradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Desierto_de_Atacamahttp://es.wikipedia.org/wiki/Desierto_de_Atacamahttp://es.wikipedia.org/wiki/Contaminaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Contaminaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Desierto_de_Atacamahttp://es.wikipedia.org/wiki/Desierto_de_Atacamahttp://es.wikipedia.org/wiki/Metro_cuadradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metro_cuadradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Vatiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n_solarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Clima_templadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Clima_semi%C3%A1ridohttp://es.wikipedia.org/wiki/Primaverahttp://es.wikipedia.org/wiki/Oto%C3%B1ohttp://es.wikipedia.org/wiki/Inviernohttp://es.wikipedia.org/wiki/Clima_secohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cordillera_de_los_Andeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Cordillera_de_los_Andeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Pichu_Pichuhttp://es.wikipedia.org/wiki/Chachanihttp://es.wikipedia.org/wiki/Misti
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    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 10

    MOQUEGUA

    Localizacin

    Hacia el norte limita conPuno yArequipa;hacia el sur conTacna y elmar de Grau;hacia el este

    con los departamentos Puno yTacna; hacia el oeste conArequipa y el mar de Grau (ocano

    Pacfico que corresponde al Per). Situado en la regin suroeste, tiene regiones de costa

    ysierra.Ubinas,su inquietantevolcn,es el nico en actividad en todo el Per.En sus faldas, la

    tierra es fecunda, en contraste con la desolacin de sus cumbres.

    Clima

    Su clima es subtropical y desrtico soleado, con una temperatura de 20,5C, una mxima de 33Cy una mnima cercana a los 9C. La ciudad de Moquegua tiene un clima templado y seco, con

    escasas lluvias, con un intenso y benigno sol.

    Humedad

    La humedad relativa promedio es de 48% en invierno y 66% en verano.

    Ros importantes:Su nico ro es el ro Moquegua de corto recorrido formado por la unin de

    pequeos cursos de agua de los ros Torata, Huaracane y Tumilaca, despus de pasar por la

    ciudad, desemboca en un can llamado Osmore, que limita a Ilo de Pacocha,

    TACNA

    Localizacin

    El departamento de Tacna est localizado en el extremo sureste del pas. Limita por el suroeste

    con el ocano Pacfico, por el norte con Puno, por el noroeste con Moquegua, por el este con la

    Repblica de Bolivia y por el sureste con la Repblica de Chile. Su capital es la ciudad de Tacna.

    En las dos terceras partes de su espacio comprende una de las porciones ms ridas del desierto

    costero, surcado por estrechos ros. El tercio restante corresponde a la puna andina, una porcin

    elevada de la agreste cordillera de los Andes al sur de la meseta del Collao. Est ubicado en las

    coordenadas 18 03 88 de latitud sur y 70 31 25 de longitud oeste

    Clima

    La regin Tacna posee un clima de naturaleza mayormente rida. Segn la clasificacin climtica

    de Kpenn por temperatura y precipitaciones, a Tacna le corresponderan 4 tipos de climas:

    http://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Punohttp://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Arequipahttp://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Tacnahttp://es.wikipedia.org/wiki/Oc%C3%A9ano_Pac%C3%ADficohttp://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Tacnahttp://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Arequipahttp://es.wikipedia.org/wiki/Cordillera_de_los_Andeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Ubinashttp://es.wikipedia.org/wiki/Volc%C3%A1nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Per%C3%BAhttp://es.wikipedia.org/wiki/Per%C3%BAhttp://es.wikipedia.org/wiki/Volc%C3%A1nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ubinashttp://es.wikipedia.org/wiki/Cordillera_de_los_Andeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Arequipahttp://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Tacnahttp://es.wikipedia.org/wiki/Oc%C3%A9ano_Pac%C3%ADficohttp://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Tacnahttp://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Arequipahttp://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Puno
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    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 11

    BWh - Desrtico clido: Este tipo de clima se encuentra en la zona costera propiamente

    dicha. La temperatura media anual est por encima de los 15 C. y corresponde a las zonas

    deIte,Puerto Grau, Los Palos.

    BWk - Desrtico fro: Se ubica en zonas alejadas del mar. La temperatura media anual estpor debajo de los 18 C.

    BSk - Estepario fro: En la zona andina propiamente dicha. La temperatura media anual est

    por debajo de los 18 C. A este clima corresponden los pueblos de Candarave, Palca y

    Tarata.

    Eh - Alta montaa: Son climas condicionados por la altura.

    Humedad relativa

    La humedad relativa promedio de Tacna alcanza un promedio de 71%.

    Ros principales:Los principales ros de la regin de Tacna son: Rio locumba, Rio Sama, Rio

    Caplina, Rio Uchusuma y Rio Maure.

    PUNO

    Localizacin

    Puno es undepartamento delPer situado en el sureste del pas. Ocupa 67 mil km de territorio

    conformado por la mitad occidental de laMeseta del Collao, al oeste dellago Titicaca, y

    lasyungasamaznicas al norte. Limita al este conterritorio boliviano, al suroeste con losdepartamentos deTacna,Moquegua yArequipa,al oeste con el delCuzco y al norte conMadre

    de Dios.

    Clima

    En general elclima de Puno se halla fro y seco, al ubicarse a orillas del lago el clima es temperado

    por la influencia del lago. Las precipitaciones pluviales son anuales y duran generalmente entre los

    meses de diciembre a abril, aunque suelen variar en ciclos anuales,

    originando inundacionessequas,generalmente las precipitaciones son menores a 700 mm.

    Latemperatura es muy variable, con marcadas diferencias entre los meses de junio y noviembre

    y con oscilaciones entre una temperatura promedio mxima de 21 C y una mnima de -25 C.

    Humedad relativa

    La humedad relativa promedio de Puno alcanza un promedio de 60%.

    Ros ms importantes:Suche, Huancan, Ramis, Coata, Ilave, Desaguadero y San Gabn.

    http://es.wikipedia.org/wiki/Clasificaci%C3%B3n_clim%C3%A1tica_de_K%C3%B6ppen#Clima_B_-_Seco_.28.C3.81rido_y_Semi.C3.A1rido.29http://es.wikipedia.org/wiki/Distrito_de_Itehttp://es.wikipedia.org/wiki/Regiones_y_departamentos_del_Per%C3%BAhttp://es.wikipedia.org/wiki/Per%C3%BAhttp://es.wikipedia.org/wiki/Meseta_del_Collaohttp://es.wikipedia.org/wiki/Lago_Titicacahttp://es.wikipedia.org/wiki/Yungashttp://es.wikipedia.org/wiki/Amazoniahttp://es.wikipedia.org/wiki/Boliviahttp://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Tacnahttp://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Moqueguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Arequipahttp://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Cuzcohttp://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Madre_de_Dioshttp://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Madre_de_Dioshttp://es.wikipedia.org/wiki/Climahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sequ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sequ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Climahttp://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Madre_de_Dioshttp://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Madre_de_Dioshttp://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Cuzcohttp://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Arequipahttp://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Moqueguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Departamento_de_Tacnahttp://es.wikipedia.org/wiki/Boliviahttp://es.wikipedia.org/wiki/Amazoniahttp://es.wikipedia.org/wiki/Yungashttp://es.wikipedia.org/wiki/Lago_Titicacahttp://es.wikipedia.org/wiki/Meseta_del_Collaohttp://es.wikipedia.org/wiki/Per%C3%BAhttp://es.wikipedia.org/wiki/Regiones_y_departamentos_del_Per%C3%BAhttp://es.wikipedia.org/wiki/Distrito_de_Itehttp://es.wikipedia.org/wiki/Clasificaci%C3%B3n_clim%C3%A1tica_de_K%C3%B6ppen#Clima_B_-_Seco_.28.C3.81rido_y_Semi.C3.A1rido.29
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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 12

    III.-CARACTERISTICAS PRINCIPALES DEL COMBUSTIBLE A EMPLEAR

    (GAS LICUADO DE PETROLEO)

    El GLP es un producto compuesto por Propano (C3H8), Butano o una mezcla de ambos.

    Existen dos tipos de GLP comercial, comnmente llamados Propano (propano comercial)

    y Butano (butano comercial).

    El propano comercial es una mezcla de propano, propileno y otros compuestos minotarios

    (etano, butano, etc). Puede tener hasta un mximo de 30% de butano.

    El butano comercial es una mezcla de butano, butilenos y otros compuestos minotarios

    (propanos, pentanos, etc). Puede tener un mximo de 50% de propano.

    Una gran ventaja que posee el GLP es que no son toxicos, no son corrosivos con los

    materiales usuales ( acero, cobre, etc)

    IV.-POBLACION E INDICADORES ENERGETICOS POR REGION A TRAVESDE LOS AOS

    En esta parte utilizaremos diversos datos histricos recopilados del MINEN las cuales nos

    mostrara algunos datos importantes para tomar en cuenta en el diseo de nuestra planta

    de cogeneracin, teniendo el criterio de que nuestra planta cubrir la demanda

    insatisfecha en las regin Arequipa, Moquegua, Tacna y Puno. En los siguientes se

    mostrara como se ha ido comportando los principales indicadores energticos a travs de

    los aos, y a por medio de ello haremos proyecciones para lograr cubrir una demandafutura con nuestra planta de cogeneracin con ciclo combinado.

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 13

    Para el Ao 2005

    Al trmino del 2005, el Per cuenta con una poblacin de 27,2 millones de habitantes; de

    la cual Lima concentra el 30% de ellos, seguido de Piura. La libertad y Cajamarca con

    porcentajes de entre 5% y 6% del total,, lo cual muestra la alta concentracin poblacional

    del pas en la capital. El consumo total de energa elctrica, conformado por la energa

    generada para su uso propio (1699 GW.h) mas la venta de energa a cliente final (20701

    GW. H) ascendi a 22400 GW.h donde lima Moquegua, Ica, Ancash, Cajamarca y

    Arequipa fueron las regiones con mayor consumo, y sus participaciones fueron 44%, 7%,

    7%, 6% y 5% del total, respectivamente.

    El Consumo de Electricidad percpita a nivel nacional en el 2005 alcanz los 823

    kW.h/hab, siendo Moquegua el departamento con mayor consumo percpita (9 466

    kW.h/hab), seguido de Ica, Pasco, Ancash, Lima y Arequipa con menores niveles.

    El nmero de usuarios llego a los 3.98 millones, de los cuales Lima concentro 1.55

    millones seguido de Arequipa y La libertad con alrededor de 230 mil usuarios cada uno.

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 14

    Para el Ao 2006

    Al trmino del ao 2006, el Per cont con una poblacin de 27,6 millones de

    habitantes,de la cual Lima concentr el 30%, seguida de Piura, La Libertad y Cajamarca

    con porcentajes de entre 5% y 6% del total, lo cual muestra la alta concentracin

    poblacional del pas en la capital. El consumo total de energa elctrica, conformado por

    la energa generada para uso propio (1 756 GW.h) ms la venta de energa a cliente final

    (22 290 GW.h), ascendi a 24 046 GW.h, donde Lima, Moquegua, Ica, Ancash, Callao y

    Arequipa fueron las regiones con mayor consumo, y participaciones de 42%. 7%, 6%, 6%,

    5% y 5% del total, respectivamente.

    El consumo de energa elctrica percpita a nivel nacional en el ao 2006 alcanz los

    872,1 kW.h/hab, siendo Moquegua la regin con mayor consumo percpita (9 761,1

    kW.h/hab), seguido de Ica, Pasco, Callao, Ancash, Lima y Arequipa con menores niveles.

    El nmero de usuarios lleg a 4,17 millones, de los cuales Lima concentr 1,59 millones,

    seguido de Arequipa, La Libertad y Piura con alrededor de 248 , 236 y 231 mil usuarios,

    respectivamente.

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 15

    Para el Ao 2007

    El consumo total de energa elctrica ascendi a 26 344 GW.h, de los cuales 24 621 GW.h

    corresponden a la venta de energa a cliente final y 1 723 GW.h a la energa generada

    para uso propio. Las regiones de mayor consumo en dicho periodo fueron Lima, Arequipa,

    Moquegua, Ancash, Callao e Ica cuyas participaciones en el consumo total alcanzaron

    41%, 8%, 6%, 7%, 5% y 5%, respectivamente.

    El consumo de energa elctrica percpita a nivel nacional en el ao 2007 alcanz los

    943,1 kW.h/hab 1, siendo Moquegua la regin con mayor consumo percpita (10 288,6

    kW.h/hab), seguido de Ica, Pasco, Arequipa, Callao, Ancash, Lima y Junn con menores

    niveles del citado indicador.

    El nmero de usuarios lleg a 4,4 millones, de los cuales Lima concentr 1,6 millones,

    seguido de Arequipa con 262 mil, La Libertad con 251 mil y Piura con 242 mil usuarios.

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    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 16

    Para el Ao 2008

    El Per tiene una poblacin de 28,8 millones de habitantes y cuenta con 25 regiones,

    entre ellos se destaca la Regin Lima que concentra el 31% del total de habitantes

    seguida de Piura, La Libertad y Cajamarca con porcentajes de entre 5% y 6% del total, lo

    cual muestra la alta concentracin poblacional del pas en la capital.

    El consumo total de energa elctrica, conformado por la energa generada para uso

    propio (1 888 GW.h) ms la energa vendida a cliente final (26 964 GW.h), ascendi a 28

    853 GW.h. Del consumo total, Lima tuvo 41% de participacin, Arequipa 8%, Moquegua

    e Ica tuvieron una participacin similar de 6% cada regin, mientras Ancash y Callao han

    consumido 5% del total, respectivamente.

    El consumo de energa elctrica percpita a nivel nacional es otro indicador importante,

    en el ao 2008 alcanz los 1 001,6 kW.h/hab, siendo Moquegua la regin con mayor

    consumo percpita, 10 539,7 kW.h/hab, seguida de Ica, Pasco, Arequipa, Callao, Ancash,

    Lima y Junn con menores niveles.

    .

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 17

    Para el Ao 2009

    El Per tiene una poblacin de 29,1 millones de habitantes y cuenta con 25 regiones,

    entre ellos se destaca la Regin Lima que concentra el 30,8% del total de habitantes

    seguida de Piura, La Libertad y Cajamarca con porcentajes de entre 6,0% y 5,0% del total,

    lo cual muestra la alta concentracin poblacional del pas en la capital.

    El consumo total de energa elctrica, conformado por la energa generada para uso

    propio (2 023 GW.h) ms la energa vendida a cliente final (27 087 GW.h), ascendi a 29

    110 GW.h. Del consumo total, Lima tuvo 41,1% de participacin, Arequipa 7,8%,

    Moquegua e Ica tuvieron una participacin similar de 6% cada regin, mientras Callao y

    Ancash han consumido 5,2% y 5,0% del total, respectivamente.

    El consumo de energa elctrica percpita a nivel nacional es otro indicador importante,

    en el ao 2009 alcanz los 999,2 kW.h/hab, siendo Moquegua la regin con mayor

    consumo percpita 10 590,8 kW.h/hab, seguida de Ica, Pasco, Arequipa, Callao, Lima,

    Ancash y Loreto.

    El nmero de clientes finales lleg a 4,9 millones, de los cuales Lima concentr 1,7

    millones, a continuacin de Arequipa con 292 mil, La Libertad con 286 mil y Piura con 273mil usuarios.

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    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 18

    Para el Ao 2010

    El Per tiene una poblacin de 29,5 millones de habitantes y cuenta con 25 regiones,

    entre ellos se destaca la Regin Lima que concentra el 30,9% del total de habitantes

    seguida de Piura, La Libertad y Cajamarca con porcentajes de entre 6,0% y 5,0% del total,

    lo cual muestra la alta concentracin poblacional del pas en la capital.

    El consumo total de energa elctrica, conformado por la energa generada para uso

    propio (2 362 GW.h) ms la energa vendida a cliente final (29 436 GW.h), ascendi a 31

    798 GW.h. Del consumo total, Lima tuvo 42,1% de participacin, Arequipa 7,7%, Ica 6,1%

    y Moquegua 5,7%, mientras Callao y Ancash han consumido 5,1% y 4,7% del total,

    respectivamente.

    El consumo de energa elctrica percpita a nivel nacional es otro indicador importante,

    en el ao 2010 alcanz los 1 079,3 kW.h/hab, siendo Moquegua la regin con mayor

    consumo percpita 10 666,4 kW.h/hab, seguida de Ica, Pasco, Arequipa, Callao, Lima,

    Ancash y Loreto. El nmero de clientes finales lleg a 5,2 millones, de los cuales Lima

    concentr 1,8 millones, a continuacin de La Libertad con 309 mil, Arequipa con 308 mil,

    Piura con 293 mil y Junn con 251 mil usuarios.

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    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 19

    V.- CLCULO DE LAS NECESIDADES DE ENERGA PROYECTADA A PARTIR

    DE LA SITUACIN ACTUAL

    Consumo Precipita (CP):

    =

    Poblacin sin electrificacin (PSE):

    = ( )

    Energia No Cubierta (ENC):

    =

    Potencia Necesaria a Instalar (PNI):

    =

    Energa Proyectada:

    = ( + )

    Potencia Proyectada:

    = ( + )

    Donde n es nmero de aos e ies la proyeccin anual de la demanda.

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    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 20

    AREQUIPA

    AoPoblacinenArequipa

    Consumode EnergaElctrica(GW.h)

    ConsumoPercpita(KW.h/hab.)

    Grado deElectrificacin

    Poblacin sinelectrificacinArequipa

    EnergaNoCubierta(MW.h)

    PotenciaNecesaria aInstalar(MW)

    2005 1187354 1111,83 936,2 95,80% 49869 46687,23 5,33

    2006 1171934 1237,39 1055,9 96,40% 42190 44548,02 5,09

    2007 1187170 2036,24 1715,2 97,00% 35615 61087,02 6,97

    2008 1201788 2236,07 1860,6 97,60% 28843 53665,12 6,13

    2009 1205317 2257,76 1873,2 98,20% 21696 40640,40 4,64

    2010 1218168 2440,82 2003,7 98,80% 14618 29290,12 3,34

    Cuadro 5: Poblacin sin electrificacin, Energa No Cubierta y Potencia necesaria

    Figura 5. Energa No Cubierta vs. Ao

    Clculo de Energa No Cubierta en Arequipa para 2013 (Ao Actual)

    2013 = (30,323 2013 + 61333) 100 = 29280

    Clculo de la Proyeccin Anual de la demanda (i)

    Previamente determinaremos la Energa no cubierta en el ao 2005.

    2005 = (30,323 2005 + 61333) 100 = 53538

    y = -30.323x + 61333

    0.00

    100.00

    200.00

    300.00

    400.00

    500.00

    600.00

    700.00

    2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

    Energia

    noc

    ubierta

    *1

    00

    Ao

    ENERGIA NO CUBIERTA AREQUIPA

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    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 21

    MOQUEGUA

    AoPoblacinenMoquegua

    ConsumodeEnergaElctrica(GW.h)

    ConsumoPercpita(KW.h/hab.)

    Grado deElectrificacin

    Poblacin sinelectrificacinMoquegua

    EnergaNoCubierta(MW.h)

    PotenciaNecesariaa Instalar(MW)

    2005 165806 1569,47 9465,7 86,80% 21886 207170,02 23,65

    2006 163079 1591,83 9761,1 86,90% 21363 208529,79 23,80

    2007 165199 1699,66 10288,6 87,00% 21476 220956,64 25,22

    2008 168930 1780,47 10539,7 87,10% 21792 229680,83 26,22

    2009 169365 1793,71 10590,8 87,20% 21679 229594,99 26,21

    2010 171155 1825,61 10666,4 87,30% 21737 231852,18 26,47

    Cuadro 6: Poblacin sin electrificacin, Energa No Cubierta y Potencia necesaria

    Figura 6. Energa No Cubierta vs. Ao

    Clculo de Energa No Cubierta en Arequipa para 2013 (Ao Actual)

    2013 = (55,809 2013 109823) 100 = 252052

    Clculo de la Proyeccin Anual de la demanda (i)

    Previamente determinaremos la Energa no cubierta en el ao 2005. 2005 = (55,809 2005 109823 = 207404

    y = 55.809x - 109823

    2050.00

    2100.00

    2150.00

    2200.00

    2250.00

    2300.00

    2350.00

    2400.00

    2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

    Energia

    noc

    ubierta*100

    Ao

    ENERGIA NO CUBIERTA MOQUEGUA

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    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 22

    PUNO

    AoPoblacinen Puno

    ConsumodeEnergaElctrica(GW.h)

    ConsumoPercpita(KW.h/hab.)

    Grado deElectrificacin

    Poblacin sinelectrificacinPuno

    EnergaNoCubierta(MW.h)

    PotenciaNecesariaa Instalar(MW)

    2005 1296324 247,11 190,6 69,70% 392786 74865,04 8,55

    2006 1327259 274,81 207,1 70,60% 390214 80813,35 9,23

    2007 1344513 292,54 217,6 71,50% 383186 83381,32 9,52

    2008 1347499 335,82 249,2 72,40% 371910 92679,90 10,58

    2009 1340684 350,96 261,8 73,30% 357963 93714,62 10,70

    2010 1352523 381,58 282,1 74,20% 348951 98439,06 11,24

    Cuadro 7: Poblacin sin electrificacin, Energa No Cubierta y Potencia necesaria

    Figura 7. Energa No Cubierta vs. Ao

    Clculo de Energa No Cubierta en Arequipa para 2013 (Ao Actual)

    2013 = (47,392 2013 94267) 100 = 113309

    y = 47.392x - 94267

    0.00

    200.00

    400.00

    600.00

    800.00

    1000.00

    1200.00

    2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

    Energia

    noc

    ubierta*100

    Ao

    ENERGIA NO CUBIERTA PUNO

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    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 23

    Clculo de la Proyeccin Anual de la demanda (i)

    Previamente determinaremos la Energa no cubierta en el ao 2005.

    2005 = (47,392 2005 94267) 100 = 75396

    TACNA

    AoPoblacinen Tacna

    Consumode EnergaElctrica(GW.h)

    ConsumoPercpita(KW.h/hab.)

    Grado deElectrificacin

    Poblacin sinelectrificacinTacna

    EnergaNoCubierta(MW.h)

    PotenciaNecesaria aInstalar(MW)

    2005 285695 134,21 469,8 97,60% 6857 3221,27 0,37

    2006 280655 143,34 510,7 97,60% 6736 3439,93 0,39

    2007 284303 153,34 539,4 97,60% 6823 3680,47 0,42

    2008 301093 171,34 569,1 97,63% 7136 4061,04 0,46

    2009 315534 182,39 578 97,65% 7415 4285,90 0,49

    2010 320021 197,73 617,9 97,68% 7424 4587,59 0,52

    Cuadro 8: Poblacin sin electrificacin, Energa No Cubierta y Potencia necesaria

    Figura 8. Energa No Cubierta vs. Ao

    Clculo de Energa No Cubierta en Arequipa para 2013 (Ao Actual)

    2013 = (2,7857 2013 55536) 100 = 5402

    y = 2.7857x - 5553.6

    0.00

    5.0010.00

    15.00

    20.00

    25.00

    30.00

    35.00

    40.00

    45.00

    50.00

    2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

    Ene

    rgia

    noc

    ubierta*100

    Ao

    ENERGIA NO CUBIERTA TACNA

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 24

    Clculo de la Proyeccin Anual de la demanda (i)

    Previamente determinaremos la Energa no cubierta en el ao 2005.

    2005 = (2,7857 2005 55536) 100 = 3173

    Ahora sumaremos las energas no cubiertas de los 4 departamentos

    Energa 2013=29280+252052+113309+5402= 400043 MW.h

    Energa 2005=53538+207404+75396+3173= 339511 MW.h

    Teniendo en cuenta que desde 2005 al 2013 pasaron 8 aos, podemos decir:

    12005_

    2013_ 81

    Energa

    Energai

    1339511

    400043 81

    i

    021,0i

    Si bien esta i (2,1%) determinada no es la proyeccin, esta nos dar el camino para

    determinar con mucho criterio la adecuada Proyeccin Anual de Demanda, por lo tantopodremos elegir una i del 3% para una proyeccin del 2010 al 2030.

    Clculo de la potencia Proyectada en la regin sur para el 2030

    nialCubiertaNoPotenciaaloyectadaPotencia 1*2013____2033__Pr_

    Sabiendo i=5% y n=20 aos, entonces.

    2005.01*4000432033__Pr_ aloyectadaEnerga

    MWhaloyectadaEnerga _10614332033__Pr_

    2033__Pr_ aloyectadaPotencia = )2031__Pr_( aloyectadaEnerga /8760

    2033__Pr_ aloyectadaPotencia =121.16MW

    Es muy importante aclarar que esta Potencia Proyectada determinada, es la

    Potencia que va a cubrir la demanda energtica de la los departamentos

    Arequipa, Moquegua, Tacna y Puno para el ao 2033. Se elegir 130 MW como

    el valor de la potencia que deber tener nuestra planta de cogeneracin. Ademselegimos ubicar nuestra planta de cogeneracin en el Departamento de Puno, ya

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 25

    que en esa zona existe condiciones climticas extremas (friaje) que necesitan de

    nuestro vapor para generar calefaccin.

    VI.-CALCULO DEL CICLO TERMODINAMICO

    El esquema del sistema adoptado se muestra en el siguiente grfico:

    Clculos del ciclo:

    Datos de entrada:

    Departamento seleccionado: Puno

    Nivel de altura promedio: = 3827

    Temperatura del aire (promedio anual): = 8 = 281

    Presin Atmosfrica:

    Relacin fsica de clculo de la Presin

    =

    Dnde:

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 26

    Po: Presin atmosfrica a nivel del mar (Po = 101.325 KPa)

    HZ: Altura sobre el nivel del mar

    R: Constante universal de gases ideales (R=8.314 KJ/Kmol x K)

    g: aceleracin de la gravedad ( g=9.81 m/s2)

    M: Peso molecular del aire (M= 28.96 Kg/Kmol)

    T: Temperatura del aire promedio (T=281 K)

    Reemplazando: = = 0.65 = 65.86

    Poder Calorfico Combustible 1 (GLP): 47 MJ/ Kg

    Presin del Vapor: 140 bar

    Potencia requerida: 130 MW

    Anlisis del ciclo de Gas JouleBrayton Abierto:

    Constantes del aire:

    = 281

    = 1.0035

    = 1.4

    Potencia Nominal de la turbina de Gas:

    =

    =2

    3 130 = 86.67

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 27

    Relacin de compresin ptima:

    Sabemos que la eficiencia ideal del ciclo es funcin de la relacin de presiones. La

    eficiencia real depende adems de la relacin de presiones, relacin de temperaturasT1 y T3

    Adems T1 debe ser lo ms bajo posible (limitado por la temperatura atmosfrica) y T3

    (limitado por el material metalrgico de la turbina; es decir la mxima temperatura que

    puede soportar por loa materiales constituyentes de la turbina) T3

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 28

    O: 2b=2x (a+c) b=2.165

    N: 3,76 x b=d d=8.1404

    Por lo tanto la reaccin terica ser:

    2222210483

    14.871.131.176,3165.211.029.0 NOHCONOHCHC

    Combustin Real (asumiendo 200% del aire terico):

    22222210483

    76,3165.2*5.111.029.0 rOzNOyHxCONOHCHC

    Balanceando:

    C: x=1.31

    H: y=1.71

    O: r=(2.0 x 2.165 x 2-1.31 x 2-1.71)/2=2.165

    N: 3,76 x 2.0 x2.165=z z=16.28

    Por lo tanto la reaccin real ser:

    22222210483 0825.135.2071.131.176,3165.2*0.211.029.0 ONOHCONOHCHC

    Clculo de la Relacin Aire-Combustible Terico

    82.35

    )1012*4(*11.0)812*3(*29.0

    28*76,332*165.2*2

    car

    Clculo de Calor Especfico a presin constante de los gases de combustin

    (Cpg)

    CpfmCpg *

    9216,0*617.26

    247.30416,1*

    617.26

    35.208723,1*

    617.26

    71.18418,0*

    617.26

    31.1Cpg

    KKgKJCpg

    0705,1

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 29

    Balance de Energia en la Combustin:

    racombc TTCpgmnmPCQentrada 2300

    *** .. (1)

    82.35o

    c

    o

    a

    c

    a

    m

    m

    r

    Clculos de P y T en el compresor:

    Sabemos:

    barPP

    P45.8213

    1

    2

    KTkT

    T

    ik

    ki

    68.5834.1, 2

    1

    1

    2

    KTTT

    TTnr

    r

    i

    c 95.62488,0 2

    12

    12

    Despejando en (1):

    rac TTCpgmmPC 2300

    ***

    Dnde:

    PC: Poder Calorifico del GLP = 47

    = 1850.65 = 1577.65

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 30

    Clculos de P y T en la turbina :

    Considerando Calentamiento Isobrico en la cmara de Combustin: P2= P3= 8.45 bar

    barPP

    P65.013

    4

    4

    3

    KTkT

    T

    ik

    k

    i

    94.8904.1,4

    1

    4

    3

    KTTT

    TTn

    r

    i

    t 911.98690,0

    4

    43

    43

    Trabajo Terico de la turbina a gas:

    Asumiendo:

    nmec= 0.90

    ngen= 0.98

    =

    2

    3 130 000

    =

    . .= 98261.52

    = = ( )

    98261.52 = 1.0705 ( 1577.65 986.9)

    = 106.27

    Pero Sabemos:

    = 35.82

    =

    = + = 106.27

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 31

    Resolviendo:

    = 103.38

    = 2.884

    Balance de Trabajo Neto del ciclo:

    =

    Dnde:

    = 98261.52

    = ( )

    = 103.38 1.0035 ( 624.95 281)

    = 35682.04

    = 98261.50 35682.04 = 52579.46

    Calor entregado en la Combustin:

    =

    Dnde:

    n comb = 0.95

    PC= 47 MJ /Kg

    = 2.884

    = 118770.6

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 32

    Eficiencia del ciclo Termodinmico :

    =

    =

    52579.46

    128770.6= 40.8%

    Grafica del Proceso Termodinmico:

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 33

    Anlisis del ciclo de Vapor

    Se tiene como dato de entrada:

    Presin de vapor:

    = = 140 = 14

    Potencia en la Turbina a Vapor:

    = 130

    = 43.33

    Consideraciones:

    Presin en el condensador:

    Temperatura de vapor antes de entrar a la turbina de alta presin: 500 C.(Se tom este valor como referencia al catlogo de la turbina a vapor)

    Eficiencia de las bombas:nBomba = 0.90

    Eficiencias de las turbinas: nTurbinas = 0.92

    Eficiencias mecnicas de las turbinas y del generador:

    nmec = 0.95

    ngen= 0.98

    Eficiencias del Caldero: ncaldero= 0.97

    Puntos Termodinmicos del ciclo de Vapor:

    Punto 6 ( Entrada de Vapor):

    = 140 = 14

    Asumiendo:

    Temperatura que est limitada por los materiales en la fabricacin de turbina de vapor

    (Anexo TG)

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 34

    = 500

    = 3328.51 /

    = 6.443

    .

    Punto 7 ( Extraccin de Vapor para procesos):

    Asumiendo: Presin Requerida en procesos de calefaccin de 12 bar.

    = 12 = 1.2

    = = 6.767

    .

    = 234.6

    Entalpia Ideal:

    = 2898.7 /

    Eficiencia de la turbina:

    = 0.92 =

    = 0.92 =3328.51

    3328.51 2889.7

    Entalpia Real:

    = 2933.08 /

    Punto 8 ( Salida de VaporEntrada de Vapor Saturado a Condensador):

    Asumiendo: Nuestros clculos sern basados en una Turbina de condensacin, el

    criterio utilizado es tener la presin de condensacin lo ms pequea posible, aunque

    por motivos de rendimiento del condensador esta presin no debe ser inferior a 0.95 bar

    y una calidad del vapor saturado de 0.9

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 35

    = 0.95 = 95

    = 0.9

    = = 98.4

    = 2446.24 /

    = 6.767

    .

    Punto 9 ( Salida del condensador - Liquido saturado):

    = 0.95 = 95

    = = 98.4

    = = 412.87 / (Temperatura de Liquido saturado)

    = 0.001042 3

    Punto 10 ( Salida de la Bomba de Alimentacin I):

    = 14

    = = 1.2884

    .

    Entalpia Ideal:

    = 426.649 /

    Pero de lo asumido : nb= 0.90

    Eficiencia de la Bomba I:

    = 0.90 =

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 37

    = 0.90 =812.287 798.51

    798.51

    Entalpia Real:

    = 813.81 /

    Punto 13 ( Salida de la cmara de Mezcla)

    = 14

    Grafica del Proceso Termodinmico:

    Balance Energtico de la Turbina:

    Trabajo Terico de la turbina a Vapor:

    Asumiendo:

    nmec = 0.95

    ngen

    = 0.98

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 38

    =

    1

    3

    130 000

    =

    . .= 46544.93

    Trabajo de la Turbina con Extraccin Intermedia:

    = ( ) + ( )

    Pero: m proceso = 10.5 kg/s (Utilizado para la calefaccin de Edificio)

    = 10

    46544.93 = (3328.51 2933.08) + ( 10) (2933.08 2446.24)

    De esta Ecuacin:

    = 58.27

    = 48.27

    = 10 .5

    Balance Energtico de la Bombas I y II:

    Trabajo de la Bomba I:

    Trabajo Especfico: = . ( )

    = 0.001042 (14000 95)

    = 0.001042 (14000 95) = 14.48

    Trabajo Real:

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 40

    Punto 13 ( Salida de la cmara de Mezcla)

    = 14

    = 501.334

    = 117.382

    = 1.4847

    Balance energtico en el caldero:

    =

    (6 13) = (4 5)

    Dnde:

    ncaldero= 0.97

    Reemplazando datos:

    58.27 ( 3328.51 501.334 ) = 0.97 168.52 1.0035 (986.91 5)

    = 173.57 (Temperatura de los gases de Escape)

    Considerando que el SO3 y otros elementos del GLP, condensan a 160 C

    consideramos este valor como el mnimo para la salida de los gases de escape.

    Trabajo Neto del Ciclo de Vapor:

    =

    = 46544.9 690 152.8

    = 42702.1

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 41

    Calor entregado al por los gases calientes :

    = (6 13)

    = 58.27 (3328.51 501.33)

    = 94739.77

    Eficiencias del ciclo de Vapor:

    Eficiencia trmica de este ciclo

    =

    =.

    .= 0.277 = 37.7 %

    Eficiencias del Ciclo Combinado:

    = +

    +

    Dnde:

    : Trabajo neto de la Turbina a Gas

    : Trabajo neto de la Turbina a Vapor

    =

    52579.46 + 42702.1

    118770.6 + 94739.77 = 0.4603 = 46%

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 42

    VII.-SELECCIN DE EQUIPOS

    1) Seleccin de la turbina a gas

    En un cuadro mostraremos las caractersticas y la turbina a gas calculada y

    seleccionada, justificando de esta manera nuestra eleccin:

    Calculado seleccionada

    Potencia98.26Mw 112Mw

    Flujo msico (kg/s)160Kg/s 365 kg/s

    Relacin de presin

    13 12.1

    Entonces la turbina a gas seleccionada para nuestro sistema ser:

    Marca siemens

    Modelo: STG6-2000E

    2) Seleccin de la turbina a vaporEn un cuadro mostraremos las caractersticas de la turbina a vapor calculada as

    como tambin de la seleccionada:

    Calculado seleccionada

    Potencia47.7Mw 65Mw

    Presin de entrada140 bar 140 bar

    Temperatura de entrada500 C 540 C

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    VIII.- BIBLIOGRAFIA

    TERMODINAMICA.AUTOR: YUNUS CENGEL- SEXTA EDICION

    TABLAS DE PROPIEDADES TERMODINAMICAS.AUTOR:GORDON

    WHYLEN

    FUNDAMENTOS DE LA TERMODINAMICAAUTOR: POSTIGO

    CATALOGO DE SIEMENS

    DATOS HISTORICOS DE INEI

    DATOS DE SEIN

    IX.-ANEXO

    CATALOGO DE TURBINAS A VAPOR SIEMENS

    CATALOGO DE TURBINAS A GAS SIEMENS