1era Mono Fuerza Motriz Final[1]

8/13/2019 1era Mono Fuerza Motriz Final[1]

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

1ERA MONOGRAFIA:Diseo preliminar de una planta trmica con cogeneracin

para un proceso de elaboracin de harina de pescado

REGIONES: Tumbes, Piura y Lambayeque

CURSO : FUERZA MOTRIZ TERMICA

PROFESOR : ING. AGUILAR VIZCARRA, DUILIO

SECCIN : A

ALUMNOS : Asato Kobasigawa, Martin

Camargo Huamn, Jos

Diaz Luna, Nestor

Huisa Arvalo, Miky

FECHA : 27/10/2011

2011-II


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UNI-Facultad de Ingeniera Mecnica Fuerza Motriz Trmica

Diseo de un Planta Trmica con Cogeneracin en Piura 2

INDICE

I. Introduccin 3Ubicacin de la planta. 4

Proceso industrial seleccionado.. 5

II. Evaluacin y clculo del consumo energticode los departamentos Tumbes, Piura y Lambayeque 7

Departamento: Tumbes 8

Departamento: Piura. 10

Departamento: Lambayeque. 12

III. Gas natural para generacin de energa; extraccin: Talara.. 20

IV. Seleccin del ciclo combinado termodinmico aplicado... 17

V. Clculo termodinmico del ciclo seleccionado ... 22VI. Seleccin de los componentes de la planta de generacin..


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DISEO PRELIMINAR DE UNA PLANTA TRMICA CON

COGENERACIN

I. INTRODUCCINEl presente trabajo plantea el diseo y evala el requerimiento de energa elctrica de

la macro regin sur conformada por los departamentos de Tumbes, Piura y

Lambayeque con una proyeccin a futuro de 20 aos.

Dicho trabajo tiene la particularidad de servir como un posible aporte sector sur del

pas, debido a la proyeccin con anticipacin de una fuente de generacin elctrica.

Ello con el fin de evitar que en un determinado momento, el crecimiento poblacional,

as como el mayor desarrollo de la industria en el futuro haga que la oferta de

electricidad sea insuficiente para abastecer a la regin con normalidad.

Nuestro proyecto abarca desde la ubicacin de la planta, la cual cuenta con una breve

descripcin del entorno fsico con el que se cuenta, as como tambin el clculo del

crecimiento poblacional, haciendo la consideracin de que el tiempo de vida de nuestro

proyecto se extiende hasta el 2031, es decir, que representan 20 aos a partir de la

fecha. Posteriormente se determina el ciclo termodinmico ms adecuado para

nuestros fines y se procede a calcularlo. Luego, se procede a la seleccin de equipos

necesarios para el funcionamiento de nuestra hipottica planta trmica.

Objetivos:

Determinar una solucin al dficit de generacin de energa elctrica en lamacro regin norte, diseando para ello una central termoelctrica de ciclo

combinado de 400MW de potencia, ubicada en dicho sector del pas.

Seleccin de equipos necesarios para cubrir la necesidad planteada en el objetivoanterior.

Datos inciales de trabajo Central trmica de ciclo combinado con cogeneracin Combustible :Gas Natural Presin de vapor: 200 bar vapor sobrecalentado. Ubicacin : Piura

Para la ubicacin se tom en consideracin que en el departamento de Piura debido a

que se encuentra gran parte del Yacimiento de Talara, del cual se puede extraer Gas

Natural necesario para el funcionamiento de nuestra planta trmica proyectada. El

otro posible combustible a utilizar sera el Diesel 2, que tambin podemos encontrar en

Piura, adems de ser una zona cntrica para la macro-regin norte. Facilitando lallegada de energa a los distintos lugares estudiados en la presente monografa.


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I-1. UBICACIN DE LA PLANTA:

CIUDAD: PAITA PIURA

Paita es una ciudad del extremo norte del Per, capital del distrito y de la provincia del

mismo nombre. Se encuentra ubicada a orillas del Ocano Pacfico, a 57 km de la

ciudad de Piura. Se le considera el tercer puerto ms importante del Per, despus delcallao.

Debido a su situacin geogrfica, tiene un clima clido y hmedo durante todo el ao,

siendo su temperatura promedio anual de 25C.

LOCALIACION:

Latitud 05 04'

Longitud 81 06'

Superficie 762.76 Km cuadrados

Altitud 3 msnm

Distancia 1089 km de Lima

Fundacin 1532


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Se escogi ubicar nuestra planta de cogeneracin en la ciudad de Paita Piura, ya que en

la cogeneracin de energa se piensa generar energa para un generador elctrico

adems de vapor para la plata Austral Group SAA. Y teniendo en cuenta que paita es

uno de los puertos ms importantes del pas adems de la cercana con los yacimientos

mineros.

Austral Group SAA. es una compaa del grupo noruegoAustevoll Seafood ASA , una

de las empresas pesqueras lderes a nivel mundial, con ms de 25 aos de experiencia y

actividades en cuatro pases con larga tradicin pesquera como Per, Noruega, Escocia

y Chile. Somos una empresa lder en innovacin y calidad dentro de la industria

peruana, Disponemos de una flota conformada por 38 embarcaciones, con una

capacidad total de bodega de 16,000 TM, equipadas con sistemas de refrigeracin

(RSW) y equipos electrnicos de ltima generacin, que garantizan la calidad y frescura

de nuestra pesca. Contamos con 11 modernas plantas estratgicamente ubicadas a lolargo de la costa peruana y completamente equipadas para el procesamiento de harina

y aceite de pescado, as como conservas de pescado y productos congelados.


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I.2. PROCESO INDUSTRIAL SELECCIONADO

El proceso seleccionado ser el de la produccin de harina de pescado por la empresa

AUSTRAL GROUP SAA. Ya que en el proceso de produccin de este producto hay una

etapa donde se necesita aire caliente para realizar un secado y se puede aprovechar el

vapor caliente de nuestra planta para calentar aire.

PROCESO DE ELABORACIN DE HARINA DE PESCADOLa importancia del Secado con Aire Caliente

Investigaciones muestran que la harina de pescado secada en temperaturas muy bajasdurante un perodo corto de tiempo es sumamente digestible.El Sistema de Secado de dos fases de AUSTRAL GROUP incorpora baja temperatura. La

primera fase es secado a vapor Rota Tube a baja presion. La temperatura del productoes 20 30 c menor que el Sistema de Secado Rota Disk.La Harina de pescado permanece en el tubo de secado durante 35 minutos comparadosa las 2 horas o ms en el Sistema Rota Disk. la Segunda fase usa el Sistema de Secadocon Aire caliente Geka Termal Oil.El aire caliente indirecto reduce la humedad del producto del 25 % al 7%, laTemperatura del producto permanece debajo 75 C de ah que la humedad es reducidalentamente y la protena no es daada.El Sistema de dos fases de Austral produce harina de pescado con la mejor calidad de

protena, la digestibilidad ms alta y la densidad especifica ms alta.Pruebas de campo en varias industrias muestran que la digestibilidad es mejorada enun 3% en el sistema de dos etapas comparado con el sistema tradicional.


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II. EVALUACIN Y CALCULO DEL CONSUMO ENERGETICO DE LOS

DEPARTAMENTOS TUMBES, PIURA Y LAMBAYEQUE

En base a los datos de desarrollo productivo que se obtenga de los departamentos deTumbes, Piura y Lambayeque, seleccionaremos una regin en particular en la cual

centraremos nuestro estudio para tener una proyeccin estimada de la necesidad de la

creacin de una Planta Trmica con Cogeneracin.

Para evaluar la poblacin actual y su proyeccin hemos tomado como referencia los

datos proporcionados por el ministerio de Energa y Minas (MEM) y del Instituto

Nacional de Estadstica e Informtica (INEI), de los cuales hemos hecho un resumen.

Uno de los grandes problemas que afecta a nuestro pas es la falta de energa en susdiferentes regiones ya sea por problemas econmicos, tecnolgicos y ubicacin.

Teniendo en cuenta nuestro objetivo principal vamos a tratar de solucionar la energa

elctrica faltante en la provincia de Cusco para que su poblacin actual que no posee

dicha energa la obtenga y as mejorar su calidad de vida.

Nuestros clculos estn basados para solucionar dicho problema para un periodo de 20

aos teniendo en cuenta la Poblacin, Crecimiento Poblacional, Consumo Anual de

Energa (CAE), el Grado de Electrificacin (GE) y el ndice de crecimiento de la potencia

demandada.

Consumo Percpita (CP):

Poblacin/CAEPrcapita_Consumo

Poblacin sin electrificacin (PSE):

13/*)1(sin__ PoblacinGEacinelectrificPoblacin

Energia No Cubierta (ENC):

CPPSECubiertaNoEnerga *__

Potencia Necesaria a Instalar (PNI):

8760/___ ENCInstalaraNecesariaPotenca

Energa Proyectada:

niActualEnergaoyectadaEnerga 1*_Pr_

Potencia Proyectada:

niActualPotenciaoyectadaPotencia 1*_Pr_

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


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DEPARTAMENTO: TUMBES

Sector AgropecuarioEn marzo del 2011, la produccin de cacao totaliz44 toneladas y aument en 59,0%, respecto asimilar mes del 2010, que fue 28 toneladas.

La produccin de limn totaliz 1 mil 236toneladas, cifra superior en 109,1%, encomparacin a marzo del ao 2010, que report

591 toneladas. Asimismo, presentaroncomportamientos favorables: maz amarillo duroen 169,2% y maracuy en 38,9%, entre losprincipales.De otro lado, la produccin de pltano lleg a 8 mil158 toneladas y disminuy en 11,8% respecto asimilar mes del ao anterior, que fue de 9 mil 247toneladas. Tambin, disminuy la produccin depapaya en -49,4%. En el subsector pecuario,presentaron crecimientos en su produccin: ave en50,5%, ovino 16,7%, porcino 12,1%, vacuno 5,9% ycaprino en 2,4%. Slo disminuy la produccin de

leche fresca en -4,3%.

Sector PescaEn marzo 2011, la produccin de langostino enteroalcanz las 784 toneladas mtricas brutas ydisminuy en 21,5%, respecto a lo registrado enmarzo de 2010, cuya produccin fue de 999toneladas mtricas brutas, debido a menoresreasde crianza en la actividad.

Subsector ElectricidadEn el mes de marzo 2011, la produccin deenerga elctrica disminuy en 24,8%, enreferencia al mismo mes del 2010, sustentado enla menor generacin de energa de origentrmica.

Recaudacin SUNATLos ingresos recaudados por tributos internos,totalizaron 3 millones 462 mil nuevos soles ydisminuy en 6,5%, comparado con marzo 2010.


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CONSUMO ANUAL MW-Hr TUMBES

y = 5E-98e0.1161x

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

C

ONSUMOMw-h

AO

CONSUMO ANUAL TUMBES

AO 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

CONSUMO 4432 4395 5258 6518 5495 8677 9564 10308 10242 11089


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DEPARTAMENTO: PIURA

Sector Agropecuario

Durante el mes de marzo 2011, la produccin de limnfue de 9 mil 501 toneladas y disminuy en 38,2%respecto al mismo mes del ao 2010 que fue de 15 mil376 toneladas. Asimismo, la produccin de mangoregistr 7 mil 6 toneladas, cifra menor en 82,5%comparado con marzo 2010, que fue de 40 miltoneladas, debido a una disminucin del rendimiento

de la superficie cosechada.Tambin, mostraron variaciones negativas, cebolla en-72,7%, yuca - 2,5%, naranja -40,6%, ciruela -39,0%,papa -21,8%, chirimoya -6,6% y pltano en -1,2%,entre otros. De otro lado, aument la produccin decamote en 71,2%, pia 66,7%, coco 42,5% y papaya en10,5%, entre los principales cultivos.En el subsector pecuario, la produccin de caprino fuede 400 toneladas de peso vivo y aument en 5,1%comparado con similar mes del 2010, que fue de 381toneladas de peso vivo. Tambin, creci la produccinde ave en 35,0%, leche fresca 24,4% y vacuno en 1,2%.

Por otro lado, disminuy la produccin porcino en -7,8% y huevo en -8,9%.

Sector HidrocarburosEn marzo 2011, la produccin fiscalizada de petrleocrudo alcanz 1 milln 327 mil 268 barriles y aumenten 4,8%, respecto a similar mes del 2010. Estecomportamiento estuvo determinado por la mayorextraccin de las empresas petroleras Mercantile(39,6%), SAVIA (11,6%), Petrobras (5,7%), entre losprincipales.Por otro lado, la produccin fiscalizada de gas natural

aument en 29,2% respecto a marzo 2010, explicadopor la mayor produccin de las empresas SAPET(153,6%), OLYMPIC (114,5%), GMP (52,2%), SAVIA(20,2%) y Petrobras (9,0%).

Subsector ElectricidadEn el mes de anlisis del 2011, la produccin deenerga elctrica se increment en 12,0%, en relacin alo generado en igual mes del ao 2010, ante la mayorproduccin de energa trmica.


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Recaudacin SUNATLos ingresos recaudados por tributos internos en marzo 2011, totalizaron 111 millones 326 mil nuevossoles y aumentaron en 7,2% respecto a marzo del 2010.Igualmente, el nmero de contribuyentes crecieron en 14,2%.

CONSUMO ANUAL GW-Hr PIURA

y = 3E-80e0.0931x

0

10

20

30

40

50

60

70

80

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

CONSUM

OGWhr

ao

CONSUMO ANUAL PIURA

AO 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

CONSUMO 30.467298 31.5687295 32.84396732 34.22830852 39.44258736 43.16806105 49.31667088 53.58777524 57.25758278 70.60150378


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DEPARTAMENTO: LAMBAYEQUE

Sector AgropecuarioEn marzo del ao 2011, la produccin de caa de azcaralcanz 212 mil 736 toneladas y aument en 110,8% conrelacin a la produccin obtenida en similar mes del ao2010 que fue de 100 mil 927 toneladas, debido a una

mayor superficie sembrada.De igual manera, se observ que la produccin de limnen el mes de marzo 2011, alcanz un total de 5 mil 91toneladas, nivel superior en 51,9% a lo registrado enmarzo del 2010, que totaliz 3 mil 352 toneladas.Tambin, presentaron variaciones positivas: pltano en160,2%, maracuy 91,0%, olluco 74,5%, haba grano seco34,8%, haba grano verde 15,1%, camote 14,2% y aj en9,4%, entre otros. De otro lado, la produccin de mazamarillo duro registr 2 mil 772 toneladas y disminuy en19,1%, respecto a lo obtenido en similar mes del 2010que alcanz las 3 mil 428 toneladas, explicado por las

menores reas cosechadas.Asimismo, los principales cultivos que disminuyeron suproduccin, fueron: sanda en -87,6%, cebolla -74,8%, col-55,3%, yuca -38,5%, maz choclo - 4,7%, maz amilceo -32,2%, tomate -27,7%, frijol grano seco -12,1% y alfalfa en -11,9%, entre los ms importantes.En el subsector pecuario, la produccin de ave totaliz522 toneladas de peso vivo y se increment en 17,7%,comparado con el nivel obtenido en similar mes del aoanterior, que fue de 443 toneladas de peso vivo.Igualmente, aument la produccin de huevo en 18,7%,ovino 17,8%, porcino 14,0%, caprino 13,7% y lechefresca en 2,5%. Contrariamente, disminuy la

produccin de vacuno en -1,0%.

Subsector ElectricidadEn el mes de anlisis, la produccin de energa elctricaregistr un aumento de 31,8% con referencia a logenerado en similar mes del ao 2010, debido a la mayorgeneracin de energa de origen trmica.

Recaudacin SUNATLos ingresos recaudados por tributos internos, totalizaron29 millones 912 mil nuevos soles y crecieron en 15,4% conrespecto a lo reportado en marzo del 2010. Tambin, el

nmero de contribuyentes inscritos se incrementaron en13,0%.


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CONSUMO ANUAL KW-Hr LAMBAYEQUE

Es muy importante aclarar que esta Energa Proyectada determinada, es la energaque va a cubrir la demanda de energa en la industria de los departamentos Tumbes,

Piura y Lambayeque en el ao 2031.

EN LOS SECTORES EVALUADOS NOS DA UN CONSUMO TOTAL DE 110MW

y = 5E-78e0.0973x

0

5000000

10000000

15000000

20000000

25000000

30000000

35000000

40000000

45000000

50000000

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

CO

NSUMOKW-Hr

ao

CONSUMO ANUAL LAMBAYEQUE

AO 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011CONSUMO 24736031 28125415.92 31576731.2 35831467.92 38357058.4 41153566.8 44588450.3


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III. GAS NATURAL PARA GENERACIN DE ENERGA: EXTRACCIN:

TALARA

Gas Natural para la Generacin Elctrica

El gas natural se ha constituido en el combustible ms econmico para la generacin

de electricidad, ofrece las mejores oportunidades en trminos de economa, aumento

de rendimiento y reduccin del impacto ambiental. Estas ventajas pueden conseguirse

tanto en las grandes centrales termoelctricas as como en las pequeas.

1.-Qu es una central de ciclo combinado de gas?

Se basa en la produccin de energa a travs de ciclos diferentes, una turbina de gas y

otra turbina de vapor. El calor no utilizado por uno de los ciclos se emplea como fuente

de calor del otro. De esta forma los gases calientes de escape del ciclo de turbinas de

gas entregan la energa necesaria para el funcionamiento del ciclo de vapor acoplado.

Esta configuracin permite un muy eficiente empleo del gas natural.

La energa obtenida en estas instalaciones puede ser utilizada, adems de la

generacin elctrica, para calefaccin a distancia y para la obtencin de vapor deproceso.

2.-Cmo es una instalacin de ciclo combinado?

En la Figura se muestra un esquema simplificado de un circuito tpico de un ciclo

combinado para generacin de energa elctrica. El aire aspirado desde el ambiente

ingresa al turbogrupo del ciclo de gas, es comprimido por un compresor, a continuacin

se mezcla con el combustible en la cmara de combustin para su quemado. En esta

cmara el combustible ingresa atomizado. Los gases de combustin calientes se

expanden luego, en la turbina de gas proporcionando el trabajo para la operacin del

compresor y del generador elctrico asociado al ciclo de gas.

Los gases de escape calientes salientes de la turbina de gas ingresan a la caldera de

recuperacin. En esta caldera de recuperacin se produce el intercambio de calor entre

los gases calientes de escape y el agua a alta presin del ciclo de vapor; es decir, el

aprovechamiento del calor de los gases de escape llevando su temperatura al valor

ms bajo posible. Los gases enfriados son descargados a la atmsfera a travs de una

chimenea. En relacin con el ciclo de vapor, el agua proveniente del condensador


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ingresa a un tanque de alimentacin desde donde se enva a distintos bancos de

alimentacin de intercambiadores de calor de la caldera de recuperacin, segn se

trate de ciclos combinados de una o ms presiones. En la caldera de recuperacin el

agua pasa por tres sectores:

El economizador.

El sector de evaporacin.

El sector de recalentamiento.

En el primer sector el agua se calienta hasta la temperatura de vaporizacin y en el

ltimo se sobrecalienta hasta temperaturas mximas del orden de los 540C

aprovechando las altas temperaturas a las que ingresan los gases de escape de la

turbina de gas a la caldera de recuperacin.

3.-Qu es la cogeneracin?

La cogeneracin es la produccin simultnea de energa elctrica y energa trmica

utilizando un nico combustible como el gas natural. Las plantas de Cogeneracin

producen electricidad y calor para aplicaciones descentralizadas y donde se requieran.

Estas plantas tienen una ptima eficiencia en las transformaciones energticas y con

mnimas contaminaciones ambientales.


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Una planta de cogeneracin est compuesta por un motor de combustin interna de

ciclo Otto (o turbina de gas) que acciona un alternador (generador elctrico).

A este conjunto generador se le puede aprovechar la energa trmica liberada a travs

de la combustin de los gases, mediante intercambiadores de calor instalados en loscircuitos de refrigeracin de camisas, de aceite lubricante, ms un aprovechamiento

extra en una caldera de recuperacin de gases de escape.

Usualmente la ubicacin de estas plantas es prxima a los consumidores, con lo cual

las prdidas por distribucin son menores que las de una central elctrica y un

generador de calor convencional.

4.- Qu ventajas ofrecen las centrales trmicas de gas con respecto a la que operan a

carbn o diesel?

La sustitucin de centrales convencionales de carbn y diesel por centrales de ciclo

combinado que utilizan gas natural es una manera efectiva de contribuir a la reduccin

del efecto invernadero. Por otro lado, la tecnologa de ciclo combinado consume un

35% menos de combustible fsil que las convencionales, lo que aporta, de hecho, la

mejor solucin para reducir las emisiones de CO2 a la atmsfera y, por tanto, contribuir

a preservar el entorno medioambiental. Respecto al resto de contaminantes, la emisin

unitaria por kWh producido a travs de plantas de ciclo combinado es, en general,

sensiblemente menor, aunque destaca especialmente la reduccin de emisin de

dixido de azufre, que es despreciable frente a la de una central alimentada por carbn

o fuel.


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En cuanto a los costos; en una planta de ciclo combinado, la inversin necesaria para

instalar un mdulo es del orden de 50% en relacin a la inversin en una planta con

carbn importado; el tiempo de construccin es, aproximadamente, 30 % menor.

La repercusin, en trminos de costos de capital, sobre el precio final del kWhproducido en una planta de ciclo combinado es la tercera parte que en el caso de

utilizar carbn de importacin. Tambin resulta significativa la menor cantidad de agua

que se utiliza en el proceso, ya que la turbina de gas no precisa de refrigeracin alguna

y nicamente se requiere agua para el ciclo de vapor, lo que supone que una central de

ciclo combinado con gas natural necesita tan slo un tercio del agua que se precisa en

un ciclo simple de fuel o de carbn.

Gas Natural en el Per1.- En qu zonas del Per se producen gas natural?

El gas natural se produce en dos reas geogrficas:

En el Noroeste

En el rea de Talara se usa el gas natural como combustible en la generacin de

electricidad (Central Trmica de EEPSA), en las operaciones de las industrias petroleras

de la zona y tambin como combustibleresidencial (aproximadamente 350 viviendas).

Existe la posibilidad de que se desarrollen proyectos de distribucin en las ciudades deTalara, Sullana y Piura.

En la Selva Central

En el rea de Pucallpa se usa el gas natural como combustible para la generacin

elctrica (Central Trmica de Aguayta Energy) y en las operaciones petroleras. Existe la

Posibilidad de que se desarrollen proyectos de distribucin de gas natural en la ciudad

de Pucallpa.

2.- En el Per, existen reservas de gas natural?

Las Reservas probadas existentes en el Per son:


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Extraccin de Gas Natural en Piura


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TALARA:


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IV. SELECCIN DEL CICLO COMBINADO TERMODINMICO APLICADOEl ciclo termodinmico a aplicar ser un Ciclo Combinado de Cogeneracin con Planta

de Vapor a Contrapresin , donde la cogeneracin ser utilizada para calentar el agua

que utilizan los trabajadores de la planta trmica para su aseo personal y para lacoccin de alimentos debido a que en la ciudad de Cusco se presentan bajas

temperaturas.

CENTRAL TERMICA DE CICLO COMBINADO DE COGENERACION

Una central de ciclo combinado consiste bsicamente en un grupo Turbina a Gas-

Generador, una chimenea recuperadora de calor (HRSG) y un grupo Turbina a Vapor-

Generador, formando un sistema que permite producir electricidad.

Proceso de generacin de energa

El proceso comienza con la aspiracin de aire desde el exterior siendo conducido al

compresor de la Turbina a Gas a travs de un filtro.

El aire es comprimido y combinado con el combustible atomizado (Gas Natural) en una

cmara donde se realiza la combustin. El resultado es un flujo de gases calientes que

al expandirse hacen girar la Turbina a Gas proporcionando trabajo. El generador

acoplado a la Turbina a Gas transforma este trabajo en energa elctrica.

Los gases de escape que salen de la Turbina a Gas pasan a la chimenea recuperadora

de Calor o HRSG. En esta chimenea se extrae la mayor parte del calor an disponible en

los gases de escape y se transmiten al ciclo agua-vapor, antes de pasar a la atmsfera.

La Chimenea de recuperacin se divide en tres reas de intercambio de calor:

rea 1: Se denomina economizador y est ubicado en la parte superior de la

chimenea. El agua a alta presin ingresa al economizador para ser recalentada

hasta el punto de saturacin.

rea 2: Se denomina ciclo de evaporacin y est ubicada en la zona intermedia de la

chimenea. Es donde se transforma el agua en vapor.

rea 3: Se denomina recalentador y est ubicada en la parte inferior de la chimenea,

zona donde la temperatura es ms alta producto de que est cerca de la salida de la

Turbina a Gas.

Aqu el vapor saturado se recalienta an ms. Posteriormente este vapor recalentado

es inyectado en la Turbina a Vapor donde se expande en las filas de alabes haciendo


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girar el eje de esta Turbina lo que genera trabajo, el cual es transformado en energa

elctrica en el generador acoplado a la Turbina a Vapor.

El vapor que sale de la Turbina de Vapor, pasa a un condensador donde se transforma

en agua. Este condensador es refrigerado mediante un sistema que inyecta agua frapor la superficie del condensador, lo que ocasiona la disipacin del calor latente

contenido en el vapor.

Posteriormente el agua pasa a un desgasificador/tanque de agua de alimentacin. En

el desgasificador se eliminan todos los gases no condensables. El tanque enva, a travs

de bombas, el agua a alta presin hacia la chimenea de recuperacin para iniciar

nuevamente el ciclo.

La tensin que se genera en los generadores de las turbinas a gas y vapor es deaproximadamente 13kV que es elevada en los transformadores principales conectados

a cada generador, pudiendo ser del orden de los 220kV. Esto se realiza porque a baja

tensin la intensidad de corriente es muy alta, necesitndose cables de transmisin de

gran seccin que soporten el flujo de electrones y generando adicionalmente grandes

prdidas de transmisin. Al elevarse la tensin, la intensidad de corriente es baja lo que

origina una reduccin en las prdidas de transmisin.

Componentes:

Una o ms Turbinas a Gas, que representan 2/3 de la generacin total de laplanta.

Una o ms Turbinas a Vapor, que representan 1/3 de la generacin total de laplanta.

Uno o ms HRSG. Este equipo realiza la evaporacin del agua, para inyectarla enforma de vapor en la Turbina a Vapor. Deben haber tantos HRSG como Turbinasa Gas.

Estacin medidora y reductora de la presin del gas natural, ms la tubera de lacentral.

Sistema de control basado en microprocesadores para la central. Estanque de almacenamiento para el combustible para el combustible de

respaldo (petrleo diesel).

Sistema de refrigeracin si es que la zona donde se instalar la planta no cuentacon sistemas de refrigeracin naturales (agua de mar, pozos profundos, etc.).


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ESQUEMAS SIMPLIFICADO DEL PROCESO:


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CICLO COMBINADO DEL PROCESO ELEMENTOS CONSTITUTIVOS PRINCIPALES


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ESQUEMA TRMICO BSICO Y DE FLUIDOS DE ENERGA DE UN CICLO COMBINADO

GAS -VAPOR

Figura N1: Imagen de una turbina de gas.

Cabe resaltar que para un ptimo funcionamiento de toda Planta es necesario un

adecuado Programa de Mantenimiento de los equipo.


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V. CLCULO TERMODINMICO DEL CICLO SELECCIONADO

Datos Principales

Presin de Vapor: 200 bares

Tipo de Vapor: recalentado

Combustible: Gas natural

Ubicacin de la Planta: Paita, Piura

Temperatura ambiente (T5): 25C

Presin Atmosfrica (P5): 1 bar

Datos Considerados

Eficiencia mecnica (m): 95%

Eficiencia de los generadores (g): 90%

Eficiencia adiabtica Turbina a Gas (t): 80%

Eficiencia adiabtica Compresor (c): 80%

Eficiencia adiabtica Turbina a Vapor (tv): 90%

Eficiencia adiabtica Bomba (b): 80%

Eficiencia del caldero recuperador (cr): 87%

Relacin de presiones (): 11.7 (catlogo)

Presin a la salida de la Turbina a Vapor (P4): 1 bar

Estado de Vapor recalentado: P3:200 bar

T3:400C

Poder Calorfico del Gas Natural: 47000 KJ/Kg


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5.1)Para el ciclo Joule-Brayton

Capacidad trmica del aire (kJ/kg.K) 1.172

Exponente politrpico del aire k 1.4

Relacin de presiones Turbina 19 catalogo

Relacin de presiones Bomba 12.6 catalogo

PROCESO 5-6: Compresor

Presin a la entrada del Compresor P5 (bar) 1.01Presin a la salida del Compresor P6 (bar) 19.25

Temperatura a la entrada del Compresor T5(K) 298.00 ambiente

Temperatura ideal a la salida del Compresor T6i (K) 614.62

Temperatura a la salida del Compresor T6 (K) 649.80Entalpa a la entrada delCompresor h5 (kJ/kg) 349.26

Entalpa a la salida del Compresor h6 (kJ/kg) 761.57puede ser portabla

Trabajo del Compresor Wc (kJ/kg) 412.31

PROCESO 6-7: Cmara de Combustin

Presin a la entrada de la Cmara de combustin P6 (bar) 19.25Temperatura a la salida de la Cmara decombustin T7 (K) 1300.00

Asumido deCatlogo

Entalpa a la salida de la Cmara de combustin h7 (kJ/kg) 1523.60

Entalpia salida de gas h9 (kJ/kg) 300.19 Asumido a 30 C

PROCESO 7-8: Turbina

Presin a la entrada de la Turbina: P7 (bar) 17.00Temperatura a la entrada de laTurbina T7 (K) 1300.00

Presin a la salida de la Turbina: P8 (bar) 1.01

Temperatura ideal a la salida de la Turbina T8i (K) 630.31Temperatura a la salida de laTurbina T8 (K) 697.28

Potencia nominal de la planta (MW) 66.67

Eficiencia Mecnica (Compresor y Turbina) 0.90

Eficiencia de la combustin 0.92

Eficiencia del Generador 0.95


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FLUJOS

Calor especifico entregado al ciclo KJ/Kg 803.26

MW 141Flujo de combustible Kg/seg 11.69

Relacin AireCobustible 15

Flujo de Combustible mc (kg/s) 11.69

Flujo de Aire ma (kg/s) 175.35

Flujo de mezcla mg (kg/s) 187.04

Calor de 8-9

Q8-9

(kJ/kg) 517.02Calor entregado Q8-9 (KW) 90659.0


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5.2)Para el ciclo rankine

3

Vapor Hmedo Vapor Recalentado

Pv (bar) 200 P3 (bar) 200 variacinindicadorT

Tsat (K) 638.71 T3 (K) 648.71 10 16

vf (dm3/kg) 2.039 v (kJ/kg) 19.66 178 indicador

vg (dm3/kg) 5.85 h (kJ/kg) 3673 179 indicador

hf (kJ/kg) 1826.6 s (kJ/kg.K) 6.656 180 indicador

hg (kJ/kg) 2410.5sf (kJ/kg.K) 4.014

sg (kJ/kg.K) 4.928

4

Vapor Hmedo

Pv (bar) 1.01

Tsat (K) 372.63

vf (dm3/kg) 1.0432

vg (dm3/kg) 1693.7

hf (kJ/kg) 417.5

hg (kJ/kg) 2675.2

sf (kJ/kg.K) 1.303

sg (kJ/kg.K) 7.359

Calidad 88%

v (dm3/kg) 1497.2

h (kJ/kg) 2413.1

s (kJ/kg.K) 6.656

Potencia nominal de la planta (MW) 33.33

Eficiencia del intercambiador 0.80

Eficiencia de la combustin 0.92Eficiencia del Generador 0.95

Presin de recalentamiento

Flujo de Combustible mc (kg/s) 11.69

Temperatura de sobrecalentamiento Tsc (K) 623.00

Capacidad trmica del aireCp

(kJ/kg.K) 1.0035

Exponente politrpico del aire k 1.4


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W bomba ideal 20.8 KJ/Kg

W bomba real 48.4 KJ/Kg

Efic. Bonba 75%

W turbina real 308 KJ/Kg

Efic Turb. 80%

w neto 259.56 KJ/Kg

Potencia 67760 KW 57104 KW

Masa de vapor 220 Kg/s

en elrecuperador 85% 433610.57

en el caldero 85%


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Calor Entregado: 354 MWTrabajorealizado: 163 MW

Eficiencia del ciclo sincogeneracion: 46%

Rendimientomedio: 74.29 %

mvapor: 220 Kg/s

h4: 2784 KJ/Kg

h1: 2329 KJ/Kg

Qproceso: 100.1 MW


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VI. Seleccin de los componentes de la planta de generacin6.1 Seleccin de la Turbina a Gas

Segn se puede observar en el catlogo deTurbinas a Gas Siemens,podemosseleccionar las caractersticas de la Turbina a Gas:

Power Output113 MW

Efficiency 33.9 %

Heat Rate10,606 kJ/kWh10,052 Btu/kWh

Por lo tanto se selecciona la turbina a gas de Marca SIEMENS Modelo SGT6-2000E

6.2 Seleccin de la Turbina a Vapor

Segn se puede observar en el catlogo de Turbinas a Vapor Siemens(ver anexo 02),

podemos seleccionar las caractersticas de Turbina a Vapor:

Technical Data

Power output up to 100 MW

Inlet steam pressure up to 140 bar / 2,030 psi

Inlet steam temperature up to 540 C / 1005 F

Rotational speed 3,000 to 15,000 rpm

Bleeds up to 5, at various pressure levels

Controlled extraction pressure: up to 65 bar (a) / 945 psi

Exhaust steam conditionspressure: up to 55 bar (a) / 800 psi


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Por que se seleccionar la Turbina a Vapor de Marca SIEMENS Modelo SST-600

6.3 Seleccin de la Bomba de alimentacin a la Caldera Recuperadora

Caractersticas de la Bomba:CALCULADO SELECCIONADO

CAUDAL 221 m3/h Hasta 2300m3/h

ALTURA 1968m Hasta 5300m

TEMPERATURA 100 C Hasta 210C

PRESIN 200 Bar Hasta 560 bar

Por lo tanto se seleccionar la Bomba de marca KSB con modelo HG/HD (bomba de

alimentacin de calderas).

NOTA: Para un correcto mantenimiento de las Bombas es necesario conocer cules son

Modos de Fallas ms comunes.

Documents

1era Mono Fuerza Motriz Final[1]