cicl combinado y motorl cogeneracion generacion

1TURBINAS DE GAS

Aire ProductosS

T

4

P = Cte

3

2

1

Wneto

Cmara de Combustin

Compresor Turbina

Combustible

TURBINA DE GAS - CICLO BRAYTON

Balance de Energa

Otros 1.5

Gases de escape 29.5Combustin 28

Trabajo 34.5Trabajo 34.5

Gases de escape 64

Balance de Energa

CICLO BRAYTON COMPONENTE TURBINA DE GAS

COMPRESOR COMBUSTOR ANULAR

2COMBUSTOR DE FLUJO INVERSO COMBUSTOR DE SILO

TURBINA

Aire Productos

Wneto

Cmara de Combustin

Compresor Turbina

Combustible

TURBINA DE GAS MONO-EJE

Aire Escape

Wneto

Cmara de Combustin

Compresor

Turbina dealta Presin

Combustible

Turbina deBaja Presin

TURBINA DE GAS DE DOS EJES

Aire Escape

Wneto

Cmara de Combustin

Compresorde Baja

Turbina dealta Presin

Combustible

Turbina deBaja Presin

Compresorde Alta

Turbina dePotencia

TURBINA DE GAS DE TRES EJES

3Tecnologa derivada de Turbinas para aviacin

Alta temperatura

Alta relacin de compresin

Alta eficiencia en ciclo abierto

Rpido y bajos costos de mantenimiento

Tamao y pesos reducidos

Lubricacin por rodamientos

Cortos tiempos de arranque

Baja inercia del rotor

Bajo consumo de energa y combustible en arranques

TURBINAS DE GAS AERODERIVADAS EFICIENCIAS EN TURBINA DE GAS INDUSTRIALES Y DERIVADAS

Altitud del sitioAltitud del sitio(300 m, 3.4% Potencia, 0% Eficiencia)(300 m, 3.4% Potencia, 0% Eficiencia)

Efecto sobre: Efecto sobre: DensidadDensidadFlujo de masaFlujo de masaTrabajo compresorTrabajo compresorTrabajo turbinaTrabajo turbina

FACTORES QUE INFLUYEN ENEL DESEMPEO DE LAS TURBINAS DE GAS

Efecto sobre: Densidad, Flujo de masa, Presin entrada turbina, Relacin de presin Turbina, Temperatura de escape,Trabajo turbina y compresor

Correcin por Prdidas de presin a la entrada

0.96

0.97

0.98

0.99

1

1.01

0 2 4 6 8 10

Cada de presin (pulg. H20)

Fact

or d

e Co

rrec

cin

Potencia Eficiencia Flujo gases Temperatura Gases


Efecto sobre:Efecto sobre: Relacin de presin Turbina, Temperatura de escapeRelacin de presin Turbina, Temperatura de escapeTrabajo turbinaTrabajo turbina

Correccin por Prdidas de Presin a la Salida

0.96

0.98

1

1.02

1.04

0 5 10 15 20 25 30

Cada de presin (pulg. H20)

Fact

or d

e C

orre

cci

Potencia y Eficiencia Temperatura Gases de escape


Afecta: Densidad, Flujo de masa, Relacin de compresinAfecta: Densidad, Flujo de masa, Relacin de compresin

Factores de Correccin por Temperatura Ambiente

0.72

0.8

0.88

0.96

1.04

1.12

30 60 90 120

Temperatura (F)

Fact

or d

e C

orre

cci

n

Potencia Eficiencia Flujo gases Temperatura Gases


4Factores de Correccin por Poder Calorfico

0.995

1

1.005

1.01

1.015

1.02

12000 14000 16000 18000 20000 22000 24000

Poder Calorfico (Btu/lb)

Fact

or d

e C

orre

cci

n

Potencia Eficiencia


Eficiencia a carga parcial

05

101520253035

0 20 40 60 80 100

Porcentaje de carga (%)

Efic

ienc

ia (%

)

Eficiencia sin IGV Eficiencia con IGV Tem peratura de gases de escape a carga parcia l

0200400600800

1000

0 20 40 60 80 100

Porce ntaje de carga

Tem

pera

tura

(F)

T. Sin IGV (F) T. con IGV (F)

OPERACIN BAJO CARGA PARCIAL

Silenciadores

Filtros de Entrada, lavado del compresor

Sistema de Arranque

Sistema de Lubricacin

Sistema de Combustible

Sistema de tratamiento de agua

SISTEMAS AUXILIARES

CICLOS COMBINADOS

CC

CALDERA

COMPRESOR

Gases de escapeturbina de gas.

CICLO DE VAPOR

GENERADOR

.

TURBINA DEVAPOR

CONDENSADOR

BOMBA

GENERADORTURBINA DEGAS

CICLO DE GAS

Entrada de aire

Agua saturada

1

8 7

6

4

5

32

DIAGRAMA TERMODINAMICOCICLO COMBINADO

CICLO COMBINADOFLUJOS

5Ciclo Combinado (1 presin)Ciclo Combinado (1 presin) Ciclo Combinado (2 Presiones)Ciclo Combinado (2 Presiones)

INSTALACION DE UNA PLANTA TURBOGAS CON CALDERA DE RECUPERACION

CALDERADE RECUPERACION

CHIMENEA

TURBOGASGENERADOR

TOMA DE AIRE

PUENTEGRUA

DOMO DEVAPOR

TURBOVAPOR

Caldera de Recuperacin(1 presin -proceso/ciclo STIG)

Caldera de Recuperacin(2 presiones -proceso/ciclo STIG)

Caldera de Recuperacin(Turbina de Contrapresin)

Caldera de Recuperacin(Turbina de Condensacin)

CONFIGURACIONES CALDERA DE RECUPERACION

CALDERA DE RECUPERACIN

(3 PRESIONES -PROCESO/TURBINA DE CONDENSACIN)

PLANTA CICLO COMBINADO 1350 MW

6CICLO COMBINADOCICLO COMBINADO

Prdidas en la Turbina de gas

1%Produccin de Potencia en la Turbina de gas

33%

Prdidas en la chimenea

22%

Produccin de Potencia en la

turbina de vapor20%

Calor en el condensador

23%

Prdidas de vapor

1%

CICLO COMBINADO (1 EJE)CICLO COMBINADO (1 EJE)

PLANTA CICLO COMBINADO (DOS EJES)PLANTA CICLO COMBINADO (DOS EJES) PLANTA CICLO COMBINADO PLANTA CICLO COMBINADO (DOS EJES (DOS EJES -- QUEMA SUPLEMENTARIA)QUEMA SUPLEMENTARIA)

PLANTA CICLO COMBINADO PLANTA CICLO COMBINADO (DOS EJES (DOS EJES -- COGENERACIONCOGENERACION--

CALENTAMIENTO RESIDENCIAL)CALENTAMIENTO RESIDENCIAL)

CALDERA DE CALDERA DE RECUPERACIONRECUPERACION

DE CALOR (HRSG)DE CALOR (HRSG)

7Diseo HorizontalDiseo Vertical

RECUPERACION DE CALOR RECUPERACION DE CALOR

CICLO STIG

CICLO STIG(STEAM INJECTED GAS)

- Aumento de potencia alrededor de 15%

- Reduccin de Nox

- Reduccin de la temperatura de

combustin por mezcla del oxigeno en

el aire de combustin

- En Turbina LM 5000

(Ciclo abierto 37 MW, STIG 45 MW)

TURBINA DE GAS (STIG) TURBINAS DE GAS CON INYECCION DEVAPOR (STIG)

8CICLO STIG CON ENFRIADOR

COGENERACION

Cogeneracin

Definicin:

Produccin combinada y secuencial de energa elctrica y/o mecnica y vapor o calor para proceso.

BeneficiosEnergticos

Alta eficienciaEconmicos

Ahorro por costos de combustible y compra de energa elctrica

AmbientalesReduccin de emisiones contaminantes

Energa ElctricaEnerga ElctricaEnerga Elctrica Generador de calorGenerador de calorGenerador de calor

CompraEnerga Elctrica

CompraCompraEnerga Energa ElctricaElctrica

CalorCalorCalor

Situacin sin cogeneracin

Situacin con cogeneracin

Unidad de cogeneracinUnidad de cogeneracin UsuarioUsuario

Energa ElctricaEnerga Elctrica

Energa ElctricaEnerga Elctrica

CalorCalor

VentaEnerga Elctrica

VentaEnerga Elctrica



COMPARACION ENTRE UN SISTEMACONVENCIONAL Y DE COGENERACIN

9ESQUEMA DE UNA INSTALACIN COGENERADORA

Combustible F2

GGeneracin kW2

Retorno

Combustible F1Vapor Q proceso

Caso con Cogeneracin

Vapor Q proceso

Auxiliares AUX2

Combustible Cargable a Potencia: (Combustible F2 - Combustible F1)(kW2 - AUX2 + AUX1)

Auxiliares AUX1

Eficiencia de Calor y Electricidad Combinada : ( Q proceso + kW2 ) / Combustible F2

Retorno

Caso sin Cogeneracin

Combustible F2

Combustible F1

Electricidad

Establecimiento

CargaElctrica

CargaTrmica

Evp

Eee

Qba

Qvp

Inst. Cogeneradora

G

INSTALACIN COGENERADORA CON BASE ENTURBOVAPOR

BALANCE DE ENERGIA EQUIPO DE GAS BALANCE ENERGETICO PLANTA DIESEL

BALANCE ENERGETICO PLANTA DIESEL(COGENERACION)

SISTEMA DE COGENERACIONMOTOR RECIPROCANTE

10

SISTEMA DE COGENERACIONTURBINA DE GAS

SISTEMAS DE COGENERACIONTURBINA DE VAPOR

SISTEMA DE COGENERACIONRELACION CALOR-POTENCIA

EFICIENCIAS DE DIFERENTES TECNOLOGAS DE COGENERACIN

Elctrica (%) Trmica (%)

Microturbina 30 50

Ciclo combinado 57 33

Motor reciprocante (aprovechando calor de gases de combustin y calor del sistema de enfriamiento)

40 30

Turbina de gas sin post-combustin. 38 47

Turbina de gas con post-combustin. 38 42

TECNOLOGIA DE COGENERACIONEficiencia Eficiencia

Turbina de vapor 33 52

Ahorro econmico: Se consiguen importantes ahorros que

provienen principalmente de la diferencia de coste que existe

entre la energa elctrica comprada a la red y la obtenida por

cogeneracin, y tambin porque el coste de la energa trmica

que se produce simultneamente con la elctrica es muy inferior

al de otros sistemas.

Independencia, estabilidad y seguridad del suministro: El uso

del gas natural como energa primaria en los sistemas de

cogeneracin proporciona al usuario independencia de la red

elctrica, ya que garantiza la continuidad del suministro para

equipos y maquinarias.

VENTAJAS DE LA COGENERACION

Ahorro de energa primaria para el pas: La cantidad de energaprimaria para producir electricidad con un sistema de cogeneracin es sensiblemente menor que la necesaria en una central trmica convencional, al mismo tiempo que se evitan costes asociados a las prdidas en el transporte y la distribucin de la energa elctrica.

Menor impacto ambiental: El mayor rendimiento y empleo del gas natural como combustible hace que la cogeneracin sea una de lasformas ms eficientes ambientalmente de uso y generacin de energa elctrica.

En el sector industrial est ampliamente difundida en industriaspapeleras, qumicas y agroalimentarias

VENTAJAS DE LA COGENERACION

11

EJEMPLO DE COGENERACION

Una instalacin industrial requiere 191,000 lb/h de vapor saturado a 150 psig con retorno despus de proceso a 66C (150F). La industria puede comprar carbn a 1.5 US$/Mbtu o gas natural a US$ 3.50 el MBtu. La instalacin industrial requiere de 40 MW de potencia. El precio de la electricidad es de 0.05 US$/kWh y la tarifa de recompra (la red compra energa particulares) de la electrificadora pblica s 0.04 US$/kWh. El factor de carga de la industria es de 8000 h/ao.

EJEMPLO DE ANALISIS FINANCIERO PARA LLEVAR A CABO PROYECTOS COGENERACION - PLANTA NUEVA

La industria puede evaluar cuatro opciones:

1 .Instalar una caldera con quemador de gas para las necesidades de vapor de proceso y compra 40 MW de electricidad a la red pblica

2 .Instalar un sistema cogenerador a carbn, de tamao ajustado para suplirlos requerimientos de vapor y comprar el dficit de potencia a la red pblica.

3. instalar una turbina a gas modelo 6 con HrSG, en ciclo sencillo para suministrar el vapor de proceso.

4 .Instalar una turbina a gas modelo 7 con HRSG y una turbina a vapor en un ciclo combinado.

El anlisis determinar cual sistema debera comprar la compaa

EJEMPLO DE ANALISIS FINANCIERO PARA LLEVAR A CABO PROYECTOS COGENERACION - PLANTA NUEVA

CONFIGURACION DE UN SISTEMA DE COGENERACION CON QUEMADOR DE CARBON

1250 PSIG/900 F22020 #/hr

CALDERA289 MBTU/HR

TURBINA

9150 KW NETO

CALENTADOR

CALENTADOR

192100 #/HR

12300 ROCIO

191200 #/HR

BOMBA DEALIMENTACION

27800 #/HR

4218 MBTU/HRCOMBUSTIBLE

GENERADOR

33900 KW

TURBINA DE GAS

HRSG

191200#/HR150 PSI/SATURADO

RETORNO DE PROCESO150 F

BOMBA DE ALIMENTACIN

CALENTADOR

CONFIGURACION DE UN SISTEMA DE COGENERACION CON TURBINA A GAS MODELO 6 Y HRSG

890 MBTU/HRCOMBUSTIBLE

GENERADOR

73360 KW

TURBINA DE GAS

HRSG

BOMBA DE ALIMENTACIN

GENERADOR

23950 KW

1250 PSI/900FTURBINA DE VAPOR

CONDENSADOR

LP 191200 #/HR

LP 191200 #/HR

152400#/HRHP

LP

266500 #/HR

NOTAS:114100 #/HR EXTRACCION DE VAPOR A TURBINA7800 #/HR ROCIO DE ATEMPERACION152400 #/HR 108F CONDENSANDO

CONFIGURACION DE UN SISTEMA CON TURBINA A GAS MODELO 7 Y HRSG TURBINA DE VAPOR

12

(1)Caldera a

carbn

(2)Sistema cogen,a carbn, con

depurador

(3)Sistema conGT modelo 6

y HRSG

(4)Sistema conGT modelo 7y HRSG conQuemador

Combustible (MBtu/h) 245 289 422 890Costo Combustible(US$/MBtu) 3.5 1.5 3.5 3.5Potencia generada (kW) 0 9.150 33.900 96.310Potencia comprada (kW) 40.000 30.850 6.100 -56.310Tarifa Electricidad (US$/kW) 0.05 0.05 0.05 0.04Costo de instalacin (M US$) 12.30 36.70 28.20 70.70

Costo anuales de operacin(M US$/ao)

0.80 1.90 1.30 1.90

Costos anuales de mantenimiento(M US/ao)

0.36 0.96 0.72 1.80

Horas anuales de operacin(h/ao)

8.000 8.000 8.000 8.000

Resultados EconmicosCosto de combustible (M US$/ao) 6.86 3.47 11.82 24.98Compras a red pblica (M US/ao) 16.00 12.34 2.44 -18.02Costos de O&M (M US$/ao) 1.16 2.86 2.02 3.70Total costos anuales (M US/ao) 24.02 18.67 16.28 10.60

Beneficio anual de la cogeneracin(M US$/ao)

Referencia 5.35 7.74 13.42

Periodo de retorno de la inversin Referencia 4.58 2.05 4.35Tasa Intena de Retorno del proyecto(% anual)

Referencia 19 38 19

RESUMEN DE DESEMPEO DE CICLOS TERMICOS INDUSTRIALES PARA UNA NUEVA PLANTA COGENERADORA RESULTADOS OBTENIDOS

Considerando el caso de la caldera a gas (1) como caso de referencia, todos los ciclos de cogeneracin tienen costos de operacin ventajosos con relacin al caso base. El periodo de retorno de la inversin adicional en cogeneracin se muestra tambin. El modelo 6 tiene mejor retorno de inversin incremental: 2.05 aos.

Se presenta tambin un clculo de retorno de inversin basado en un flujo de caja de 15 aos, con un escalamiento de costos del 5% anual. El modelo 6 tiene mejor tasa de retorno de inversin.

Los ciclos de cogeneracin son usualmente buenos proyectos para inversin en instalaciones industriales nuevas de tamao mediano y grande que requieran tanto de calor de proceso como de electricidad.

TRIGENERACION

Mediante la utilizacin de equipos de absorcin o compresin de la instalacin de cogeneracin, se puede emplear la energa trmica para la produccin de fro (agua enfriada a 8C), utilizable para climatizacin o procesos industriales.

TRIGENERACION

CALOR + FRIO + ELECTRICIDAD

TRIGENERACION CON TURBINA DE GAS GENERACION DE ENERGIA CON ENFRIAMIENTO(COMPRESION) Y ELECTRICIDAD

13

GENERACION DE ENERGIA CON ENFRIAMIENTO(ABSORCION) Y ELECTRICIDAD

Los sistemas de absorcin estn diseados para recuperar energas de bajo nivel trmico y los gases de escape de una turbina de gas o el calor que se recupera del circuito de refrigeracin de un motor son fuentes ideales. El consumo de calor para absorcin permite poner, a veces, una turbina de gas mayor, lo que mejora el rendimiento elctrico y global del ciclo. El mayor consumo de fro y, por tanto, de absorcin suele coincidir con uno menor de vapor, con lo que la instalacin funciona en condiciones de carga menos variables a lo largo del ao.

VENTAJAS DE LA TRIGENERACION

REFRIGERACIONPOR ABSORCION

REFRIGERACION

DEFINICION:

EVACUACION DE CALOR, SEGN LA 2a LEY DE LA TERMODINAMICO, EL CALOR NUNCA PASA DE UN CUERPO DE TEMPERATURA MAS BAJA A OTRO DE TEMPERATURA MAS ELEVADA. (SOLO PUEDE EXTRAERSELE CALOR INTERCALANDO UN PROCESO CICLICO DE FRO)

PRINCIPIO:

ENFRIAMIENTO SE INTERPRETA COMO UN PROCESO DE TRANSPORTE EN EL SE BOMBEA CALOR DE UN NIVEL DE TEMPERATURA MAS BAJO A OTRO MAS ALTO.

COMPARACION DE CICLOS DE REFRIGERACIN POR COMPRESION Y ABSORCION

REFRIGERACION POR COMPRESION

- COMPRESION MECANICA CONVENCIONAL

- SISTEMA ELECTRICO ES MOVIDO POR UN MOTOR

- EL FLUIDO ABSORBE CALOR CUANDO HIERVE Y LO DEVUELVE CUANDO CONDENSA (FLUIDO REFRIGERANTE)

- EL REFRIGERANTE DEBE HERVIR A UNA TEMPERATURA MENOR QUE LA TEMPERATURA INTERIOR DE DICHO RECINTO FRIO.

- COMPRESION MECANICA DEL VAPOR DEL REFRIGERANTE ASPIRADO DEL EVAPORADOR.

14

REFRIGERACION POR ABSORCION

- SE OBTIENE MEDIANTE LA EVAPORACION DE UN FLUIDO.

- COMPRESION TERMICA DEL FLUIDO, EN EL QUE PRIMERO SE

ABSORBE Y DISUELVE MEDIANTE LIQUIDO APROPIADO COMO

MEDIO DE ABSORCION.

- AFINIDAD FISICOQUIMICA ENTRE PAREJAS DE COMPUESTOS

(AGUA-AMONIACO Y BROMURO DE LITIO Y EL AGUA).

- NO UTILIZAN CFSs NI HCFCs, QUE SON CAUSANTES DEL

EFECTO INVERNADERO Y LA DESTRUCCION DE LA CAPA DE

OZONO.

RENDIMIENTO DE LOS EQUIPOS DE REFRIGERACION

EL COEFICIENTE DE OPERACIN (COP) ES LA MANERA DE EXPRESAR LA EFICIENCIA DE UN SISTEMA PRODUCTOR DE FRIO. CUANTO MAS GRANDE SEA EL COP MENOR SERA LA ENERGIA NECESARIA Y ESTE VARIA EN FUNCION DE LAS CONDICIONES DE OPERACIN DEL EQUIPO.

COP = FRIO OBTENIDO + CALOR DE RECUPERACIONCOMBUSTIBLE UTILIZADO

EFCE= EFICIENCIA GLOBAL DEL CICLO ENERGETICO


EVAPORADOR


ABSORBEDOR


ABSORBEDOR - EVAPORADOR


GENERADOR - CONDENSADOR

15


CICLO DE ABSORCION


FUNCIONAMIENTO EN PARALELO CON EQUIPO ELECTRICO


EVACUACION DE LOS PRODUCTOS DE COMBUSTION

SELECCIN DE TECNOLOGIA

1.0 2.0 3.0

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0

RELACION POTENCIA/CALOR

FESR

TURBINAS DE CICLO CERRADO

TURBINAS DE VAPOR

DIESEL

CICLOSCOMBINADOS

TURBINA DECOMBUSTION

RELACION DEAHORRO DE COMBUSTIBLE/ENERGIA Y LA RELACION POTENCIA/CALOR PARA

TEMPERATURA DE 180C (350F)

SISTEMA CAPACIDAD (MW)

RELACINPOTENCIA CALOR

(KW/MBTU/H)TIPO DE COMBUSTIBLE APLICABILIDAD YCARACTERSTICAS

CICLOS SUPERIORES

Con Motores Diesel 0.5 a 2.5 400:1Aceites combustibles destilados ligeros oresiduales, tambin gas natural

Industrias que requieren poco vapor. Lacapacidad de generacin de electricidades alta.

Con turbina a Gas 0.5 a 75 200:1Gas natural, gases sintticos de bajo Btu,aceites destilados ligeros, etanol y metanol

Se puede producir un exceso deelectricidad, la instalacin debera sercapaz de vender este exceso

En Ciclo Combinado(Turbina a Gas / Turbinade vapor)

1 a 150 150:1

Combustibles lquidos y gaseosos para laturbina a gas. Las calderas de vaporpueden usar combustibles slidos, lquidoso gaseosos.

Requiere de transmisin de electricidaden los casos donde toda la energaelctrica no pueda ser consumida por laindustria.

Con Turbina de Extraccin 1 a 600 45 a 75 :1Mayor flexibilidad en el uso de combustibles Cogeneracin preferida por las

empresas de energa. Adaptabilidad alos requerimientos de vapor de proceso.

Con turbina deContrapresin 1 a 600 45 a 75 :1

Mayor flexibilidad de combustible (de todotipo)

Industrias donde el vapor se requierecomo parte del calor de proceso.

CICLOS INFERIORES

Con caldera derecuperacin de calor 0.5 a 10

Calor alta temperatura que de otra forma sedesperdiciara

Incineradores y hornos industriales

Con mquina de Rankinecon fluidos orgnicos 0.5 a 1

Calor de desecho a temperatura superior a318C (600F)

Los fluidos orgnicos son txicos einflamables, por tanto peligrosos.

CARACTERISTICAS DE VARIOS SISTEMAS DE CONVERSION DE ENERGA USADOS EN INSTALACIONES

COGENERADORAS INDUSTRIALES

16

EJEMPLO DE TRIGENERACION

PLANTA TRIGENERACION BURNS & McDONALD

Patrocinador: Departamento de Energa de Estados Unidos

Desarrolladores Grupo Burns & Mc Donnell quienes invirtieron en

Inversin 3 millones de dlares

Configuracinuna unidad modular para generar 5.2 MW con un paquete turbina-generador Taurus 60 (Solar Turbines) y el sistema de enfriamiento porBroad USA.

Tamao de la Planta4000 pies cuadrados para la casa de mquinas, equipo de calentamiento y enfriamiento.

EficienciaLa eficiencia alcanzada por el sistema utilizando la generacin de electricidad y enfriamiento es alrededor de 70% o superior utilizando un combustible base.

PROYECTO DE TRIGENERACIONAbsorbedoresEl calor residual de la turbina de gas puede generar hasta 800 toneladas de refrigeracin por 1 MW generado.

Beneficios econmicosAprovechando el calor residual, el coeficiente de operacin COP del absorbedor aumentara a 1.6 desde 1.2 usando el calor residual como suplemento utilizar el gas natural.

El propsito del diseo del sistema es usar el calor residual de la turbina de gas en un equipo de enfriamiento por absorcin y como suplemento utilizar gas natural para un enfriador secundario por absorcin.

Utilizando en calor residual y con el aprovechamiento se reduce la necesidad de una caldera de recuperacin de calor, diseo tpico de los sistemas de cogeneracin con turbina de gas.

Eliminando la caldera de recuperacin de calor la instalacin tendra un ahorro de US $500.000.

PROYECTO DE TRIGENERACION

PLANTA TRIGENERACION OXAQUIM

Desarrollador: Guascor EnergaEmpresa: OXAQUIM (Espaa)Productos: Acido OxlicoOperacin: 24 horas/da - 365 das/ao


Equipos: 10 motores a gas GUASCOR FLGD 480 potencia instalada de 6.6 MW Energa ElctricaLa energa elctrica es generada por 10 alternadores de 800 KVAcada uno a la tensin de 660 V. Los alternadores trabajan acoplados en paralelo a la red de la compaa elctrica, siendo exportada a sta la energa elctrica no consumida por el proceso.

17

Energa Trmica El vapor necesario para el proceso es suministrado por dos calderas de recuperacin del calor de los gases de escape de los motores,capaces de producir 2.600 Kg/hora de vapor saturado a la presin de 8 bares.

Agua Caliente y Agua FraEl agua a 70 necesaria en el proceso se obtiene utilizando el agua caliente procedente del circuito de refrigeracin de los motores. Parte de este agua es utilizada para convertirla en agua fra a 7 mediante una mquina de absorcin de bromuro de litio, sin prcticamente consumo de energa elctrica.


TECNOLOGIA DIESEL

PRINCIPIO TERMODINAMICO(CICLO DIESEL)

4

P

v

1

2

3

(1-2)Compresin del aire hasta que alcanza la temperatura de autoignicin

(2-3), se inyecta el combustible dentro del cilindro donde ocurre el proceso de combustin

(3-4) generndose el desplazamiento del pistn

Los motores diesel se diferencian entre ellos de acuerdo a las siguientes caractersticas:

Tipo de inyeccin: directa o indirecta.Tipo de ciclo: de 2 o 4 tiempos.Velocidad de rotacin: baja, media o alta.Tipo de enfriamiento: con aire o agua.

Tipo de alimentacin: aspirado o sobrealimentado.

CARACTERSTICAS DE LOS MOTORES DIESEL

PASO DE LOS DIFERENTES SISTEMAS POR EL INTERIOR DE UN MOTOR DIESEL

Combustible

Aceite refrigerante y lubricante

Agua

Aire de alimentacin

Gases de escape

Agua del motor para enfriamiento delaire de alimentacin

INYECCION DIRECTA

El combustible (por ejemplo el ACPM) es inyectado directamente sobre el pistn. En la fase de compresin, el aire llega a presiones de 30 - 50 bar y a una temperatura de 700C.

INYECCION INDIRECTA

En este caso, la inyeccin no se hace directamente en el cilindro, es realizada en una precmara conectada al cilindro a travs de un ducto.

Esto permite aumentar la velocidad de rotacin del motor hasta ms de 5000 RPM (con la inyeccin directa no se superan las 3500 RPM); y as aumentar simultneamente la potencia desarrollada.

TIPO DE INYECCION

18

TIPO DE CICLO

En un motor de dos tiempos un ciclo completo consiste de: (i) Admisin y compresin del aire (o de mezcla aire combustible cuando la inyeccin es indirecta) e inyeccin del combustible y (ii) explosin y escape de los gases de combustin.

DOS TIEMPOS

CUATRO TIEMPOSEn un motor de cuatro tiempos un ciclo completo consiste en: (i) Admisin del aire o de la mezcla aire-combustible; (ii) compresin del aire o de la mezcla; (iii) expansin de los gases de combustin; (iv) escape de los gases de combustin. Estos motores tienen mejor funcionamiento a carga parcial que los motores de dos tiempos, por tal razn se emplean en aplicaciones que requieran una variacin considerable en la carga.

COMPRESION COMBUSTION ESCAPE BARRIDO YADMISION

BUJIA O TOBERAPARA

COMBUSTIBLE

LUMBRERASDE ADMISION

ADMISINDE AIRE

LUMBRERADE ESCAPE

VELOCIDAD DE ROTACION

De acuerdo a la velocidad a la que los diferentes motores giran, varan sus caractersticas constructivas y robustez de manera inversa; a menor velocidad, mayor ser su tamao.

Motores de baja velocidadSon aquellos motores que giran mximo a 300 rpm.

Motores de media velocidadEstos motores giran en un rango entre 300 y 900 rpm.

Motores de alta velocidadLa velocidad de rotacin de estos motores es superior a las 900 rpm

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

BAJA

600

720

900

1200

1800

RPM

POTENCIA (kW)

POTENCIAS DISPONIBLES COMERCIALMENTEEN MOTORES DIESEL

MARCA RPM kW Longitud(mm)

Ancho(mm)

Altura(mm)

No. cilind. ydispos.

Volumen(m3)

Peso(Tons.)

MAN 720 900 6360 1600 2815 7L 28.65 14.3MAN 900 900 6105 1380 2383 6L 20.08 12.9MAN 1200 900 5380 1000 2110 9L 11.35 9.4PAXMAN 1200 2100 3798 1450 2178 18V 11.99 10.2PAXMAN 1800 2100 2971 1660 2175 12V 10.73 7.5RUSTON 720 2100 4027 1705 2840 16V 19.50 14.6RUSTON 900 2100 3315 1705 2840 12V 16.05 12.1YANMAR 720 500 2718 1208 2130 6L 6.99 5.8YANMAR 900 500 2486 1134 2110 6L 5.95 5YANMAR 1200 500 2203 1135 1810 6L 4.53 3.5YANMAR 1800 500 1882 1138 1673 6L 3.58 2.7

RELACIN ENTRE VELOCIDADES DE ROTACIN, PESOS Y VOLMENES

Motor reciprocante

Distribucin de la energa en un motor reciprocante

Alim

enta

cin

ene

rgt

ica

100%

(gas

99%

, com

bust

ible

pilo

to 1

%)

Energa mecnica 44%

Aire de sobrealimentacin 11.3%Aceite lubricante 4.6%Agua de refrigeracin motor 5.2%

Calorutilizable42.4%Intercambiador de calor

de gases de escape 21.3%

Ener

ga

trm

ica

56%

Gasesdeescape32.7%

Chimenea 11.4%

Perdidas13.6%Radiacin 2,2%

Relacin Potencia-Calor = 1.097

Caldera degases de escapeUtilizacin

de calorde losgases deescape

Sistema agua derefrigeracin motorAprovechamientotrmico de

agua derefrig. delaire de carga1a etapa

Aprovechamientotrmico delaceite

Enfriador deemergencia

Circuito aguacaliente/recalentada

Sistema de aguade refrigeracindel aire de carga

Torre deenfriamiento

Sistema deaceite lubricante

Motor reciprocante

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DISTRIBUCION DE PLANTAMOTOR DIESEL

ANALISIS ECONOMICOGENERACION DIESEL

CLCULO DEL COSTO INDICE DE PRODUCCIN DE LA ENERGA ELCTRICA (CIP)

Este indicador econmico permite conocer cual debera ser el precio mnimo de la unidad de energa producida, teniendo en cuenta los costos de inversin y de produccin, para que se recuperen los costos anteriormente mencionados y se obtenga una rentabilidad mnima del proyecto.

Para deducir la expresin que calcula este costo ndice, primerose realizar un flujo de fondos del proyecto


I : Corresponde a la inversin del proyectoY : Son los ingresos del proyectoCT : Son los costos totales de produccin del proyecto,para este caso O&M y combustible.

Ahora para el caso de este tipo de proyectos, ste producir energa, que est relacionada con la capacidad de la planta y elfactor de utilizacin de sta. Entonces la energa se puede expresar como:

Eg = Cap * 8760 * DDonde :

Eg : Es la energa producida en un ao y est expresada enkWh

Cap : Es la capacidad de la planta [kW]

8760 : Son el nmero total de horas en un ao

D : Disponibilidad de la planta


Los costos necesarios para la produccin de energa son para este caso los de Operacin y Mantenimiento (O&M) y los costos de combustible. De acuerdo a lo anterior los costos totales de produccin del proyecto seran:

CT= CO + CM + CCDonde :

CT : Costo total de produccin [US$/ao]

CO : Costo total de operacin [US$/ao]

CM : Costo total de mantenimiento [US$/ao]

CC : Costo total de combustible [US$/ao]



El costo del combustible el cual es variable dependiendo de la curva de carga, el porcentaje de carga al que opera cada motor, su consumo especfico de combustible y nmero de horas de operacin se hallan de acuerdo a la siguiente expresin:

CC = Eg * HR * PC

Donde :

HR : Es el consumo especfico de combustible de la planta expresadoen [kg/kWh]PC : Es el precio del combustible expresado en [US$/kg]

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A su vez los costos de mantenimiento estn dados por:

CM = 0.45 * CD*EgDonde :

CD : Costo por depreciacin de la planta expresado en [$/kWh], entonces:

CD = I / GT

I : Costo de inversin de cada mquina expresado en [US$]

GT : Generacin total de cada mquina de la planta expresado en [kWh/unidad] producto de la potencia [kW] y la vida til [horas].



El costo de operacin corresponde a un porcentaje de la sumatoria entre el costo anual de combustible CC y el costo anual de lubricantes CAL, y se halla con la siguiente expresin:

CO = 0.1 (CC + CAL)Donde :

CAL = CEL + CL Donde CEL es el consumo especfico de lubricante expresado en [kg/kWh] y CL es el costo del lubricante expresado en [$/kg]. Para motores hasta de 2000 kW de potencia el CEL es de 0.0044 kg/kWh y motores con rangos de potencia entre 2500 y 5000 kW es de 0.0020kg/kWh.

Teniendo identificado los costos del proyecto tanto en sus fases de inversin como de operacin, es necesario encontrar un valor de referencia de venta de la energa, para que a este valor se recuperen los costos (tanto de inversin como de operacin), teniendo en cuenta un costo de oportunidad de los fondos comprometidos en elproyecto, es decir teniendo en cuenta una rentabilidad para el proyecto.

Si se tiene en cuenta que los ingresos provendran de la venta de energa, entonces los ingresos se podran expresar como:

Y = Eg * CIP

Donde CIP es el costo ndice de produccin, entendido como el mnimo precio de venta que podra ofrecer el proyecto para recuperar los fondos invertidos en el proyecto, expresado en US$/kWh.



VPN (Inv+CT)= I + CT

iCT

iCT

iCT

inn

nn( ) ( )

.....( ) ( )1 1 1 11

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11+ + + + + + + +

VPN (Inv+CT)= I +CT

ijj

j

n

( )11 +=Para que el proyecto tenga factibilidad se necesita que por lo menos los ingresos cubran los costos totales de Inversin y produccin, y despejando CIP se obtiene el valor mnimo de venta que satisface la anterior condicin.

VPN (Inv+CT)= VPN (ingresos)

I + j

njj

jj

j

nCTi

CIPE

i= = + = +1 11 1( ) * ( )

CIP =(I+ CT

ijj

j

n

( )11 += ) / (E

ij

jj

n

( )11 += )CIP = Inversin + VPN (Costos totales de produccin)

VPN (Energa)

Es importante anotar que este CIP sirve como un indicador de refEs importante anotar que este CIP sirve como un indicador de referencia, ya erencia, ya que no tiene en cuenta los aspectos financieros y tributarios quque no tiene en cuenta los aspectos financieros y tributarios que seran e seran particulares a cada proyectoparticulares a cada proyecto.

ANALISIS ECONOMICO GENERACION DIESEL DATOS DE ENTRADA (6 HORAS DE OPERACIN)

DATOS GENERALES DEL PROYECTO

Capacidad de un motor diesel (kW) 2,000No de Maquinas 1Potencia Planta (kW) 2,000Horas de operacin al ao 8,760Disponibilidad de la planta 25.0%Factor de correccin por altitud 90.0%Factor de correccin por temperatura 98.0%

Ao de Inicio del Proyecto 2,002Ao de Culminacin del Proyecto 2,017Indice de Precios al Consumidor (IPC) (%) 10.0%Indice de Precios al Productor (IPP) (%) 9.0%Variacin del Tipo de Cambio (%) 8.0%Tasa de Descuento del Proyecto Corriente 25.0%TRM Arranque 2,300Inflacin Internacional 1.00%

CIP

0.218 US$/kWh

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DESCRIPCION DE TECNOLOGIAS

CO: 0.3-0.7 CO: 1-2 CO: 9-50ppm CO:

cicl combinado y motorl cogeneracion generacion

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