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República Bolivariana de Venezuela Universidad del Zulia Núcleo LUZ COL Facultad de Ingeniería Escuela de Mecánica Cátedra: Generación de Potencia Profesor: Alexis Cabrera y Alfredo Álvarez Integrantes GODOY, Simonnet C.I. 18.311.883 HURINSON, Sonia C.I. 16.295.892 MOSQUERA, Blanca C.I. 13.660.463 PLAZA, Giuseppe C.I. 18.312.898 PORTILLO, Ivana C.I. 19.506.381 RÍOS, Carlos C.I. 17.181.288 Cabimas; julio de 2009

Planta Termoeléctrica de 80 MW

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Page 1: Planta Termoeléctrica de 80 MW

República Bolivariana de Venezuela

Universidad del Zulia

Núcleo LUZ – COL

Facultad de Ingeniería

Escuela de Mecánica

Cátedra: Generación de Potencia

Profesor: Alexis Cabrera y Alfredo Álvarez

Integrantes

GODOY, Simonnet C.I. 18.311.883

HURINSON, Sonia C.I. 16.295.892

MOSQUERA, Blanca C.I. 13.660.463

PLAZA, Giuseppe C.I. 18.312.898

PORTILLO, Ivana C.I. 19.506.381

RÍOS, Carlos C.I. 17.181.288

Cabimas; julio de 2009

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GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 1

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GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 2

PREMISAS

Diseño de una Planta Termoeléctrica que genera 80 MW:

Potencia del generador = 80 MW

Eficiencia del generador = 96% (Por Catálogo)

Trabajo consumido = 3% (Asumido)

Especificaciones técnicas de la turbina a vapor (Por Catálogo):

Turbina general eléctrica

División de turbinas medianas a vapor

Con contrapresión de

Velocidad sincrónica = 3600 rpm

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GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 3

Donde:

Cálculo del número de intercambiadores de calor del ciclo:

Donde:

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GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 4

Recalentando el con 5 intercambiadores tenemos:

Caldera

Extracción # 1

Extracción # 2

Extracción # 3

Extracción # 4

Extracción # 5

Condensador

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GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 5

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GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 6

BALANCE TERMODINÁMICO

Punto 1: Salida del Sobrecalentador – Entrada a la Turbina de Alta Presión.

Vapor Sobrecalentado

Punto 2: Salida de la 1era Extracción de la Turbina de Alta Presión – Entrada al

Intercambiador Cerrado de Alta Presión.

Vapor Sobrecalentado

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GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 7

Punto 3: Salida de la 2da Extracción de la Turbina de Alta Presión – Entrada al Recalentador

y al Intercambiador Abierto.

Vapor Sobrecalentado

Punto 4: Salida del Recalentador – Entrada a la Turbina de Baja Presión.

Vapor Sobrecalentado

Page 9: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 8

Punto 5: Salida de la 1era Extracción de la Turbina de Baja Presión – Entrada al 3er

Intercambiador Cerrado de Baja Presión.

Vapor Sobrecalentado

Punto 6: Salida de la 2da Extracción de la Turbina de Baja Presión – Entrada al 2do

Intercambiador Cerrado de Baja Presión.

Vapor Sobrecalentado

Page 10: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 9

Punto 7: Salida de la 3era Extracción de la Turbina de Baja Presión – Entrada al 1er

Intercambiador Cerrado de Baja Presión.

Vapor Sobrecalentado

Punto 8: Salida de la Turbina de Baja Presión – Entrada al Condensador.

Mezcla

Page 11: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 10

Punto 9: Salida del Condensador – Entrada a la Bomba de Condensado.

Líquido Saturado

Punto 10: Salida de la Bomba de Condensado – Entrada al 1er Intercambiador Cerrado de

Baja Presión.

Líquido Subenfriado

Page 12: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 11

Punto 11: Salida del 1er Intercambiador Cerrado de Baja Presión – Entrada al 2do

Intercambiador Cerrado de Baja Presión.

Líquido Subenfriado

Punto 12: Salida del 2do Intercambiador Cerrado de Baja Presión – Entrada al 3er

Intercambiador Cerrado de Baja Presión.

Líquido Subenfriado

Page 13: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 12

Punto 13: Salida del 3er Intercambiador Cerrado de Baja Presión – Entrada al

Intercambiador Abierto.

Líquido Subenfriado

Punto 14: Salida del Intercambiador Abierto – Entrada a la Bomba de Alimentación.

Líquido Saturado

Page 14: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 13

Punto 15: Salida de la Bomba de Alimentación – Entrada al Intercambiador Cerrado de Alta

Presión.

Líquido Subenfriado

Punto 16: Salida del Intercambiador Cerrado de Alta Presión – Entrada a la Caldera.

Líquido Subenfriado

Page 15: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 14

Punto 17: Salida del Intercambiador Cerrado de Alta Presión – Entrada a la Válvula de

Expansión.

Líquido Saturado

Punto 18: Salida de la Válvula de Expansión – Entrada al Intercambiador Abierto.

Mezcla

Page 16: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 15

Punto 19: Salida del 3er Intercambiador Cerrado de Baja Presión – Entrada a la Válvula de

Expansión.

Líquido Saturado

Punto 20: Salida de la Válvula de Expansión – Entrada al 2do Intercambiador Cerrado de

Baja Presión.

Mezcla

Page 17: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 16

Punto 21: Salida del 2do Intercambiador Cerrado de Baja Presión – Entrada a la Válvula de

Expansión.

Líquido Saturado

Punto 22: Salida de la Válvula de Expansión – Entrada al 1er Intercambiador Cerrado de

Baja Presión.

Mezcla

Page 18: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 17

Punto 23: Salida del 1er Intercambiador Cerrado de Baja Presión – Entrada a la Válvula de

Expansión.

Líquido Saturado

Punto 24: Salida de la Válvula de Expansión – Entrada al Condensador.

Mezcla

Page 19: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 18

Page 20: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 19

BALANCE DE MASA Y ENERGÍA

PROCESO (15 – 16 – 2’ – 17)

PROCESO (13 – 14 – 3’ – 18)

Page 21: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 20

PROCESO (12 – 13 – 5’ – 19)

PROCESO (11 – 12 – 6’ – 20 – 21)

Page 22: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 21

PROCESO (10 – 11 – 7’ – 12 – 14)

CALDERA (3 – – 4 – 1 – 16)

Page 23: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 22

CONDENSADOR (24 – – 8 – 9)

TRABAJO NETO DEL CICLO

TURBINA (TRABAJO NETO PRODUCIDO)

Page 24: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 23

BOMBA (TRABAJO NETO CONSUMIDO)

FLUJO MÁSICO DE VAPOR

Page 25: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 24

Page 26: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 25

CÁLCULO DE LA COMBUSTIÓN

COMBUSTIBLE RESIDUAL NÚMERO 6 O BUNKER C (PETRÓLEO)

COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL COMBUSTIBLE

Carbono

(C)

Hidrógeno

( )

Oxígeno

( )

Nitrógeno

( )

Azufre

(S)

Agua

( )

Cenizas

86,55% 12,68% 0,03% 0,29% 0,29% 0% 0,16%

PODER CALORÍFICO DEL COMBUSTIBLE

MASA DE AIRE TEÓRICO

MASA DE AIRE REAL

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GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 26

MASA DE LOS GASES SECOS DE COMBUSTIÓN RESPECTO A LA MASA DE COMBUSTIBLE

BALANCE TÉRMICO DE LA CALDERA

CALOR ABSORBIDO POR LA CALDERA

Page 28: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 27

PÉRDIDAS CALORÍFICAS DEBIDO A LOS GASES SECOS

Estas pérdidas ocurren debido a que el hidrógeno presente en el combustible al

quemarse se transforma en agua, abandonando la caldera en forma de vapor recalentado, y

se puede obtener que la temperatura de salida de los gases sea aproximadamente la

temperatura de saturación a la presión de operación de la caldera, adicionándole 100 .

Debido a las pérdidas de presión en la caldera y sus equipos se estima que la presión

de la caldera caerá aproximadamente 10% de su presión de operación. Considerando que la

presión de entrada a la turbina debe ser de 8,62 MPa entonces la .

PÉRDIDAS CALORÍFICAS DEBIDO A LA HUMEDAD DEL COMBUSTIBLE

La humedad que entra junto con el combustible al generador de vapor y adicionando

la humedad formada al quemar hidrógeno, sale como vapor sobrecalentado.

Page 29: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 28

PÉRDIDAS CALORÍFICAS DEBIDO A LA COMBUSTIÓN INCOMPLETA DEL CARBONO

PÉRDIDAS CALORÍFICAS DEBIDO A LA COMBUSTIÓN COMPLETA DEL CARBONO

Asumiendo que gracias al exceso de aire suministrado, la combustión se realiza

completa.

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GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 29

PÉRDIDAS CALORÍFICAS DEBIDO AL AIRE SUMINISTRADO

PÉRDIDAS CALORÍFICAS DEBIDO A LA RADIACIÓN Y OTRAS CAUSAS

Adicionalmente, las pérdidas de energía térmica que se cuantifican en el orden de

50% a 75% de pérdidas totales, dependiendo del tipo de combustible. Considerando 65% de

pérdidas.

Page 31: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 30

MASA DE COMBUSTIBLE NECESARIA PARA LA COMBUSTIÓN

Por lo tanto:

EFICIENCIA DE LA CALDERA

Page 32: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 31

CÁLCULO DE LOS GASES DE COMBUSTIÓN

FLUJO DE MASA DE AIRE PARA LA COMBUSTIÓN

DIMENSIONES DE LA CALDERA

Para el cálculo y diseño del generador de vapor el primer parámetro a considerar es

el flujo másico de vapor, a través de los cálculos anteriormente efectuados se conoció dicho

parámetro siendo igual a:

Page 33: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 32

Por medio del libro “Diseño y Teoría de Plantas Generadoras” (Power Plant Theory

and Design) de Philip Potter, página 545, la caldera debe producir un 10% adicional de flujo

másico de vapor debido a las pérdidas existentes en el ciclo agua – vapor (fugas, venteos,

drenajes, muestras y otros), siendo el nuevo flujo másico de vapor igual a:

A través del libro “Centrales de Vapor” de G. A. Gaffert, tabla XL, página 575, se

obtiene por medio de una extrapolación las dimensiones aproximadas del hogar y la caldera

con el flujo másico ya conocido.

Flujo másico

de vapor

(Kgm/hr)

Dimensiones

aproximadas de la

planta

Dimensiones aproximadas del

hogar

Diámetro

del

tambor

de vapor

(m)

Diámetro

del

tambor

de agua

(m)

Distancia

entre

centros

de

tambores

(m)

Profundidad

(m)

Ancho

(m)

Ancho

(m)

Profundidad

(m)

Alto

(m)

368722,247 17,358 14,958 13,248 12,553 20,942 1,524 0,914 15,188

PARÁMETROS DE CIRCULACIÓN NATURAL

Se debe estimar una presión de operación en la caldera debido a que en ella ocurren

caídas de presión que se aproximan al 10% (tuberías, economizadores, evaporadores,

sobrecalentadores, recalentadores y otros).

Page 34: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 33

Para encontrar los parámetros de circulación en la caldera se deben conocer los

estados termodinámicos a partir de la temperatura de saturación a la presión de operación.

Por medio del libro de Philip Potter, página 214, se obtienen las formulas necesarias

para calcular el factor de sequedad máxima en el tope por unidad de masa.

CÁLCULO DEL FACTOR DE SEQUEDAD MÁXIMO EN EL TOPE

CALIDAD VOLUMÉTRICA DE LA MEZCLA

FACTOR DE SEQUEDAD

Page 35: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 34

RELACIÓN DE CIRCULACIÓN

POTENCIAL DE CIRCULACIÓN

Donde:

DENSIDAD DEL LÍQUIDO EN LOS TUBOS BAJANTES

Page 36: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 35

DENSIDAD PROMEDIO EN LOS TUBOS ELEVADORES

CÁLCULO DE LOS TUBOS ELEVADORES

Page 37: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 36

Con este valor de temperatura según G. A. Gaffert, tabla XIX, página 361, se obtiene

la fatiga permisible del material. Para nuestro análisis se seleccionó, A – 155 grado A con un

esfuerzo máximo permisible de .

Para este tipo de calderas los diámetros de los tubos de ascenso varían normalmente

entre 2 y 3 pulgadas, estos rangos son para sistemas de circulación natural. Se seleccionará

un diámetro de 2,5 pulgadas.

DETERMINACIÓN DEL ESPESOR

Donde:

Page 38: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 37

Estandarizando:

LONGITUD EQUIVALENTE

Page 39: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 38

Según Philip Potter, figura 2 – 2, página 71, con diámetro de y codos de 90°

.

CÁLCULO DE LOS TUBOS BAJANTES

Los tubos de este tipo son designados para la función de transportar un fluido, cuyo

diámetro en circulación natural es generalmente de 5 pulgadas, sin embargo puede variar

entre 5 y 8 pulgadas de diámetro.

Para nuestro análisis se seleccionó un acero A – 155 grado A con un esfuerzo máximo

permisible de .

Page 40: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 39

DETERMINACIÓN DEL ESPESOR

Donde:

Estandarizando:

Page 41: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 40

LONGITUD EQUIVALENTE

Según Philip Potter, figura 2 – 2, página 71, con diámetro de y codos de 90°

.

Según Philip Potter, figura 2 – 2, página 71, con diámetro de y codos de 90°

.

Page 42: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 41

CÁLCULO DE LAS MASAS QUE CIRCULAN POR LOS ELEVADORES Y LOS BAJANTES

PÉRDIDAS EN LOS ELEVADORES

Donde:

Page 43: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 42

PÉRDIDAS EN LOS BAJANTES

Donde:

Considerando el potencial de circulación igual a las pérdidas de los elevadores, por

los bajantes y el tambor.

Considerando el flujo de masa 50 elevadores por un bajante.

Page 44: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 43

MASA QUE CIRCULA POR LOS ELEVADORES PARA UN PANEL

Page 45: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 44

NÚMERO DE PANELES

Por lo tanto:

CÁLCULO DEL FLUJO DE AGUA POR EL TANQUE (BAJANTES MÁS ELEVADORES)

Flujo másico total de la relación de circulación tenemos:

Page 46: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 45

DISEÑO DEL ECONOMIZADOR

El economizador es de contracorriente, ya que el gradiente de temperatura es más

uniforme a través del equipo. Además, con este tipo de economizador el flujo recorre menor

superficie para transmitir la misma cantidad de vapor.

El humo entra por la parte superior del economizador, desciende atravesando por

entre los tubos y marcha hacia el aspirador del tiro forzado. El agua entra por un colector

inferior fluye hacia arriba resultando un aparato que acumula corriente que absorbe el calor

con menos superficie.

Los tubos son de acero generalmente de a 3 pulgadas de diámetro. El agua de

alimentación entra por un extremo del colector inferior y se distribuye por cada uno de los

circuitos de tubos paralelos.

Las condiciones de entrada y salida del generador, han sido evaluadas en la sección

correspondiente al balance térmico. Los siguientes cálculos se realizan para encontrar la

temperatura de salida de los gases.

Condiciones del agua:

ENTRADA: DEL BALANCE DE ENERGÍA LÍQUIDO COMPRIMIDO

Page 47: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 46

SALIDA: A LA PRESIÓN DE OPERACIÓN DE LA CALDERA Y LÍQUIDO SATURADO

Condiciones del vapor:

ENTRADA: A LA PRESIÓN DE OPERACIÓN DE LA CALDERA

SALIDA: A LA PRESIÓN DE OPERACIÓN DE LA CALDERA

Esta condición para el diámetro del economizador facilita muchas cosas como por

ejemplo: favorece el diseño del economizador y garantiza la transferencia de calor, debido a

que la temperatura sigue alta y a la misma presión de operación, requisito importante para

la transferencia.

Un punto importante es asegurar que el vapor de agua que contiene los gases de la

combustión se condense lo más lejos posible de los equipos de fácil corrosión es además

uno de los motivos por el aumento, aún más de la temperatura en la salida de los gases, para

que la misma se mantenga por encima de la temperatura de saturación del vapor de agua.

Page 48: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 47

Al no calcularse este requisito el vapor de agua se condesa, y al combinarse con el

dióxido de azufre que puede estar presente en los gases de combustión formando ácido

sulfúrico, el cual es muy corrosivo.

CÁLCULO DE LA TEMPERATURA DE ENTRADA DE LOS GASES

TRANSFERENCIA DE ENERGÍA EN EL AGUA

La transferencia de energía en el economizador se define:

Para realizar estos cálculos se utilizó el libro de Cengel Boles, tabla A.2, página 725,

donde el se encuentra en función de la temperatura arrojando resultados muy exactos.

Page 49: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 48

Sustancia Fórmula a b c d

Dióxido de Carbono 22,26

Nitrógeno 28,90

Agua 32,24

Page 50: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 49

CÁLCULO DEL ÁREA DE TRANSFERENCIA DE CALOR DEL ECONOMIZADOR

Donde:

Según pruebas el rango del coeficiente de transferencia de calor varia entre

.

Page 51: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 50

Donde:

Page 52: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 51

DISEÑO DEL PRECALENTADOR

Condiciones del aire:

ENTRADA: TEMPERATURA AMBIENTE

SALIDA: DESCONOCIDA

Condiciones de los gases:

ENTRADA: TEMPERATURA DE SALIDA DEL ECONOMIZADOR

SALIDA: ASUMIMOS ESTO PARA EVITAR QUE EL CONDENSADO DE LOS VAPORES DEL AGUA EN LOS GASES ALCANCE EL PUNTO DE ROCIÓ, CERCA DE ALGÚN EQUIPO METÁLICO

Por la Ley de Conservación de la Energía:

Page 53: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 52

La transferencia de energía en el vapor puede expresarse:

CÁLCULO DEL ÁREA DE TRANSFERENCIA DE CALOR DEL PRECALENTADOR

Donde:

Page 54: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 53

Según pruebas el rango del coeficiente de transferencia de calor varia entre

.

Donde:

Page 55: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 54

DISEÑO DEL RECALENTADOR

De igual forma, que con el economizador consideremos flujo de contracorriente para

obtener un gradiente de temperatura uniforme.

Condiciones de los gases:

ENTRADA: DESCONOCIDA

SALIDA: TEMPERATURA DE ENTRADA DEL ECONOMIZADOR

Condiciones del vapor:

ENTRADA: A LA SALIDA DE LA ETAPA DE ALTA PRESIÓN DE LA TURBINA

Page 56: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 55

SALIDA: A LA ENTRADA DE LA ETAPA DE BAJA PRESIÓN DE LA TURBINA

CÁLCULO DE LA TEMPERATURA DE ENTRADA DE LOS GASES

La transferencia de energía en el agua puede expresarse:

La transferencia de energía en el recalentador:

Page 57: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 56

CÁLCULO DEL ÁREA DE TRANSFERENCIA DE CALOR DEL RECALENTADOR

Donde:

Según pruebas el rango del coeficiente de transferencia de calor varia entre

.

Page 58: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 57

Donde:

DISEÑO DEL SOBRECALENTADOR

De igual forma, que con el economizador consideremos flujo de contracorriente para

obtener un gradiente de temperatura uniforme.

Page 59: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 58

Condiciones de los gases:

ENTRADA: DESCONOCIDA

SALIDA: TEMPERATURA DE ENTRADA DEL RECALENTADOR

Condiciones del vapor:

ENTRADA: A LA PRESIÓN DE OPERACIÓN DE LA CALDERA Y VAPOR SATURADO

SALIDA: A LA ENTRADA DE LA ETAPA DE ALTA PRESIÓN DE LA TURBINA

Page 60: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 59

CÁLCULO DE LA TEMPERATURA DE ENTRADA DE LOS GASES

La transferencia de energía en el agua puede expresarse:

La transferencia de energía en el recalentador:

CÁLCULO DEL ÁREA DE TRANSFERENCIA DE CALOR DEL SOBRECALENTADOR

Page 61: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 60

Donde:

Según pruebas el rango del coeficiente de transferencia de calor varia entre

.

Donde:

Page 62: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 61

CÁLCULO DE LA TEMPERATURA MEDIA EN LA CHIMENEA

Donde:

Page 63: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 62

CÁLCULO DEL CAUDAL DE LOS GASES

Por la ecuación de Gas Ideal:

Por la ecuación de Caudal:

Sustituyendo la ecuación 2 en la ecuación 1 tenemos:

Donde:

Page 64: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 63

DISEÑO DE LA CHIMENEA

CÁLCULO DEL DIÁMETRO DE LA CHIMENEA

CÁLCULO DEL DIÁMETRO INTERNO

Page 65: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 64

Según G. A. Gaffert, página 396, entre velocidades de para

determinar el diámetro interno de la corona de la chimenea según la práctica industrial.

SELECCIÓN DE LOS VENTILADORES

SELECCIÓN DE LOS VENTILADORES DE TIRO FORZADO Y DE TIRO INDUCIDO

Con el caudal de los gases se buscan los ventiladores en

el libro de “Centrales de Vapor” de G. A. Gaffert, en la tabla XLI, página 581. La selección

realizada es la siguiente:

VENTILADORES DE TIRO FORZADO: SERIE SHLD

Page 66: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 65

VENTILADORES DE TIRO INDUCIDO: SERIE SCLD

Dimensiones en mm del ventilador “Búfalo Forge” de doble admisión para tiro

forzado, serie SCLD, del libro de G. A. Gaffert, figura 423, página 578:

Page 67: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 66

Dimensiones en mm del ventilador “Búfalo Forge” de doble admisión para tiro

inducido, serie SHLD, del libro de G. A. Gaffert, figura 424, página 579:

Tipo A:

Tipo B:

Page 68: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 67

Page 69: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 68

CONDENSADOR

Para el diseño de nuestro condensador partiremos de la referencia de que el mismo

deberá de condensar un flujo másico de .

También debemos de considerar que la diferencia de entalpia que se produce en el

condensador es de .

El número de pasos del condensador será de 1, debido a que el agua de enfriamiento

es procedente del Lago de Maracaibo y éste proporciona abundante agua al sistema de

enfriamiento.

El área aproximada de transferencia de calor entre el vapor procedente de la turbina

de baja presión y los tubos del condensador es de .

El diámetro que se ha seleccionado para los tubos del condensador es de

(basándose en la tabla 9.5.4 de la guía de “Intercambiadores de Calor para una Central

Eléctrica” de William J. Bow y Donald E. Bolt).

La longitud efectiva seleccionada para los tubos es de para tubos de de

diámetro, según la guía nombrada anteriormente.

Un factor muy importante a conocer en el diseño de un condensador es el

Coeficiente Global de Transferencia de Calor, ya que éste nos indica la cantidad de calor que

se puede transferir entre los dos fluidos involucrados en el proceso de transferencia y se

calcula de la siguiente manera:

Donde:

(Figura 9.5.4)

Page 70: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 69

(Tabla 9.5.7)

(Figura 9.5.6)

Luego de conocer todos los factores que involucra el coeficiente global de

transferencia de calor, se puede deducir que su valor para éste proceso es:

Una de las características fundamentales que presentan los tubos que serán

utilizados en el diseño del condensador es el área superficial en por cada de longitud

de tubo, la cual basándose en la tabla 9.5.5 para tubos de y tiene como valor

.

La cantidad de tubos que se van a utilizar en la elaboración del condensador, viene

determinada de la siguiente manera:

Page 71: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 70

El caudal (gasto de agua) que estará siendo transportado por los tubos del

condensador es de:

Otro factor de mucha importancia es el diferencial del aumento de la temperatura

del agua de enfriamiento a la entrada y a la salida del condensador, ya que éste valor no

debe exceder los , o lo que es igual , debido a las leyes ambientales.

La manera de saber si el condensador cumple o no con ésta especificación es la

siguiente:

De esta manera podemos decir que la temperatura del agua de enfriamiento a la

salida del condensador es de:

Page 72: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 71

Por último, ya conocidos todos los factores anteriores, se puede decir que el valor de

la temperatura de salida del vapor es:

De esta forma la temperatura de salida del vapor concuerda con el valor de la

temperatura de saturación a la presión de operación del condensador:

Page 73: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 72

Características Generales del Condensador

Área de Superficie de Transferencia de Calor:

Coeficiente Global de Transferencia de Calor:

Longitud de los Tubos:

Número de Tubos:

Diámetro de los Tubos:

Calibre de los Tubos:

Material de los Tubos:

Número de Pasos:

Flujo Másico del Agua de Enfriamiento:

Velocidad del Agua de Enfriamiento:

Presión de Operación del Condensador:

PROCESO DE FILTRACIÓN Y TRATAMIENTO QUÍMICO DEL AGUA DE ENFRIAMIENTO

El proceso de filtración que se le realizará al agua de enfriamiento será mediante un

filtro de barra y un filtro de banda, para desviar de la entrada del condensador las partículas

más grandes de impurezas.

Luego se le realizará un tratamiento químico mediante la inyección de Hipoclorito de

Sodio (NaOCl) a una concentración del 12% cada 5 horas con una duración de 30 minutos,

con éste tratamiento se logra eliminar casi en su totalidad las impurezas más pequeñas que

han logrado pasar con facilidad la etapa de filtrado.

Page 74: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 73

PROCESO DE LIMPIEZA DEL CONDENSADOR

Para la limpieza de los tubos del condensador se utilizará el método de contraflujo,

ya que es el método más eficaz y a la vez uno de los más económicos en la actualidad.

El método consiste en colocar una Válvula de Inversión de 4 vías que conecta tanto la

tubería de entrada, como la de salida del agua de enfriamiento del condensador. Cada cierto

tiempo se hace girar la válvula, provocando así que el flujo de agua cambie de sentido y con

esto poder remover las partículas (pelo de oso y caracolito) que se encuentran adheridas a

las tubos del condensador, ya que como el condensador trabajo con agua del Lago de

Maracaibo, éstas son algunas de las partículas que más abundan en el.

Page 75: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 74

Page 76: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 75

1

28

4

3

5

6

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9

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12

13

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20

21

22

23

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PLANOS ESQUEMÁTICOS DE LA PLANTA TERMOELÉCTRICA

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GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 76

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GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 77

16 15

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1 kg · h151 kg · h16

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(1 kg - m2 - m3) h131 kg · h14

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(1 kg - m2 - m3) h12

m4 · h19

m4 · h5

(1 kg - m2 - m3) h13

PLANOS ESQUEMÁTICOS DE LOS BALANCES

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GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 78

12 11

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(1 kg - m2 - m3) h11

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m5 · h6

(1 kg - m2 - m3) h12

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(1 kg - m2 - m3) h10

m6 · h7

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(1 kg - m2 - m3) h3

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1 kg · h16

Page 80: Planta Termoeléctrica de 80 MW

GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 79

8

9

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(m4 + m5 + m6) h24

(1 kg - m2 - m3 - m4 - m5 - m6) h8

(1 kg - m2 - m3) h9

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GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 80

SISTEMA DE CONTRAFLUJO PARA LA LIMPIEZA DE LOS TUBOS DEL CONDENSADOR

CONDENSADOR

CONDENSADOR

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GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 81

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PLANO ESQUEMÁTICO DEL CONDENSADOR

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GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 82

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PLANO ESQUEMÁTICO DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR CERRADO

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GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 83

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PLANO ESQUEMÁTICO DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR ABIERTO

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GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

PÁGINA 84

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GENERACIÓN DE POTENCIA PLANTA TERMOELÉCTRICA

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