UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL Campus Arturo Ruíz Mora

Santo Domingo

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA

Carrera: Ingeniería en el electromecánica y automatización

Materia:

TERMODINÁMICA

Informe de gira técnica a:

TERMOESMERALDAS

ESTUDIANTE:

Pérez Carlos

CATEDRÁTICO:

Ing. Nelson Ninabanda

FECHA DE ENTREGA:

Lunes 21 de Junio del 2010

HISTORIA DEL PROYECTO TERMOESMERALDAS

ANTECEDENTES

INECEL con fecha 22 de Enero de 1978 convocó al concurso interno de precios, de conformidad con el Acuerdo Ministerial #14100A del 20 de Enero de 1978 publicado en el Registro Oficial #520 del 3 de Febrero de 1978, para el diseño detallado, suministro, transporte al sitio, obras civiles, montaje, pruebas puesta en marcha y operación experimental, bajo la modalidad "llave en mano" de una Central Térmica a vapor de 120 MW, incluyendo subestación y línea de transmisión Sto. Domingo-Esmeraldas.

Luego del análisis de la documentación presentada para dicho concurso, INECEL consideró que la oferta de la firma GRUPPO INDUSTRIE ELETTRO MECCANICHE PER IMPIANTI ALL. ESTEREO s.p.A,-GIE-; era la más conveniente y decidió adjudicarle el contrato, según decisión del Directorio de INECEL del 31 de Mayo de 1978.

CONTRATACION

La contratación se efectuó el 18 de Septiembre de 1978, luego de haber merecido dictámenes favorables de las siguientes instituciones:

Contraloría General de la Nación, mediante Oficio N.7526-AJ-DIN del 8 de Agosto de 1978. Procuraduría General de la Nación, mediante Oficios Nos.480 y 4739 del 18 de Julio y 3 de

Agosto de 1988, respectivamente. Del Ministerio de Finanzas, según oficio # 4021 del 30 de Agosto de 1978.

RECEPCION DE LAS OBRASEl acta de entrega recepción definitiva fue firmada en Quito el 16 de Diciembre de 1983, dando cumplimiento al párrafo 3 de la cláusula vigésimo primera del contrato.

HITOS IMPORTANTES

Primera Sincronización 8 de Marzo e 1982 a las 21h34 Inicio de la Operación Experimental 24 de Abril de 1982 Inicio de la Operación Comercial a cargo de INECEL 1 de Agosto de 1982

UBICACION GEOGRAFICA

Estratégicamente localizada frente a la Refinería de Esmeraldas y a orillas del Río Teaone, le permite el abastecimiento de: combustible directamente de los tanques de almacenamiento de Refinería, y de agua para los diferentes usos de la Central respectivamente.

UBICACIÓN ELECTRICA

Eléctricamente la Central Térmica Esmeraldas se encuentra conectada al Sistema Nacional Interconectado en los siguientes niveles de voltaje: 138-69-13.8 KV.

Nivel 138 KV

A través de una línea de transmisión radial de 154 KM, doble circuito de 138 KV con un límite térmico de 141 MVA por circuito interconecta las Subestaciones de Sto. Domingo y Esmeraldas.

Nivel 69 KV

Para dar servicio a la Provincia de Esmeraldas se dispone de un autotransformador trifásico AA1 con una capacidad de 75/75/25 MVA y con los voltajes de 138/69/13.8 KV, el mismo que alimenta las barras de 69 KV de la Subestación Esmeraldas, de donde salen dos alimentadores para servir a EMELESA y REFINERIA.

Nivel 13.8 KV

Siendo el nivel de generación de 13.8 KV, el generador se conecta al sistema a nivel de 138 KV, a través del transformador MT1 con una capacidad de 160 MVA. Para la alimentación a los transformadores de servicios auxiliares UT1 y STO con una capacidad de 12 MVA y con una relación de voltaje 13,8/4,16 KV se toma de:

Salida del generador para el UT1 Salida del terciario del autotransformador AA1 para el STO

1. ANTECEDENTES:

Caldera de vapor:

Las Calderas o Generadores de vapor son instalaciones industriales que, aplicando el calor de un combustible sólido, líquido o gaseoso, vaporizan el agua para aplicaciones en la industria.

Las calderas de vapor son unos aparatos en los que se hace hervir agua para producir vapor. El calor necesario para caldear y vaporizar el agua pude ser suministrado por un hogar, por gases calientes recuperados a la salida de otro aparato industrial (horno, por ejemplo), por el fluido refrigerador de una pila atómica, por irradiación solar o por una corriente eléctrica. Cuando el calor es suministrado por el líquido caliente o por vapor que se condensa, se suelen emplear otras denominaciones, tales como vaporizador y transformador de vapor. El sinónimo generador de vapor se emplea de preferencia cuando se habla de calderas de una cierta importancia. Si la caldera propiamente dicha está conectada a otros, de los cuales unos calientan el agua (recalentadores de agua, economizadores) o el aire de combustión (precalentador de aire), y otros recalientan el vapor (recalentadores), suele denominarse el conjunto grupo evaporador, y la parte del grupo en que se produce la evaporación se llama vaporizador o haz vaporizador

Inicialmente fueron empleadas como máquinas para accionar bombas de agua, de cilindros verticales. Ella fue la impulsora de la revolución industrial, la cual comenzó en ese siglo y continúa en el nuestro.

Máquinas de vapor alternativas de variada construcción han sido usadas durante muchos años como agente motor, pero han ido perdiendo gradualmente terreno frente a las turbinas. Entre sus desventajas encontramos la baja velocidad y (como consecuencia directa) el mayor peso por Kw. de potencia, necesidad de un mayor espacio para su instalación e inadaptabilidad para usar vapor a alta temperatura.

Dentro de los diferentes tipos de calderas se han construido calderas para tracción, utilizadas en locomotoras para trenes tanto de carga como de pasajeros. Vemos una caldera multi-humotubular con haz de tubos amovibles, preparada para quemar carbón o lignito. El humo, es decir los gases de combustión caliente, pasan por el interior de los tubos cediendo su calor al agua que rodea a esos tubos.

Turbina de vapor:

Una turbina de vapor es una turbomáquina motora, que transforma la energía de un flujo de vapor en energía mecánica a través de un intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido de trabajo y el rodete, órgano principal de la turbina, que cuenta con palas o álabes los cuales tienen una forma particular para poder realizar el intercambio energético. Las turbinas de vapor están presentes en diversos ciclos de potencia que utilizan un fluido que pueda cambiar de fase, entre éstos el más importante es el Ciclo Rankin, el cual genera el vapor en una caldera, de la cual sale en unas condiciones de elevada temperatura y presión. En la turbina se transforma la energía interna del vapor en energía mecánica que, típicamente, es aprovechada por un generador para producir electricidad. En una turbina se pueden distinguir dos partes, el rotor y el estator. El rotor está formado por ruedas de álabes unidas al eje y que constituyen la parte móvil de la turbina. El estator también está formado por álabes, no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina.

El término turbina de vapor es muy utilizado para referirse a una máquina motora la cual cuenta con un conjuntos de turbinas para transformar la energía del vapor, también al conjunto del rodete y los álabes directores.

Clasificación de las turbinas:

Existen las turbinas de vapor en una gran variedad de tamaños, desde unidades de 1 hp (0.75 Kw) usadas para accionar bombas, compresores y otro equipo accionado por flecha, hasta turbinas de 2,000,000 hp (1,500,000 Kw) utilizadas para generar electricidad. Hay diversas clasificaciones para las turbinas de vapor modernas, y por ser turbomáquina son susceptibles a los mismos criterios de clasificación de éstas. Por otro lado, es común clasificarlas de acuerdo a su grado de reacción:

Turbinas de Acción: El cambio o salto entálpico o expansión es realizada en los álabes directores o las toberas de inyección si se trata de la primera etapa de un conjunto de turbinas, estos elementos están sujetos al estator. En el paso del vapor por el rotor la presión se mantendrá constante y habrá una reducción de la velocidad.

Turbinas de Reacción: La expansión, es decir, el salto entálpico del vapor puede realizarse tanto en el rotor como en el estator, cuando este salto ocurre únicamente en el rotor la turbina se conoce como de reacción pura.

Turbinas térmicas

Son aquéllas cuyo fluido de trabajo sufre un cambio de densidad considerable a través de su paso por la máquina.

Estas se suelen clasificar en dos subconjuntos distintos debido a sus diferencias fundamentales de diseño:

Turbinas a vapor: su fluido de trabajo puede sufrir un cambio de fase durante su paso por el rodete; este es el caso de las turbinas a mercurio, que fueron populares en algún momento, y el de las turbinas a vapor de agua, que son las más comunes.

Turbinas a gas: En este tipo de turbinas no se espera un cambio de fase del fluido durante su paso por el rodete.

También al hablar de turbinas térmicas, suele hablarse de los siguientes subgrupos:

Turbinas a acción: en este tipo de turbinas el salto entálpico ocurre sólo en el estator, dándose la transferencia de energía sólo por acción del cambio de velocidad del fluido.

Turbinas a reacción: el salto entálpico se realiza tanto en el rodete como en el estator, o posiblemente, sólo en rotor.

Igual de común es clasificar las turbinas por la presión existente en ellas en relación a otras turbinas dispuestas en el mismo grupo:

Turbinas de alta presión: son las más pequeñas de entre todas las etapas y son las primeras por donde entra el fluido de trabajo a la turbina.

Turbinas de media presión. Turbinas de baja presión: Son las últimas de entre todas las etapas, son las más largas y ya no

pueden ser más modeladas por la descripción euleriana de las turbo máquinas.

Uso de las turbinas

Las turbinas condensadores se encuentran comúnmente en plantas de potencia eléctrica. Estas turbinas expelen vapor en estado parcialmente saturado, generalmente con calidad mayor al 90%, a una presión bastante inferior a la atmosférica hacia un condensador.

Las turbinas de recalentamiento también son usadas casi exclusivamente en plantas de potencia eléctrica. En una turbina de recalentamiento, el flujo de vapor sale de una sección a alta presión de la turbina y es regresado a la caldera donde se le vuelve a sobrecalentar. El vapor entonces regresa a una sección de presión intermedia de la turbina y continúa su expansión.

Generador eléctrico:

Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes. Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estator). Si mecánicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (F.E.M.). Están basados en la ley de Faraday.

1. DESARROLLO:2.1. Definición:

Central termoeléctrica:

Instalación que produce energía eléctrica a partir de la combustión de carbón, fuel-oíl o gas en una caldera diseñada al efecto.

Funcionamiento de una Central térmica:

El funcionamiento de todas las centrales térmicas, o termoeléctricas, es semejante. El combustible se almacena en parques o depósitos adyacentes, desde donde se suministra a la central, pasando a la caldera.

Una vez en la caldera, los quemadores provocan la combustión del carbón, fuel-oíl o gas, generando energía calorífica. Esta convierte a su vez, en vapor a alta temperatura el agua que circula por una extensa red formada por miles de tubos que tapizan las paredes de la caldera.

Este vapor entra a gran presión en la turbina de la central, la cual consta de tres cuerpos -de alta, media y baja presión, respectivamente- unidos por un mismo eje.

En el primer cuerpo (alta presión) hay centenares de álabes o paletas de pequeño tamaño. El cuerpo a media presión posee asimismo centenares de álabes pero de mayor tamaño que los anteriores. El de baja presión, por último, tiene álabes aún más grandes que los precedentes. El objetivo de esta triple disposición es aprovechar al máximo la fuerza del vapor, ya que este va perdiendo presión progresivamente, por lo cual los álabes de la turbina se hacen de mayor tamaño cuando se pasa de un cuerpo a otro de la misma., Hay que advertir, por otro lado, que este vapor, antes de entrar en la turbina, ha de ser cuidadosamente deshumidificado. En caso contrario, las pequeñísimas gotas de agua en suspensión que transportaría serían lanzadas a gran velocidad contra los álabes, actuando como si fueran proyectiles y erosionando las paletas hasta dejarlas inservibles.

El vapor de agua a presión, por lo tanto, hace girar los álabes de la turbina generando energía mecánica. A su vez, el eje que une a los tres cuerpos de la turbina (de alta, media y baja presión) hace girar al mismo tiempo a un alternador unido a ella, produciendo así energía eléctrica. Esta es vertida a la red de transporte a alta tensión mediante la acción de un transformador.

Por su parte, el vapor -debilitada ya su presión- es enviado a unos condensadores. Allí es enfriado y convertido de nuevo en agua. Esta es conducida otra vez a los tubos que tapizan las paredes de la caldera, con lo cual el ciclo productivo puede volver a iniciarse.

Para minimizar los efectos de la combustión de carbón sobre el medio ambiente, la central posee una chimenea de gran altura -las hay de más de 300 metros-, que dispersa los contaminantes en las capas altas de la atmósfera, y precipitadores (que retienen buena parte de los mismos en el interior de la propia central).

Torre de refrigeración de una central térmica

Chimenea de emisiones de termoesmeraldas

2.2. Desarrollo técnico:

La termoesmeraldas, es una planta que genera energía eléctrica mediante el uso de una fuente térmica, la cual a su vez genera vapor a alta presión este es trasmitido a una turbina, lugar donde se genera un trabajo de eje, el cual se trasmite a un generador de energía eléctrica, aprovechando de esta manera la ley de conservación de la energía “La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma”.

El proceso que sigue la termo esmeraldas, es el de obtener primeramente el agua, el cual es uno de los principales elementos de este proceso, esta se obtiene del rio TEAONE, la cual antes de ingresar al proceso es tratada (METODOS DE TRATAMIENTOS DE AGUA).

Una vez que el agua ha cumplido con todo el proceso de tratamiento, esta ingresa al caldero, el cual es acuotubular, es decir que el agua impulsada por las bombas a una presión de 180 KPa atraviesa las tuberías internas del caldero, allí el agua se encuentra a una presión de 140 KPa, entonces se genera la insuflación de la llama, la cual es impulsada por un inmenso ventilador centrifugo, el aire que es impulsado, previamente se lo calienta para el proceso de combustión, este se calienta gracias a la entropía ciertas tuberías que salen del caldero.

Llegando así a elevar su temperatura interior tanto así que empieza la evaporación del agua, este vapor de agua es trasmitido mediante ductos de de gran diámetro hacia la turbina de tres etapas, ALTA, MEDIA, BAJA, dentro de la turbina la temperatura del vapor es de 340 C. Una vez que el agua ̊� ha pasado por la turbina, esta se condensa, y de allí pasa a la torre de enfriamiento, donde mediante un grupo de ventiladores se disminuye su temperatura para nuevamente ingresar al proceso.

El generador que aprovecha el trabajo de eje de la turbina tiene los siguientes datos de placa:

P = 135.882 KVA V excitación = 230 vV = 13900 V I excitación = 1320 AF = 60 Hz I = 6522 Afp = 0.85 Aislamiento tipo F.# polos = 2

El voltaje que sale del generador es 13.800 voltios, el cual entra a un transformador elevador de voltaje para en la salida de este tener un voltaje de 138.000 voltios, además la potencia generada es de 132.5 MW lo cual ingresa al sistema nacional interconectado.

2.3. Observaciones técnicas:

Al ingresar a la TERMOESMERALDAS primeramente fuimos revisados para evitar que ingresemos cámaras fotográficas o celulares, por que la empresa no permitía que en el interior de esta se tomen fotografías del proceso.

Lo primero que me impresionó fue el orden que tenían en esta empresa, es decir que todo estaba en su lugar, por lo que de esa manera el guía técnico nos explico que se había conseguido evitar accidentes en esta empresa, en la cual de todos los años que ha estado en funcionamiento, la cantidad de accidentes que ha ocurrido es mínima.

En todo el proceso que sigue la termoesmeraldas podemos observar que a pesar de ser una empresa con años de labor esta se mantiene aun en muy buenas condiciones de trabajo aún.

El día de la visita la empresa estaba en mantenimiento, por lo cual no pudimos apreciar en si el funcionamiento de esta, pero el guía técnico nos mostró verbalmente el proceso y como este es monitoreado desde la sala de control.

Además pudimos observar como con los avances de la tecnología poco a poco se van reemplazando elementos antiguos por nuevos con mayor tecnología, especialmente el área de monitoreo en la que se trabaja mayoritariamente con elementos electrónicos cada vez más eficientes y menos espaciosos.

2.4. Conclusiones y recomendaciones:

Conclusiones.-

Al momento de llegar a una empresa de este tipo podemos ver que todo lo aprendido en clase teóricamente tiene coherencia con lo que funciona prácticamente y podemos verlo directamente y entenderlo de una mejor manera.

La secuencia del proceso que se sigue en el proceso debe ser monitoreada permanentemente para evitar posibles problemas con los elementos que constituyen todo el proceso.

Para evitar posibles accidentes se deben seguir determinadas normas de seguridad y hacer que los trabajadores cumplan a cabalidad con estas y así se tiene una empresa en la que los accidentes son casi nulos en su totalidad.

Recomendaciones.-

Tratar de mesclar los conocimientos obtenidos en clase y las explicaciones dadas por el guía técnico para así asimilar de mejor manera las cosas que nos encontramos apreciando en el instante de la visita.

Evitar juegos con los compañeros al momento de la visita ya que podemos generar algún problema o accidente al momento del paso en cada uno de los procesos vistos.

Debemos utilizar elementos de protección personal para evitar accidentes el momento de ingresar a una empresa para evitar posibles accidentes.