Diseño de un simulador para la óptima operación de una ...

ESTUDIAR PARA PREVERY PREVER PARA ACTUAR

Instituto Tecnológico de Colima

Dirección General de Educación Superior Tecnológica

Institutos TecnológicosSEP

R

P R E M I OINTRAGOB

2006

a la

06

RSGC - 617INICIO: 2012.09.28

TERMINO: 2015.09.28

ISO 9001:2008

PROCESO EDUCATIVO

S G C

S N E S T

IMNC-RSGC-617

IMNC-RSGC-617IMNC-RSGC-617

CERTIFICADO BAJO LANORMA ISO 9001:2008

CERTIFICADO BAJO LANORMA ISO 9001:2008

VILLA DE ÁLVAREZ, COL., ABRIL DE 2014

DISEÑO DE UN SIMULADOR PARA LA ÓPTIMA

OPERACIÓN DE UNA UNIDAD TERMOELÉCTRICA.

OPCIÓN X

MEMORIA DE RESIDENCIA PROFESIONAL

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

INGENIERO BIOQUÍMICO

PRESENTA

HUGO ALBERTO ALFARO GARCÍA

ASESOR

DTP. LIDIA ELIZABETH VERDUZCO GRAJEDA

Diseño de un simulador para la óptima operación de una unidad termoeléctrica.

Índice.

Pág.

I. 1

.

Resumen……………………………………………………………………………………………………………………. 1

II. 2

.

Introducción………………………………………………………………………………………………………………. 3

III. 3

.

Justificación del proyecto…………………………………………………………………………………………… 4

IV. 4

.

Objetivos……………………………………………………………………………………………………………………. 6

V. 5

.

Descripción del departamento de operación………………………………………………………………

7

5.1 - Comisión Federal de Electricidad………………………………………………………………………. 7

5.2 – Central Termoeléctrica Manzanillo II………………………………………………………………… 8

5.3 – Departamento de Operación……………………………………………………………………………. 9

VI. 6

.

Problemas a resolver………………………………………………………………………………………………….. 10

VII. 7

.

Alcances…………………………………………………………………………………………………………………….. 11

VIII. 8

.

Limitaciones……………………………………………………………………………………………………………….. 11

IX. 9

.

Fundamento teórico del simulador……………………………………………………………………………. 12

9.1 Centrales generadoras………………………………………………………………………………………. 12

9.2 Generador de vapor…………………………………………………………………………………………… 17

9.3 Combustión de un generador de vapor……………………………………………………………… 18

9.4 Caldera……………………………………………………………………………………………………………… 21

9.5 Turbina………………………………………………………………………………………………………………. 30

9.6 Sistema de condensado……………………………………………………………………………………… 35


X. 10.

Procedimientos para llegar al simulador…………………………………………………………………….. 39

10.1 Balances de energía y materia…………………………………………………………………………. 39

XI. 1

1

.

Resultados…………………………………………………………………………………………………………………. 58

11.1 curvas de comportamiento……………………………………………………………………………. 58

11.2 curvas de presión………………………………………………………………………………………….. 59

11.3 curvas de temperatura…………………………………………………………………………………. 60

XII. 1

2

.

Conclusiones y recomendaciones………………………………………………………………………………. 66

XIII. 1

3

.

Referencias bibliográficas y virtuales………………………………………………………………………….. 67

XIV. 1

4

.

Índice de figuras y tablas……………………………………………………………………………………………. 68

XV. 1

5

.

Anexos……………………………………………………………………………………………………………………….. 71


1

I. Resumen.

El presente trabajo tiene como objetivo presentar el desarrollo de un simulador de variables del

ciclo termodinámico, de dos unidades generadoras de electricidad, para la proyección de una

correcta operación y prevención de riesgos. Éste, fue realizado en la central termoeléctrica

Manzanillo II, la cual labora bajo la dirección de la Comisión Federal de Electricidad (CFE) y se

encuentra localizada en el municipio de Manzanillo que forma parte del Estado de Colima.

En todo el tiempo que la central tiene produciendo electricidad para los Estados Unidos Mexicanos

ha presentado diversas fallas en el proceso, además del desgaste que se manifiesta por el uso de

los equipos. Debido a esto se han hecho mantenimientos y ajustes para mejorar su

funcionamiento, propiciando que se modifique lo que se conoce como ciclo de generación de

energía (CGE)

Derivado de estas situaciones, la Comisión Federal de Electricidad (CFE) ha hecho equipamientos

de instrumentación y controles necesarios para la operación de las unidades antes mencionadas,

sin embargo a pesar de esta modernización, se siguen presentando problemas durante la

operación. Por este motivo se realizó una inspección constante del régimen termodinámico, lo que

llevo a la conclusión de que la eficiencia de la unidad ha disminuido. Esto desencadenó cambios

en todas las variables monitoreadas dando como resultado confusión y malas decisiones tomadas

por el personal.

Esta situación crítica conllevo a la necesidad de buscar una solución por lo que se comenzó a

desarrollar el proyecto de un simulador que ayudara durante la operación y fuera capaz de emitir

datos lo más apegado al comportamiento real, para lograr tener información lo más exacta posible

del CGE

La primera fase de desarrollo de este simulador fue la de recabar la información posible para

entender el comportamiento en el aprovechamiento del calor. Para esto, fue necesario acceder al

sistema de control para adquirir los datos de monitoreo y completarlos con los que se encuentran

en campo; propiamente en los equipos. Después los datos fueron ordenaron de acuerdo a la

secuencia de los equipos en el CGE.


2

Este ordenamiento permitió inicialmente realizar un balance de energía del CGE; posteriormente

se efectuaron variaciones en el comportamiento modificando las cargas de flujo de vapor con el

fin de obtener curvas que describieran dicho comportamiento así como sus ecuaciones que las

describen. Finalmente, se concentró toda ésta información en hojas de cálculo enlazadas donde

simultáneamente al variar únicamente la carga de generación deseada el simulador arrojara la

información de flujos, temperaturas, presiones, entalpias y eficiencias que son las principales

variables que rigen el proceso evaluado.


3

II. Introducción

El uso de la electricidad es un fenómeno del cual dependemos totalmente, la ausencia de energía

eléctrica causaría estragos de índole incalculable. Actualmente, tanto a nivel industrial como

particular el ser humano cuenta con equipos y accesorios que dependen de la energía eléctrica lo

que contribuye a eficientar de manera constante su proceso de producción.

La producción de energía eléctrica es un tema interesante, una peculiaridad que tiene la energía

eléctrica es que no se puede almacenar, debido a esta característica, se tiene que estar

monitoreando diariamente el consumo de energía eléctrica por todos los usuarios conectados al

Sistema Eléctrico Nacional (SEN) el cual conecta eléctricamente a todo el país, y determina

sistemáticamente la cantidad de energía por hora necesaria para el país.

El consumo de electricidad depende de las actividades diarias del ser humano, las cuales incluyen

acontecimientos de índole cultural, deportivo, religioso, entre otros. Por ejemplo, la demanda de

electricidad se ve incrementada en determinadas horas del día, en promedio entre las 13:00 y

16:00 hrs., tiempo promedio en el consumo de alimentos vespertino de la mayoría de las

personas. Ese comportamiento genera cambios en la demanda eléctrica y eso determina que la

generación de electricidad debe ser mayor para sostener dicha demanda.

En base a lo anterior, los sistemas de control con los que cuenta una central generadora permiten

accionar medidas de respuesta a dichos “picos” de incremento en electricidad, indicando las

condiciones de generación de energía y manteniendo un control en los ajustes necesarios para

poder llevar las mediciones de los puntos críticos de control de proceso.

Es ahí donde la operación propia de las unidades generadoras, su constante actividad de

monitoreo, y procedimientos rutinarios de control y ajuste requieren de un exhaustivo análisis que

proyecten las necesidades de demanda, por lo que la generación de un auxiliar como lo es un

simulador de variables de proceso permite, no sólo incrementar la eficiencia de operación sino

además, prevenir riesgos que requieren de acciones correctivas al igual que mantener un efectivo

control del proceso.


4

III. Justificación del proyecto

Uno de los principales problemas que genera el consumo de energía eléctrica implica un continuo

control en la generación, transmisión y distribución de esta. Lo que determina una constante

inversión en capacitación de personal al igual que un mantenimiento riguroso de cada unidad del

proceso generador. Estos hechos puntuales de riesgo han recaído no solo en la eficacia del

sistema propiciado por el desgaste y daños propios de los equipos, sino también en la sensibilidad

y habilidad del personal a cargo para la oportuna toma de decisiones, lo que ha involucrado no

sólo deficiencias en el CGE sino que además ha impactado en la eficiencia de la generación de

electricidad.

Una justificación a esta problemática se basa en que si se tiene un sistema que proyecte mediante

la evaluación gráfica del comportamiento de los flujos de calor durante el CGE un posible riesgo, se

podría lograr una oportuna toma de decisión y en su efecto una prevención de daño y al mismo

tiempo un incremento y contaste eficiencia del mismo proceso.

Es por esto que se planteó la elaboración de una herramienta que permita simular la correcta

operación de dicha unidad, con datos seguros en tiempo real y que además minimice los posibles

daños a la central, mediante la relación completa con valores observados rutinariamente. Dicho

simulador involucra las variables como lo son flujos, las temperaturas, las presiones y las entalpias

de las líneas de flujo de la unidad, proveyendo al usuario un panorama general de la unidad en el

estado óptimo, el cual podrá ser comparado con las medidas observadas en pantalla en tiempo

real.

Es decir, el operador o cualquier persona en el cuarto de control, podrá ver las variables en el

simulador y darse cuenta de que algo no está funcionando correctamente debido a la desviación

del valor en tiempo real, de esta manera se pueden obtener beneficios como:

Mayor facilidad de detección de daños en equipos

Información del régimen térmico

Eficiencia de la unidad

Aprendizaje de parámetros clave en la operación en corto tiempo

Observar los parámetros óptimos a diferentes cargas de generación


5

Familiarizarse con las curvas de comportamiento de la unidad

Tener un panorama de la unidad en el estado actual ya que varía con respecto a las de

diseño de hace 27 años.


6

IV. Objetivos

General:

Desarrollar un simulador de variables del ciclo termodinámico de generación de electricidad que

permita obtener información en tiempo real de dicho comportamiento en la unidad generadora

de electricidad Manzanillo II.

Específicos:

Realizar curvas de comportamiento de las variables de operación.

Realizar las ecuaciones que describan el comportamiento.

Realizar la conexión entre equipos para el diseño del simulador.

Realizar Balances de materia y energía a lo largo del ciclo de generación.

Realizar Calculo de la eficiencia de la unidad a diferentes cargas.

Realizar Calculo de la eficiencia en turbina y generador de vapor a diferentes cargas.

Realizar Observaciones de las consecuencias y riesgos de una mala operación.


7

V. DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE TRABAJO.

5.1 - Comisión Federal de Electricidad.

La Comisión Federal de Electricidad es una empresa Paraestatal, encargada de controlar, generar,

transmitir y comercializar la energía eléctrica en todo el territorio mexicano. Fue fundada el 14 de

agosto de 1937 por el Gobierno Federal y sus primeros proyectos se realizaron en Teloloapan,

Guerrero; Pátzcuaro, Michoacán; Suchiate y Xía, en Oaxaca, y Ures y Altar, en Sonora.

La misión de la comisión federal de electricidad es prestar el servicio público de energía eléctrica

con criterios de suficiencia, competitividad y sustentabilidad, comprometidos con la satisfacción

de los clientes, con el desarrollo del país y con la preservación del medio ambiente.

El flujo de proceso por el que opera la comisión federal de electricidad es el siguiente:

Planeación

Construcción

Generación

Transmisión

Control de energía

Distribución

Cliente

El área en la que se participó pertenece al nivel de la generación la cual labora mediante

diferentes tipos de centrales generadoras de energía, realizándose este proyecto en la Central

Termoeléctrica Manzanillo II.


8

5.2 - Central Termoeléctrica Manzanillo II

La central se localiza al sur del puerto de manzanillo, col., en una faja de terreno comprendida

entre la laguna de cuyutlán y el litoral del océano pacifico, en el ejido de campos, al sur de la

central termoeléctrica Manuel Álvarez Moreno.

La energía generada por la central termoeléctrica manzanillo II es entregada al sistema eléctrico

nacional por unas líneas de transmisión de 400 000 volts a las subestaciones de Tapeixtles y

Colomos, por su localización pertenece al área de control de occidente de Comisión Federal de

Electricidad.

La central cuenta con 2 unidades de 350 MW de capacidad, cada una tiene como equipos

principales un generador de vapor y un turbogenerador, los cuales se complementan con una serie

de equipos y sistemas auxiliares requeridos para la realización del ciclo termodinámico rankine

regenerativo.

Los generadores de vapor son de tipo intemperie, mientras que los turbogeneradores son de tipo

interior y se encuentran situados junto con el equipo auxiliar en casa de máquinas, la cual tiene

101.5m de longitud, 54 m de ancho y 33m de altura. Se cuenta además con un cuarto de control

común para las dos unidades.

Para su operación, esta central requiere de dos tipos de combustibles que son el diésel para los

arranques y el combustóleo para la generación, este último tipo de combustible es suministrado a

los tanques de almacenamiento desde los buques tanques, anclados en el muelle de PEMEX del

puerto interior, de donde se bombea a través de un oleoducto de 50.8 cm de diámetro y 4.421 km

de longitud.

El sistema de enfriamiento principal es de tipo abierto con agua de mar, que es conducida desde el

océano pacifico hasta la obra de toma a través del canal de ventanas, para posteriormente ser

regresada al océano pacifico.


9

5.3 - El departamento de operación.

Este lugar es donde se lleva a cabo todo el proceso de la operación y control. Se encuentra

ubicado en el centro de casa de máquinas, en el nivel más alto ahí se encuentran los operadores,

el superintendente de turno y el jefe de operación.

Todas la unidades son soportadas por el Sistema de Control Digital (SICODI) monitoreadas las 24

horas del día. Este sistema controla los equipos auxiliares y principales durante el proceso de

operación. Y es controlado por el Centro Nacional de Control de Energía (CENACE) donde se

visualiza el consumo de energía en tiempo real de todo el país. Para el caso de la zona occidente la

producción se deriva de la Central Manzanillo II.


10

VI. Problemas a resolver.

Como se mencionó anteriormente uno de los principales problemas que se presentan son debidos

a las frecuentes fallas presentadas en la central termoeléctrica, por lo que se consideraron los

siguientes problemas a resolver que involucran como alternativa de solución principal el desarrollo

de un simulador para la prevención de daños a la central el cual se basa principalmente en:

Balances de materia y energía: Los cuales determinan la eficiencia en la transferencia de calor.

Para esto, es necesario evaluar el funcionamiento del proceso y la función de cada equipo, para así

poder tener una secuencia lógica y posteriormente con ayuda de los balances concentrar y

entrelazar los cálculos que conforman al simulador.


11

VII. Alcances.

El alcance principal de este trabajo, se proyecta al diseño del simulador, su evaluación y por

último la comparación con los datos reales. Además de su introducción como herramienta de

diagnóstico de la operación y los procesos de mayor interés en la unidad generador.

VIII. Limitaciones.

Debido a que el simulador es una herramienta adicional, no garantiza el éxito para evitar daños; se

debe tener capacitación en el manejo de este y además en conocimientos de operación de las

unidades. Esto se limita a que ninguna herramienta sustituye el razonamiento lógico necesario

para resolver los problemas de operación. (Mitsubishi heavy industries LTD, (1978)Instructivo del

generador de vapor)


12

IX. Fundamento teórico.

9.1. Centrales generadoras.

El desarrollo del simulador de variables está basado en la observación del comportamiento de los

sistemas que conforman las unidades generadoras con sus respectivas tecnologías para producir

energía eléctrica.

Para esto se han desarrollado tecnologías que han dado solución a las demandas de los usuarios

de la energía eléctrica, existen una variedad de tipos de centrales generadoras dependiendo de la

manera en que operan, por mencionar algunas y dentro de sus generalidades están las siguientes:

Hidroeléctricas (Figura 9.0.1).

Geotérmicas (Figura 9.0.2).

Turbo gas (Figura 9.0.3).

Eólicas (Figura 9.0.4).

Todas ellas con el mismo objetivo que es generar energía eléctrica, pero con diferente método de

generación, tipo de infraestructura y equipos auxiliares para desempeñar dicha labor, si

describimos brevemente el proceso de generación de cada una de ellas lo veríamos así:

Figura 9.1.1 - Diagrama de flujo de generación de una Central Hidroeléctrica.


13

Figura 9.1.2 - Diagrama de transformación de energías en Geotérmicas.

Figura 9.1.3 - Diagrama de transformación de energías en central Turbo Gas.

Figura 9.1.4 - Diagrama de transformación de energías en plantas Eólicas.


14

En general los procesos de generación tienen como principio el movimiento de una turbina para

generar electricidad. De igual manera las termoeléctricas funcionan bajo el mismo régimen, sin

embargo en comparación con sus contrapartes, estás son las de mayor aplicación por su alta

efectividad.

Central termoeléctrica.

El funcionamiento de una termoeléctrica se describe de forma general a continuación: Se inicia

bajo una reacción de combustión (combustóleo), la cual genera energía calorífica dentro de una

caldera, donde se hace circular agua que absorberá el calor producido y se transformará en vapor.

De aquí se transforma a energía térmica, para después ser liberada a una turbina y al expandirse

se convierte en energía cinética que moverá la turbina produciendo energía mecánica que se

transformara en consecuencia energía eléctrica.

Equipos principales de una central termoeléctrica.

El sistema de una CT está conformado por diversos equipos, siendo los principales y en los cuales

se fundamenta el simulador son:

Generador de vapor

Turbogenerador

condensador

Equipos auxiliares de una central termoeléctrica.

Entre los principales equipos auxiliares que participan en una CT se encuentran: bombas,

ventiladores, extractores, enfriadores, eyectores, tanques, compresores, entre otros; los cuales

por su importancia juegan un papel básico durante el CGE.

Sistemas de una central termoeléctrica.

Un sistema es un conjunto de equipos interconectados por tuberías, que desempeñan una labor

específica para el objetivo de la central, existen diversos tipos de sistemas los cuales pueden ser

cerrados formando un anillo o abiertos.


15

Los equipos auxiliares y principales se unen para formar un sistema, por mencionar algunos

ejemplos de sistemas importantes se tienen: Sistema de condensado, de agua de alimentación y

de vapor principal.

Un mismo equipo puede pertenecer a varios sistemas, por ejemplo el generador de vapor

pertenece simultáneamente al sistema aire-gases de combustión, al de combustible y al de

vaporización. Además estos son variables y dependen de las necesidades de la central generadora.

Lo anterior es presentado en la figura 9.1.1., donde se muestra el diagrama general de flujo del

proceso de una CT.


16

Figura 9.1.5. Diagrama de flujo de proceso de la central termoeléctrica.

Además de determinar el diagrama de flujo del proceso de una CT, conocer y comprender su

funcionamiento es importante para el desarrollo del simulador, ya que de este dependerá la

secuencia de lógica a utilizar. Para este fin en la tabla 9.1.1 se desglosan los equipos principales,

sus componentes organizados en grupos así como su número de identificación, para una mejor

ubicación en el diagrama anterior.


17

Generador de vapor TurbinaCondensador y sistema de

condensadoSistema de Extracciones.

· Economizador · Turbina de alta presión · Condensador · Extracción #7

· Domo · Turbina de presión intermedia · Pozo caliente · Extracción #6

· Tubos bajantes · Turbina de baja presión · Bombas de condensado · Extracción #5

· Bombas de agua de circulación controlada · Escape · Calentador de baja presión #1 · Extracción #4

· Domo inferior · Calentador de baja presión #2 · Extracción #3

· Tubos de generación · Calentador de baja presión #3 · Extracción #2

· Tubos elevadores · Calentador de baja presión #4 · Extracción #1

· Dispositivos de separación agua-vapor en el domo · Desgasificador

· Sobrecalentadores

· Recalentador

Tabla - 9.1.1 Elementos de los equipos principales de la central termoeléctrica.

En base a esto, se describe de manera sencilla los equipos principales de una CT, y su principal

contribución en el diseño de un simulador.

9.2 - Generador de vapor.

El generador de vapor tiene dos objetivos específicos:

1. Transformar el agua de estado líquido a estado gaseoso por medio de un proceso de

combustión.

2. Sobrecalentar el vapor a una presión y temperatura deseada.

Es decir un generador de vapor es una máquina que se encarga de hacer que la energía química de

un combustible se libere por medio de una combustión y se transfiera al agua para que se

produzca vapor. La figura 9.2.1 representa cómo está estructurado un generador de vapor tipo

intemperie como los que se encuentran en la Central Manzanillo II.


18

Figura - 9.2.1 - plano del generador de vapor vista 1.

9.3 Combustión de un generador de vapor

El lugar donde se lleva a cabo la combustión en el generador de vapor se le llama “hogar”, dentro

de ese se encuentran elementos denominados comburentes*-un combustible y una chispa- en

este caso se utilizan el aire (conteniendo ≥1% de oxígeno), combustible (combustóleo o diésel) y

una chispa eléctrica. La composición del combustible utilizado se muestra en la figura

9.3.1*comburente se le llama a cualquier sustancia que en ciertas condiciones de temperatura y presión puede

combinarse con un combustible y generar la combustión actúa oxidando al combustible y por lo tanto siendo reducido

por este último. (Saverne W.H. , Degler H. E. , Miles J.C. , (1976) Energía mediante vapor, aire o gas, edit. REVERTÉ S.A.

México D.F.)


19

Figura – 9.3.1 Composición del combustible.

De tal manera que en el hogar se tienen las siguientes entradas y salidas como se muestra en la

figura 9.3.2 que es un ejemplo de la mayoría de las sustancias involucradas en la combustión.

Figura - 9.3.2 Diagrama de combustión en el generador de vapor.


20

La generación de aire – gas dentro del generador de vapor está regido por un ciclo, el cual se

describe de manera resumida a continuación y es presentada en la Figura 9.3.3 El aire para la

combustión es calentado previo al ciclo de combustión para esto existe el sistema del calentador

aire vapor y precalentador de aire regenerativo Ljungstrom, además debido al volumen requerido

es necesario el uso ventiladores que se encargan de mover dichos volúmenes a lo largo del ciclo

aire gases.

Existen tres tipos de ventilador y cada uno cumple una función específica. Los ventiladores del

generador son el de tiro forzado (VTF), el de recirculación de gases (VRG) y el de tiro inducido

(VTI).

9.3.1 Ventilador de tiro forzado.

El ventilador de tiro forzado es el encargado de suministrar todo el aire que necesita la unidad

para realizar diversos tipos de combustión que son necesarios para el generador de vapor entre

ellos, se encuentran:

Sistema de combustión tangencial: El aire para la combustión tangencial es precalentado

por un calentador de tipo regenerativo que utiliza el calor residual de los gases de

combustión de salida de la combustión en el hogarPilotos: El aire para combustión de

pilotos es el mismo aire calentado por el proceso descrito anteriormente pero entra en las

cajas de aire para pilotos a través de conexiones por la parte inferior.Sellos: ductos de

recirculación de gases: es utilizado para proteger el equipo ya que evita que entre aire frio

al sistema, lo sella; teniendo como característica que su presión debe ser mayor que la

presión a la cual está succionando el hogar. .

9.3.5 Gases de combustión.

Una vez en el hogar cuando se tiene la bola de fuego existen dos tipos de calentamiento el calor

radiante de la llama y el calor convectivo transmitido por los gases de la combustión esos gases

tienen una temperatura aprovechable para calentar aún más en el generador de vapor y es ahí

donde entran los VRG como su nombre lo dice estos ventiladores se encargan de recircular los

gases de vuelta al hogar por la parte inferior para que el calor que poseen se aproveche aun mas.


21

Finalmente estos gases son succionados por los VTI que son los que propiamente dan la presión

negativa del hogar, pero su función es la de sacar los gases de combustión a la chimenea, estos en

su trayecto pasan por los precalentadores de aire regenerativo de tal manera que el aire de

entrada es calentado con los gases de salida aprovechando el calor que aun traen y disminuyendo

la temperatura de la emisión por la chimenea.

La trayectoria recorrida por el ciclo aire-gases se muestra en la (Figura - 9.3.3)

Figura 9.3.3 Trayectoria aire-gases dentro del generador de vapor.

9.4 Caldera.

Una caldera es un recipiente que contiene agua y transmite el calor a la misma con el objetivo de

producir vapor, para el generador de vapor es necesaria una capacidad en régimen económico

máximo de 1170 ton/hr de vapor a una temperatura de 540°C y 165 bares de presión.

El proceso de circulación del agua para obtener el vapor es de carácter acuatubular, es decir el

agua de alimentación se encuentra concentrada en un domo inferior y circula a través de paredes

de tubos los cuales están expuestos a la bola de fuego del hogar. El agua empieza a ganar


22

temperatura y presión dando lugar a la generación de burbujas de vapor, el agua sube por las

paredes y se concentra en otro domo superior donde se separa el vapor y el líquido (agua que aún

no se convierte en vapor).

Figura - 9.4.1 Generación de burbujas por absorción de calor.

Como se puede observar en la Figura 9.4.1, la circulación del agua tiene la función de hacer que el

agua no se quede en el mismo punto por tiempo prolongado y proteger el tubo de calentamiento

excesivo evitando esfuerzos térmicos en los metales de las paredes de circulación de agua.


23

9.4.2 Sobrecalentadores.

Un sobrecalentador es un laberinto de tuberías por donde circula el vapor saturado saliente del

domo del generador de vapor, el material del que están hechos los sobrecalentadores debe ser un

buen conductor de calor para que la transferencia de dicho calor al agua sea eficiente. Existen

diversos tipos de sobrecalentadores ya que no todos están expuestos al mismo calor, la

clasificación es muy sencilla convectivos o radiantes.

Figura – 9.4.2 sobrecalentador radiante.

Los sobre-calentadores radiantes Figura 9.4.4 es aquel que está expuesto al contacto directo de las

llamas del hogar, el calor radiante se transmite primero a la capa límite de aire que rodea los

tubos del sobrecalentador, luego pasa por el metal del tubo al lado externo y después al interno

para posteriormente pasar al vapor y calentarlo. Cabe mencionar que los sobrecalentadores

pueden estar orientados de manera vertical u horizontal de acuerdo al arreglo de diseño que

tenga el generador de vapor, además el número de sobrecalentadores puede variar de acuerdo al

diseño igual que la orientación.

El sobrecalentador convectivo (Figura - 9.4.5) aprovecha el calor transmitido por convección que

proveen los gases de combustión que hacienden por todo el hogar, este tipo de sobrecalentadores

no está expuesto a las llamas del hogar, es común que cuando se monitorean las temperaturas en

este elemento el incremento es menor que en los sobrecalentadores radiantes.


24

Figura - 9.4.3 sobrecalentador convectivo.

Debido a que los sobre-calentadores están bajo los efectos de calor diferentes, las temperaturas

de salida varían según el tipo de sobrecalentador y la carga que tenga la unidad.

Este hecho induce a que en el sobre-calentador radiante al presentar mayor carga de vapor

trabajen a menor temperatura, siendo viceversa en los convectivos. Este comportamiento es

atribuido a la temperatura del fuego en el hogar (calor radiante) que es alrededor de 1200°C, al

flujo de agua por las paredes, y a la recirculación de gases. La Figura 9.3.2 presenta el

comportamiento del flujo de la carga de vapor contra su temperatura en determinado sobre-

calentador, lo que explica su eficiencia en puntos críticos de generación de energía.


25

Figura. 9.4.4 Comportamiento de la temperatura contra la carga de generación en distintos tipos

de sobrecalentador.

Cuando se trabaja a altas cargas la demanda de vapor aumenta, es decir se requiere una mayor

cantidad de agua, de modo que cuando el generador de vapor está a baja carga la cantidad de

agua de alimentación que está circulando es menor y cuando es alta carga es mayor.

Como se puede apreciar en la siguiente grafica (Figura - 9.4.7) donde se observa la demanda de

vapor comparada contra la carga de generación.


26

Figura 9.4.5 grafica de carga de generación contra flujo de vapor a la salida del

sobrecalentador. (CFE, GRPO (1986) Prontuario de datos tecnicos C.T. Manzanillo II,

Manzanillo, Col.)

El agua que producirá el vapor tiene un papel importante para explicar este comportamiento ya

que tiene dos funciones, la primera es calentarse y la segunda es que mientras pasa por los

paneles del hogar también enfría el tubo por el cual está pasando es decir las paredes del hogar

tienden a ser menos calientes, consecuentemente a mayor carga se ocupa quemar más

combustible para mantener ese calor pero no se alcanza a calentar igual debido a que la

circulación al ser forzada propicia que el tiempo de residencia sea menor en las paredes del hogar,

y el vapor saturado que sale del domo se comporta respetando la proporción directa de carga con

título, es decir a mayor carga mayor título*. Razón por la que se necesita de más calor para volver

seco dicho vapor.

*título: fracción de agua aún en estado líquido suspendida en el vapor.


27

En este punto el vapor pasa por un sobrecalentador radiante para después pasar a un

sobrecalentador convectivo, y es aquí donde la tercer variable se presenta la recirculación de

gases de combustión, los gases de la bola de fuego hacienden y pasan a los elementos convectivos

haciendo que el vapor gane más energía y sea vapor sobrecalentado seco, los gases que pasan por

los elementos convectivos se recirculan de nuevo al hogar y llevan una temperatura de 360°C en

promedio, esos gases son fríos en comparación del hogar (1200°C), el calor fluye de lo más

caliente a lo más frio tendiendo al equilibrio, por lo que se produce un efecto de atemperación de

la llama del hogar, volviéndola más fría y llevándose parte de su calor los gases de combustión, esa

es la razón por la que los convectivos tienen una mayor temperatura a mayor carga, y los radiantes

menor.

En los generadores de vapor de la C. T. Manzanillo II se tiene un arreglo de elementos convectivos

y radiantes conformado de dos sobrecalentadores radiantes, uno radiante convectivo, dos

recalentadores convectivos y un economizador convectivo.

Figura - 9.4.6 ubicación de los sobrecalentadores en el generador de vapor.


28

9.4.3 Recalentador.

El recalentador es un elemento convectivo que también tiene que ver con el generador de vapor,

su función es la de recalentar el vapor saliente de la turbina de alta presión, al vapor que sale de la

turbina de alta presión perdiendo temperatura y presión, se le llama vapor recalentado frio, este

pasa por el recalentador y vuelve como vapor recalentado caliente, recupera únicamente

temperatura, la presión del recalentado caliente es la misma que la del recalentado frio.

Figura 9.4.7 trayectoria del vapor por el recalentador-turbina.

El recalentador de CFE consta de dos partes una horizontal-convectiva y una vertical-convectiva.

9.4.4 Economizador.

El economizador es otro elemento de carácter convectivo, es un calentador de tubos aleteados

esto con el fin de aumentar la superficie de contacto para mayor intercambio de calor, por dentro

de esto tubos aleteados circula el agua de alimentación fría, el intercambio de calor es tal que el

agua llega a un punto cercano a la ebullición en condiciones de una temperatura de 320°C y 189

bares, para finalmente ser inyectada al domo superior del generador de vapor.


29

Y finalmente estos son todos los elementos principales del generador de vapor que se encuentran

organizados de manera estratégica para el aprovechamiento del calor del combustible.

A continuación se muestra un esquema de cómo están acomodados estos elementos y su

naturaleza convectiva o radiante.

Figura - 9.4.8 Esquema de los componentes radiantes y convectivos del generador de vapor de

la C.T. Manzanillo II.


30

9.5 Turbina.

El paso consecuente de los sobrecalentadores es la turbina, en este elemento el vapor que ha

ganado presión y temperatura en los sobrecalentadores, entra en la turbina para ceder una parte

de dicha energía, al expandirse el vapor golpea los alabes de la turbina y esta comienza a girar.

La turbina representa uno de los tres componentes más importantes de una unidad (los otros dos

son el generador de vapor y el generador eléctrico). La turbina es el equipo que está sometido a

condiciones más severas de operación que ningún otro. Por esta razón se le da mayor atención a la

operación de la turbina en sus distintas condiciones de trabajo.

El turbogenerador de la central manzanillo II es un general electric del tipo tándem compound

este tipo de turbogeneradores especifica que el turbogenerador está compuesto de no una sino

varias turbinas que están puestas sobre la misma flecha, tiene una capacidad de generación de

350 MW operando a una velocidad de 3600 rpm, el paquete de turbinas que lo componen son una

turbina de alta presión, una de presión intermedia y una de baja presión.

Finalmente el movimiento de las turbinas esta acoplado a la flecha en la cual están fijas las

turbinas la flecha esta acoplada a un generador eléctrico y es ahí donde el movimiento mecánico

de las turbinas se transforma en energía eléctrica.

Figura 9.5.1 diagrama general de las turbinas y su acomodo.

Es necesario mencionar que las turbinas de la unidad son turbinas de vapor La turbina de vapor es

la más simple, más eficiente y completa de las máquinas que usan vapor, comparada con otras

máquinas y tiene las siguientes ventajas:

Ocupa poco espacio.


31

Es ligera de peso.

Es bastante eficiente.

Funcionamiento relativamente silencioso y sin vibraciones.

9.5.1 Principios de la operación de la turbina.

El primer punto para hacer girar la turbina es convertir la presión del vapor de los

sobrecalentadores en velocidad y eso se logra a través de tuberías fijas en la carcasa que protege

las turbina y hace hermética la circulación del vapor.

Figura 9.5.2 Tobera.

El funcionamiento de la turbina en la unidad es del tipo de acción es decir, la tobera esta fija,

expande ligeramente el vapor y en consecuencia el chorro de vapor se dirige en contra de una

paleta móvil. La fuerza del chorro actúa sobre la paleta y la impulsa, produciendo el movimiento

de la rueda. Este principio se conoce como acción o impulso.

9.5.2 Principales elementos de la turbina son los siguientes.

El rotor: Parte móvil de la turbina que lleva montadas las ruedas con paletas o toberas móviles (las

paletas y toberas móviles se conocen como álabes).

Toberas: Transforman la presión del vapor en velocidad.

Carcasa: Cubierta o envolvente de la turbina en donde van montadas las toberas fijas.


32

Figura 9.5.3 componentes principales de turbina.

En si el funcionamiento de la turbina es sencillo de entender, el vapor con una presión de 165

bares y 540 °C entra en las válvulas de control y pasa a las tuberías donde es inyectado a la primer

rueda de la turbina de alta presión, luego pasa a la segunda rueda y luego a la tercera y así

consecutivamente, la turbina de alta presión cuenta con 6 ruedas de alabes cuando el vapor

finaliza ese recorrido tiene dos rutas, una que va al recalentador y otra que es la primer extracción

de vapor del ciclo, y es la extracción 7 que alimenta al calentador de alta presión número 7. (Véase

diagrama de simulación G3 PÁG: 49).El vapor que se destina al recalentador se le denomina vapor

recalentado frio que está a una presión de 40 bares y 340°C.

El flujo de recalentado frio gana temperatura en el recalentador, para posteriormente alimentar a

las toberas de la turbina de presión intermedia. Con condiciones de presión y temperatura de 40

bares y 540°C respectivamente. Y al igual que la de alta presión pasar el vapor de rueda en rueda,

la turbina de presión intermedia también cuenta con 6 ruedas.


33

Figura 9.5.4 Paso del vapor de turbina de alta presión a turbina de presión intermedia.

La turbina de presión intermedia provee de dos extracciones que son la extracción 6 y la

extracción número 5, que cumplen con las siguientes funciones.

La extracción 6 alimenta el calentador de alta presión número 6 y el generador vapor/vapor que

sirve para generar vapor para precalentamiento de combustible. (Véase PÁG: 49 H3).

La extracción 5 alimenta flujo de vapor al Desgasificador que es un intercambiador de calor que se

encarga de eliminar los gases incondensables y también alimenta el calentador aire/vapor. (Véase

diagrama de simulación H3)

Finalmente el vapor restante de las dos extracciones pasa a la turbina de baja presión por medio

de un ducto de intercomunicación llamado Cross over para seguir siendo aprovechado haciendo

girar dicha turbina.

En la turbina de baja presión se tiene una variante, la turbina tiene flujo en dos sentidos en vez de

uno solo como en la de alta e intermedia y la alimentación del vapor es por el centro en vez de por

un extremo.

En esta parte del ciclo de generación de energía eléctrica el vapor es aprovechado una vez más

para hacer girar la turbina, cuatro extracciones más y finalmente condensar el vapor.


34

Figura - 9.5.5 flujo bidireccional en turbina de baja presión.

Las extracciones de la turbina de baja presión cumplen con los siguientes destinos.

Extracción numero 4: va a la entrada de vapor del calentador de baja presión número 4 y a la

evaporadora. (Véase diagrama de simulación J4)

Extracción numero 3: alimenta el calentador de baja presión número 3. (Véase diagrama de

simulación J4)

Extracción numero 2: se dirige al calentador de baja presión número 2. (Véase diagrama de

simulación J4)

Extracción numero 1: entra al calentador de baja presión número 1 que se encuentra directa

mente debajo de la turbina de baja presión. (Véase diagrama de simulación J4)

Finalmente el vapor restante pasa a través de un condensador que es enfriado con agua de mar,

el condensado alcanza una temperatura de 50°C, la perdida de volumen del vapor ocasiona un

vacío en el condensador de alrededor de los 70 mmHg esto depende de la temperatura del agua

de mar.


35

9.6 Sistema de condensado.

El agua resultante de la condensación del vapor de escape de la turbina se reincorpora al

generador de vapor por medio de dos sistemas que son el sistema de condensado y el sistema de

agua de alimentación.

En esta sección se describirá la operación del sistema de condensado la función del sistema de

condensado es extraer el agua del pozo caliente y hacer que esta gane temperatura gradualmente

a través de los calentadores de baja presión hasta llegar al desgasificador, esto hace que el agua

llegue menos fría al generador de vapor y aumenta la eficiencia del ciclo de generación.

9.6.1 Elementos del sistema de condensado:

El pozo caliente: es la parte inferior del condensador es donde se contiene el condensado del

escape de la turbina.

Bombas de condensado: son bombas de 1500 caballos de fuerza y cuentan con un impulsor de 8

pasos, estas bombas se encargan de extraer el agua del pozo caliente e impulsarla a través de los

calentadores hasta hacerla llegar al desgasificador.

Calentadores de baja presión: son intercambiadores de calor de tubos en u, que se encargan de

que el agua del ciclo vaya ganando temperatura con el calor del vapor de las extracciones de baja

presión. En estos calentadores el agua circula por los tubos y el vapor circula por la carcasa, la

estructura de dichos calentadores son de tubos en u como se muestra en la figura 9.6.1


36

Figura 9.6.1 calentador de baja presión. (Véase diagrama de simulación A2)

Los calentadores en las centrales son variables en número para el caso de la central manzanillo

dos se cuenta con un conjunto de 4 calentadores de baja presión para cada unidad acomodados

en serie.

El desgasificador.

El desgasificador es un equipo en el cual además de calentarse el agua, tiene un proceso en el cual

se le eliminan gases incondensables y exceso de oxigeno que es perjudicial para las tuberías de la

unidad, el desgasificador es un intercambiador de mezcla, donde el agua del calentador numero 4

gana calor de la extracción número 5 y el dren del calentador de alta presión número 6. Y a la vez

en este proceso se elimina amoniaco, oxígeno y otros gases incondensables que pueden ser

perjudiciales.


37

Figura 9.6.2 desgasificador.

Como se puede observar en la figura el agua entra por la parte superior del desgasificador a una

charola donde se distribuye el agua para que caiga en forma de gotas, el vapor entra por la parte

inferior del desgasificador de forma que el vapor calienta al agua en contra flujo y arrastra los

incondensables hacia el venteo que se encuentra en la parte superior, mientras que el agua ahora

caliente y desgasificada (deareada) cae al tanque de la parte inferior.

La desgasificación del agua es importante para la preservación de los elementos del generador de

vapor, como se mencionó antes se produce amoniaco, oxígeno y otros gases, que pueden llegar a

causar corrosión esa es la razón importante del desgasificado.

Al ser el desgasificador otro calentador se le asigna el número 5 consecutivamente de los otros

calentadores. (Véase diagrama de simulación F2)


38

El sistema de condensado comprende los siguientes elementos que se muestran en el diagrama.

Figura 9.6.3 Elementos principales del sistema de condensado.


39

X. Procedimientos para desarrollar el simulador.

10.1 Balances de energía.

Una vez que se sabe de manera general como está estructurado el ciclo de generación de vapor

para producir electricidad, entonces podemos hablar de la transferencia de calor a través de

dichos equipos.

En las centrales termoeléctricas el condensador es un elemento importante ya que nos permite

reutilizar el vapor saliente de la turbina para volver a producir vapor. El condensador e

intercambiadores de calor son equipos donde la transferencia de energía se lleva a cabo por

convección a través de las paredes que los separan, esta transferencia se lleva a cabo por el

gradiente de temperaturas entre los fluidos que se manejan.

“el calor fluye de donde hay una temperatura más alta a donde existe una más baja”

La transferencia del calor está dada por una ecuación de Fourier que dice así:

𝑄 = 𝑚 ∗ 𝐶𝑝 ∗ ∆𝑇 (Ecuación 1)

𝑄 Es el calor que fluye entre los fluidos de interés.

𝑚 Es la cantidad de fluido que está transfiriendo calor.

𝐶𝑝 Es la capacidad calorífica correspondiente de la sustancia.

∆𝑇 Es la diferencia existente entre las temperaturas de las sustancias de interés.

Es decir básicamente la transferencia de calor depende de la capacidad que tenga de transferir el

calor la sustancia, la cantidad de sustancia, y que tan distantes sean las temperaturas entre

sustancias.


40

Para el cálculo de la transferencia de calor afortunadamente el Cp es sencillo ya que La corriente

esta constituida por agua en su fase líquida o vapor durante todo el proceso, eso simplificó el

cálculo para las entalpias.

La entalpia es una unidad que nos permite saber cuánta energía es absorbida o cedida por un

sistema termodinámico, es decir, la energía que puede transferir.

Y es la variable clave que se utilizó para la medición del balance de energía. Esto se realizó

mediante los datos existentes en señales al tablero de temperaturas y un software llamado PEPSE

el cual es capaz de calcular entalpias introduciendo datos como la presión y temperatura de

fluidos.


41

Los cálculos se realizaron en todos los equipos del ciclo Rankine regenerativo que tienen contacto

directo con el agua y vapor, los equipos están organizados de la siguiente forma.

Equipos que forman el ciclo termodinámico:

Calentador de baja presión # 1 (C.B.P. #1 - A2)

Calentador de baje presión # 2 (C.B.P. #2 – B2)

Calentador de baja presión # 3 (C.B.P. #3 – C2)

Calentador de baja presión # 4 (C.B.P. #4 – D2)

Desgasificador (F2)

Calentador de alta presión # 6 (C.A.P. #6 – D5)

Calentador de alta presión # 7 (C.A.P. #7 – C5)

Economizador (B5)

Paredes del hogar y domo (B8)

Sobrecalentador primario (D8)

Sobrecalentador secundario (F8)

Sobrecalentador terciario (H8)

Turbina de alta presión (G2)

Recalentador (I7)

Turbina de presión intermedia (H2)

Turbina de baja presión (J2)

Condensador (K7)

Esta es la secuencia de operación de la unidad termoeléctrica, es el orden que se respetara para la

simulación, pero antes de la simulación fue necesario realizar balances de materia y energía a

diferentes cargas de generación para obtener la información de comportamiento en los equipos.

A continuación se muestra un diagrama (Figura 10.1.1) de los equipos anteriores, donde se

observa la secuencia y los flujos que participan en el intercambio de materia y energía.


42

Los equipos se esquematizan así:

Figura – 10.1.1 Flujo de simulación.


43

Una vez comprendida la secuencia de los equipos se procede a realizar los balances de materia y

energía de acuerdo a las características de cada uno de los equipos, utilizando ecuaciones que

describan el comportamiento de cada uno para poder modelarlos matemáticamente.

Después de tener el modelado matemático de los equipos se agregó la información de los cálculos

que se tenía disponible ya que las variables que no se tenían medidas tuvieron que ser calculadas

ese fue la mayor importancia de los balances, completar todos los valores de cada variable para

después ir uniendo los equipos respetando su secuencia y considerando cuales son las entradas y

salidas del equipo. El cálculo de entalpía fue obtenido mediante el software PEPSE (Anexo 1)… y el

dato obtenido fue de 129.9

En un sistema como el calentador de baja presión #1 para fines de simplificación del sistema se

aplica la ecuación siguiente.

Donde se establece:

𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 ∗ ∆𝐻𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝑚𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 ∗ ∆𝐻𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 Ecuación (2)

𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 = flujo másico de agua

∆𝐻𝑎𝑔𝑢𝑎= cambio en la entalpia del agua.

𝑚𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟= flujo másico del vapor.

∆𝐻𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟= cambio en la entalpia del vapor

Esta ecuación establece que el calor transferido o cedido a un flujo de agua, es igual al calor cedido

o absorbido a un flujo de vapor, es preciso recalcar que esto es considerando una eficiencia del

100% ya que las pérdidas de calor por fugas y otros factores se consideraron despreciables según

criterios para la CFE.

A continuación se explicara cómo es que se realizó el proceso de cálculo del calentador #1.


44

Se obtuvieron como datos iniciales:

El calentador es un equipo de tubos en U que calienta agua del pozo caliente, llevada por las

bombas de condensado al calentador para posteriormente pasar al calentador #2, esto se hace

por medio de una extracción que es la numero 1 de la turbina de baja presión. El agua va por los

tubos y el vapor por el exterior.

Los datos disponibles observados fueron los siguientes:

Tabla 10.1.1 datos de entrada para balance de masa en C.B.P. #1

Tabla 10.1.2 datos de salida para balance de masa en C.B.P. #1

Salidas A calentador #2 Dren #1

Presión 27 0.09

Temperatura 72.1 46.9

Entalpia Desconocido Desconocido

Flujo másico 820000 Kg/hr Desconocido

Para el cálculo de entalpias Se introducen los datos en el programa con el modo presión y

temperatura Entalpia del agua de entrada = 219.9 Con el mismo procedimiento se calculan las

demás entalpias hasta completar todas las involucradas en el equipo a la entrada y la salida.

Los datos obtenidos de las entalpias fueron los siguientes:

Tablas 10.1.3 Entradas y salidas con la entalpia calculada del C.B.P#1.

Entradas Bomba de condensados Extracción #1

Presión 27 bar 0.17 bar

Temperatura 52°C 75.8°C

Entalpia Desconocido Desconocido


Entradas Bomba de condensados Extracción #1

Presión 27 bar 0.17 bar

Temperatura 52°C 75.8°C

Entalpia 219.9 2640.44


Salidas A calentador #2 Dren #1

Presión 27 0.09

Temperatura 72.1 46.9

Entalpia 303.9 2587.7



45

Ahora para tener el sistema completo se aplica la Ecuación 2

(𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 ∗ ∆𝐻𝑎𝑔𝑢𝑎)/(∆𝐻𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟) = 𝑚𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 Ecuación 2

820000𝐾𝑔ℎ𝑟

∗ ( 301.6𝐾𝐽𝑘𝑔

− 217.7 𝐾𝐽𝑘𝑔

)

2640.44𝐾𝐽𝑘𝑔

− 196.29𝐾𝐽𝑘𝑔

= 28148.026𝐾𝑔/ℎ𝑟

Y ahora tenemos el equipo y sus variables conocidas en resumen lo podemos ver en la figura

10.1.2

Figura 10.1.2 Resumen de variables calculadas del calentador de baja presión #1.

Del mismo modo se calcularon los demás equipos de transferencia de calor considerando a los que

tienen un flujo más que aporta calor en la ecuación número 2, como un sumando en el lado vapor

Y quedando la ecuación N° 2 de la siguiente manera:

[(𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 ∗ ∆𝐻𝑎𝑔𝑢𝑎) − (𝑚𝑑𝑟𝑒𝑛 ∗ ∆𝐻𝑑𝑟𝑒𝑛)]/(∆𝐻𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟) = 𝑚𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 Ecuación 3


46

Y resolviendo obtenemos los valores desconocidos.

Figura 10.1.3 Resumen de variables del calentador de baja presión #2.

Y los cálculos se realizaron de esa manera. Hasta obtener los equipos completos para completar el

ciclo termodinámico Rankine regenerativo.


41 42 DREN #2

PRESION PRESION 0.8

TEMPERATURA TEMPERATURA 75.5

ENTALPIA ENTALPIA 316.03

FLUJO MASICO FLUJO MASICO 93397.92711

3 4 A C.B.P. #3

PRESION PRESION 24.5

TEMPERATURA TEMPERATURA 88.6

ENTALPIA ENTALPIA 371.01

FLUJO MASICO FLUJO MASICO 820000

40

PRESION

TEMPERATURA

ENTALPIA

FLUJO MASICO

ENTRADAS SALIDAS

VAPOR DE EXTRACCIO #2

0.8

111

2700.5

21657.26952

DE C.B.P. #1

27

72.1

301.6

820000

DREN #3

0.79

93

389.56

71740.6576

41

3

42

4

C.B.P. #2

40


47


El desgasificador.

el comportamiento termodinamico del desgasificador es el de un calentador de mezcla en este

equipo los fluidos entran en contacto de tal manera que los flujos masicos y entalpias buscan un

equilibrio, la cantidad de descarga depende de la succion de bombas de agua de alimentacion por

lo que es un valor observado en pantalla y no calculado.

La ecuación que describe el comportamiento del desgasificador es la siguiente.

[(𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑎 𝐶.𝐴.𝑃.#6∗ 𝐻𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑎 𝐶.𝐴.𝑃.#6)−(𝑚𝑑𝑟𝑒𝑛 #6∗ 𝐻𝑑𝑟𝑒𝑛 #6)−(𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑎 𝐶.𝐴.𝑃.#4∗ 𝐻𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑎 𝐶.𝐴.𝑃.#4)]

𝐻𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 #5= 𝑚𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 #5

(Ecuación 4)

La entalpia de la extraccion 5 se calculo con los parametros de T y P por medio de PEPSE.

Y al resolver la ecuacion obtenemos el sistema completo como se muestra a continuacion.

[(1122209𝑘𝑔

ℎ𝑟∗ 755.5

𝑘𝑗

ℎ𝑟) − (148190.6655

𝑘𝑔

ℎ𝑟∗ 796.6

𝑘𝑗

ℎ𝑟)

− (875387𝑘𝑔

ℎ𝑟∗ 625.7

𝑘𝑗

ℎ𝑟)]/3142.8

𝑘𝑗

ℎ𝑟= 57926.23439

𝑘𝑔

ℎ𝑟


48

Figura 10.1.6 Resumen de variables del desgasificador.


49

Calentadores de alta presión.

Estos equipos tienen un comportamiento de la transferencia de calor igual a los de baja la

única diferencia es las de diseño estructural por el esfuerzo al que son sometidos debido a

las altas presiones de los fluidos.

El cálculo para el calentador 6 y 7 respectivamente se llevó a cabo de la siguiente manera.

Cálculo del calentador de alta presión N° 6.

Figura 10.1.7 Flujos de entrada-salida del calentador de alta presión N° 6. (Véase en

diagrama de simulación D5 pág. )

El calentador de alta presión 6 tiene 3 entradas y dos salidas las cuales están

representadas con números y estos números representan los fluidos de la siguiente

forma:


50

Entradas.

28 = dren de condensado del calentador N° 7

32 = vapor de extracción N° 6

11 = agua proveniente del desgasificador y bombas de agua de alimentación.

Salidas.

35 = dren del calentador número 6.

12 = salida de agua al calentador número 7.

Una vez organizada nuestra información y obteniendo por medio de PEPSE los valores de

entalpias, se aplica la ecuación 2 sustituyendo los valores correspondientes de la siguiente

forma.

Ecuación 2 aplicada al equipo:

[(𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 ∗ ∆𝐻𝑎𝑔𝑢𝑎) − (𝑚𝑑𝑟𝑒𝑛 𝑁°7 ∗ ∆𝐻𝑑𝑟𝑒𝑛 𝑁°7)]/(∆𝐻𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑡 6) = 𝑚𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑡 6

[1009000𝐾𝑔ℎ𝑟 ∗ ( 899.67

𝐾𝐽𝑘𝑔 − 750.78

𝐾𝐽𝑘𝑔 ) − 84838.83

𝐾𝑔ℎ𝑟 ∗ (939.53

𝐾𝐽𝑘𝑔 − 772.08

𝐾𝐽𝑘𝑔 )]

3359.93𝐾𝐽𝑘𝑔

− 772.08𝐾𝐽𝑘𝑔

= 52562.45441𝐾𝑔/ℎ𝑟

Y se obtiene el flujo de vapor de la extracción número 6.


51

Figura 10.1.8 Resumen de variables del calentador N° 6.

Cálculo del calentador de alta presión N° 7.

El calentador número 7 no cuenta con suministro de dren en cascada como el calentador

6 y algunos de baja presión lo que vuelve el cálculo muy similar al calentador de baja

presión número 1, y se realizó así.

Se aplico la ecuacion 1

(𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 ∗ ∆𝐻𝑎𝑔𝑢𝑎)/(∆𝐻𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟) = 𝑚𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 Ecuación 1

Sustitución.

1009000𝐾𝑔ℎ𝑟 ∗ ( 1077.19

𝐾𝐽𝑘𝑔 − 899.67

𝐾𝐽𝑘𝑔 )

3050.8𝐾𝐽𝑘𝑔 − 939.53

𝐾𝐽𝑘𝑔

= 84838.83𝐾𝑔/ℎ𝑟

Y asi se obtienen los valores de todos los calentadores de alta y baja presión.


52

Figura 10.1.9 Resumen de variables del calentador número 7.

El siguiente paso para el cálculo de todo el régimen termodinámico es el de los elementos del

generador de vapor que son el economizador, paredes del hogar, sobrecalentadores y

recalentador.

Todos estos elementos están explicados detalladamente en las partes anteriores a la sección 6

Estos elementos no requieren de un balance complejo, ya que hacen ganar temperatura al agua

por medio de convección o radiación de la combustión del combustóleo por lo que en la mayoría

observaremos ganancia de entalpia por tiempo lo cual nos dará el concepto de energía ganada en

todos los pasos y al final obtener la eficiencia del generador de vapor, es decir del calor

suministrado por el combustóleo cuanto es el porcentaje transferido al agua para generar vapor.


53

Economizador.

Figura 10.1.10 muestra la ganancia que hay en el economizador, cabe mencionar que el calor

transferido se calcula multiplicando a ∆H por el flujo de agua.

Debido a que el economizador es calentado por gases de combustion de recirculacion al hogar no

existe una medida de la cantidad de gases con los que se calienta, simplemente la ganancia de

temperatura y con ello podemos saber la entalpia.

Paredes del hogar y domo de vapor.

Figura 10.1.11 Resumen de variables de las paredes y el domo.

De igual manera que en el economizador tenemos una transferencia de calor por medio de los

gases de combustion en la parte del domo y en las paredes tenemos transferencia de calor por

medio de el calor radiante de la flama de los quemadores tangeciales.


54

Sobrecalentadores y recalentador.

Como se ha explicado en la descripcion del ciclo de generacion los sobre calentadores son la parte

final del ciclo de generacion de vapor, el vapor generado a ganado la energia maxima que puede

dar el generador para mandar ese vapor a la turbina y despues pasa al recalentador las ganancias

de energia se muestran a continuacion.

Figura 10.1.12 Resumen de variables del sobrecalentador primario.

Figura 10.1.13 Resumen de variables del sobrecalentador secundario.

Figura 10.1.14 Resumen de variables del sobrecalentador terciario.


55

Figura 10.1.15 Resumen de variables del recalentador.

Eficiencia del generador de vapor.

Tabla 10.1.5 Balance de rendimiento total del generador de vapor.

El total de kilowatts transferidos es la suma de la ganacia de energia obtenida por medio de los

elementos del generador de vapor es decir: economizador, paredes y domo, sobrecalentadores y

recalentador. Esa ganancia es la que adquiere el vapor pero la energia suministrada por medio del

combustible se obtiene multiplicando el flujo por su poder calorifico, y despues obtenemos el

porcentaje de lo suministrado a lo que es aprovechado por el vapor, y obtenemos el rendimiento.

El calor que no es aprovechado sale a la atmosfera.


56

Turbina.

Una vez que el vapor a ganado toda la energia posible que provee el generador, ahora sigue el

paso de la generacion de la energia electrica que es la turbina en esta seccion se muestra como

este vapor generado pasa por la turbina sediendo la energia que posee y se observa al final la

eficiencia en ella.

Figura 10.1.16 Resumen de variables de la turbina de alta presión.

Figura 10.1.17 Resumen de variables de la turbina de presión intermedia.


57

Figura 10.1.18 Resumen de variables de la turbina de baja presión.

Tabla 10.1.6 Eficiencia de la turbina.

Todos los balances anteriores están basados a una carga nominal de 300000 Kilowatts pero la

unidad nos da una aportación de 290941.67 Kilowatts obteniendo la eficiencia anteriormente

mostrada.

Tabla 10.1.7 Eficiencia de la unidad termoeléctrica.

et al, 1976

Este valor es congruente y optimo según la bibliografía (Savern W.H. , Degler H. E. , Miles

J.C. , (1976) Energía mediante vapor, aire o gas, edit. REVERTÉ S.A. México D.F.).


58

XI. Resultados.

11.1 Curvas de comportamiento

Con la información obtenida de distintos balances de energía totales a diferentes cargas de

generación de la unidad, se pudo generar información que describe el comportamiento de la

unidad a diferentes cargas.

Esto se logró por medio de análisis de datos, generando curvas de comportamiento de los

distintos flujos considerados en el balance termodinámico, es decir una serie de balances

termodinámicos a diferentes cargas, dieron lugar a todas las curvas de comportamiento.

Para hacer el simulador lo más preciso posible también se utilizó información del monitoreo

constante del SICODI que es el sistema de control de toda la central termoeléctrica, esto con el fin

de comparar datos y hacer las curvas lo más apegado a lo real y de tener más datos para graficar.

Con esta información y los balances de energía fue que se logró obtener las curvas de

comportamiento ya que se tienen los datos de carga y las variables, con esto es posible graficar

para ver el comportamiento y posteriormente obtener una ecuación.

A continuación se explicara la metodología para hacer la gráfica de manera detallada.


59

11.2 Curva de presión.

Para una sola curva de comportamiento necesitamos observar la variable de interés para este

ejemplo usaremos la presión de la bomba de condensados, se tomaron los valores de la presión

contra carga de generación.

Después se realiza una tabla con los valores de presión correspondientes a la carga y se hace la

gráfica.

Figura 11.2.1. Gráfica de comportamiento de bomba de condensados (carga de generación

contra presión del flujo en la bomba de condensados).

De esa manera se obtienen todas las curvas de comportamiento de interés con su ecuación, esto

nos ayuda a poder predecir el comportamiento de las variables a respectivos valores de carga

dentro de los intervalos de operación.

De tal manera que se puede calcular con la ecuación la presión a cualquier valor.

Figura 11.2.2 curva de comportamiento con la ecuacion capturada en la celda del simulador para

obtener la presion a valores deseados.


60

Si se presta atención a la imagen anterior nos podemos dar cuenta que la carga objetivo no esta

en la tabla de la gráfica y el resutado de la presión esta en un valor intermedio de los datos de la

tabla esto quiere decir que la ecuación es aceptable para predecir el comportamiento.

11.3 Curva de temperatura

Al igual que las presiones, las temperaturas tambien se organizaron en curvas de comportamiento

para originar ecuaciones a partir de los datos obtenidos de los balances a diferentes cargas de

generación para observar el efecto del cambio en la temperatura con respecto a la carga es

importante tomar como ejemplo un equipo de transferencia de calor como lo es un calentador.

Los datos obtenidos del calentador de baja presion #1 (Temperatura contra Carga de Generacion)

son:

Figura 11.3.1 Flujo entre calentadores de baja presión

El calentador de baja presión #1 (Fig-11.3.1) calienta agua proveniente de la bomba de

condensados (linea 1) y la manda al calentador de baja presion #2 (linea 2) para explicar el

comportamiento en la temperatura ganada de acuerdo a la carga, se deben analizar dos curvas de

temperatura linea 1 y linea 2.


61

Figura 11.3.2 curva de temperatura en la entrada del calentador de baja presion #1.

Figura 11.3.3 curva de temperatura a la salida del calentador de baja presión #1.

Al observar las curvas de comportamiento de temperatura los resultados arrojan que el

comportamiento de la temperatura de entrada y salida son totalmente distintos cuando la

generacion de electricidad varía, son curvas distintas a pesar de formar parte del mismo equipo.

Los comportamientos distintos se deben a que los calentadores son alimentados de las

extracciones de vapor en la turbina y a menor carga de generacion menor es la cantidad de vapor

de las extracciones y el calentamiento es menor no se alcanzan temperaturas iguales a las de carga

maxima de generacion, estos comportamiento dificilmente son lineales esto se debe a que

durante el ciclo termodinamico tambien intervienen fenomenos mecanicos, quimicos, y

microbiologicos.

en el simulador esta informacion se ve plasmada en resultados de cada equipo que forma parte

del diagrama de simulacion.


62

Figura 11.3.4 (vista del simulador con la informacion de entradas y salidas del calentador de baja

presión #1).

Bajo estos mismos criterios y metodologia, se desarrollaron todas las curvas de comportamiento

hasta dar con la tabla que nos da todos los valores simulados a la carga obejtivo.


63

Figura 11.3.5 Hoja de variables del régimen termodinamico simuladas, resultado de las

ecuaciones de curvas de presion, temperatura, entalpia y flujo.

EQUIPO numero NOMBRE DE LINEA presion (BAR) temperatura (°C) entalpia (KJ/KG) flujo masico (KG/HR)

1 BOMBA DE CONDENSADOS 27.2 52.7 222.8 875387

2 A C.B.P. #2 27.2 73.2 306.38 875387

3 DE C.B.P. #1 27.2 73.2 306.38 875387

4 A C.B.P. #3 27.2 91.4 384.9 875387

5 DE C.B.P. #2 27.2 91.4 384.9 875387

6 A C.B.P. #4 27.2 110.5 465.4 875387

7 DE C.B.P. #3 27.2 110.5 465.4 875387

8 A DESGASIFICADOR 27.2 148.2 625.7 875387

9 DE C.B.P. #4 27.2 148.2 625.7 875387

10 A C.A.P. #6 189.6 178.3 755.5 1122209

11 DEL DESGASIFICADOR 189.6 181.9 782.3 1102209

12 A C.A.P. #7 189.6 211 909.8 1102209

13 DE C.A.P. #6 189.6 211 909.8 1102209

14 A ECONOMIZADOR 189.6 254.1 1100.1 1102209

15 DE C.A.P. #7 189.6 254.1 1100.1 1102209

16 A DOMO DE VAPOR 189.6 320 1461.65 1102209

17 DE ECONOMIZADOR 189.6 320 1461.65 1102209

18 A SOBRECALENTADOR 1 186.8 375 2612.62 1102209

19 DE DOMO DE VAPOR 186.8 375 2612.62 1102209

20 A SOBRECALENTADOR 2 181 390 2829.59 1102209

21 DE SOBRECALENTADOR 1 181 390 2829.59 1102209

22 A SOBRECALENTADOR 3 181 455 3120.05 1102209

23 DE SOBRECALENTADOR 2 181 490 3236.97 1102209

24 A TURBINA DE ALTA PRESION 165.8 541 3406.64 1102209

25 DE SOBRECALENTADOR 3 165.8 538 3398.3 1099568

26 A RECALENTADOR 43.91 340.16 3060.4 1001181.409

27 EXTRACCION #7 43.91 340.16 3060.4 98386.59069

C.A.P. #6 28 DREN #7 42.6 216.6 928.5 98386.59069

29 DE TURBINA DE ALTA PRESION 43.91 332.99 3041.37 1001181.409

30 A TURBINA DE PRESION INTERMEDIA 43.91 538 3531.8 1001181.409

31 DE RECALENTADOR 39.52 538 3531.8 1001181.409

32 EXTRACCION #6 20.09 450 3357.7249 49804.07484

33 A TURBINA DE BAJA PRESION 9.93 342.5 3142.8 893451.1001

34 EXTRACCION #5 9.93 342.5 3142.8 57926.23439

DESGASIFICADOR 35 DREN #6 19.47 187.5 796.6 148190.6655

36 DE TURBINA DE PRESION INTERMEDIA 9.93 342.5 3142.8 893451.1001

37 EXTRACCION #4 5.04 320 3105.9953 53585.66768

C.B.P. #4 38 DREN #4 4.88 116.1 487.3 53585.66768

TURBINA DE BAJA PRESION 39 EXTRACCION #3 1.65 190 2852.1414 27037.0002

C.B.P. #2 40 DREN #3 1.6 97 406.3 80622.66788

TURBINA DE BAJA PRESION 41 EXTRACCION #2 0.84 118 2714.1738 26227.30469

CONDENSADOR 42 DREN #2 0.82 78.7 329.5 106849.9726

43 EXTRACCION #1 0.413 84.5 2653.4854 29882.89201

44 A CONDENSADOR 0.05 33.8 2526.2 756718.2355

CONDENSADOR 45 ESCAPE DE TURBINA DE BAJA PRESION 0.05 33.8 2526.2 756718.2355

CONDENSADOR 46 DREN #1 0.401 49 205.0997 29882.89201

POZO CALIENTE 47 CONDENSADO 27.58 52.7 222.8 893451.1001

350 MW

C.B.P. #1

C.B.P. #2

C.B.P. #3

DOMO

SOBRECALENTADOR 2

SOBRECALENTADOR 3

TURBINA DE ALTA PRESION

RECALENTADOR

SOBRECALENTADOR 1

C.B.P. #4

DESGASIFICADOR

C.A.P.#6

C.A.P. #7

ECONOMIZADOR

TURBINA DE PRESION INTERMEDIA

TURBINA DE BAJA PRESION

TURBINA DE BAJA PRESION


64

Una vez obtenido el simulador prototipo, se realizaron corridas a diferentes cargas de operación

en tiempo real, esto para comparar los valores arrojados por el simulador con los valores

reportados en pantalla de los instrumentos puestos en la unidad generadora de electricidad.

Los resultados del simulador tuvieron una desviacion ligera de (+/-) 1.8 bar en las mediciones de

presion en el 30% de los flujos considerados, en las unidades de temperatura se tiene un (+/-) 2 ᵒC

de desviacion y en los flujos la desviacion es practicamente despreciable de (+/-) 0.3.

El simulador dio como resultado un mejoramiento en la operación de las unidades generadoras,

que es uno de los intereses mas importantes que se buscaban con su creacion, ya que se volvio

una herramienta de uso cotidiano en el departamento de operación para estudiar la concordancia

de los comportamientos ideales con los comportamientos reales.

Los ingenieros de nuevo ingreso se familiarizaron mas rapido con las unidades debido al manejo

de este simulador y la capacitacion que reciben con respecto a los conocimientos que deben

dominar para desempeñar sus labores.

Otro de los beneficios que otorga el simulador es la deteccion de valores anormales en los equipos

claves del regimen termodinamico, previniendo accidentes y respaldar mantenimientos no

previstos, es decir la comparacion de valores de temperatura optimos con los valores mostrados

en pantalla, pueden salirse de la tolerancia y entonces el ingeniero se puede dar cuenta de que

algo esta sucediendo en ese equipo, donde la temperatura esta mas alta o mas baja de lo optimo y

de esta manera atender esa situacion de una manera anticipada antes de que suene una alarma,

desencadene mas daños o suceda un accidente.

Debido al manejo constante del simulador, algunos ingenieros se familiarizaron tanto con los

valores, que pronto dejaron de usar el simulador y ahora todos los valores los tienen

memorizados. Dando como resultado una optimización de sus funciones, esto se vio reflejado en

mejores decisiones tomadas durante la operación.

Finalmente el monitoreo constante del regimen termodinamico, arroja resultados sobre el estado

en general de la unidad generadora y el aporvechamiento del calor del combustible, en la CFE el

gasto en pesos mexicanos por megawatt generado es los que posiciona a las centrales en mejor

operación y rendimiento, de esta manera las centrales con mayor rendimiento son las de los


65

primeros lugares y las mas confiables, para la produccion de energia electrica en el país de tal

manera que el simulador al mejorar la operación, ayuda a que la central tenga una mejor posicion

en las centrales de todo el pais debido a que capacita con mas eficiencia a los ingenieros y la

correcta operación da como resultado menos gasto economico, menos accidentes, y menos daño

al medio ambiente.


66

11. Conclusiones.

El simulador desarrollado durante este proyecto, cumplío con los objetivos que se

buscaban, ya que se obtiene información de como ha disminuido la eficiencia de la unidad

con los años de uso, y como ha influido el estado actual de desgaste en la transferencia de

calor.

La información que muestra acerca de como se comporta la eficiencia con respecto a la

carga de generacion, ha sido información clave para que se evite la operación de la unidad

a bajas cargas, cuando se mantiene por largo tiempo en funcionamiento a largas cargas se

disminuye la eficiencia en la turbina, generador de vapor y el aprovechamiento del

combustible, las condiciones que se presentan a bajas cargas, son desde el punto de vista

de riesgo, economía y eficiencia. Bajos y no convenientes, con esto se logro justificar la

decisión ante la agencia de control de occidente (A.C.O.) de no bajar la carga de

generación de 250 MW de generacion nominal, ya que el simulador muestra que los

valores menores a 236 MW no cumplen con los criterios de eficiencia para el optimo

aprovechamiento de la energia calorífica suministrada por el combustóleo, ya que el

combustóleo al aprovecharse menos resulta en calor que no es aprovechado y se escapa

por la chimenea, esto practicamente es dinero que no se aprovecha y vuelve menos

rentable el proceso.

Otro de los beneficios del simulador, es que permite observar los valores normales de las

entradas y salidas de cada uno de los equipos que componen el ciclo termodinámico de la

unidad, de esta manera se puede hacer un sondeo constante de como se están

comportando los equipos y se puede tener un mejor control de las necesidades de

mantenimiento, de esta manera se aumento la seguridad en la operación, porque se tiene

un mayor control de los sobrecalentamientos en los equipos y se mantiene la

productividad ya que se evita poner la unidad fuera de servicio por fallas, dándole una

mejor vida util a todos los equipos para un optimo funcionamiento que garantiza un mejor

servicio para la generacion de energía eléctrica.


67

12. Bibliografia y referencias.

1. Comisión Federal de Electricidad, Gerencia de Generacion y Ttransmision, (1985) manual

de conocimientos para el personal de operación, México, D.F.

2. Comisión Federal de Electricidad , Gerencia de Regulacion y Produccion Occidente (1986)

Prontuario de datos tecnicos C.T. Manzanillo II, Manzanillo, Col.

3. Saverne W.H. , Degler H. E. , Miles J.C. , (1976) Energía mediante vapor, aire o gas, edit.

REVERTÉ S.A. México D.F.

4. Mitsubishi heavy industries LTD, (1978)Instructivo del generador de vapor, todas las

secciones.

5. Dirección de operación de la Comisión Federal de Electricidad, (2008), Análisis del

desempeño de los equipos principales y auxiliares de la unidad de generación

termoeléctrica.

6. Wilson, B. Pacheco, J. (2003) Causas de fallas en calderas, edicion especial ESPOL. Revista

tecnologica.

7. Fernandez, D, P. , (2005) Introduccion a centrales, redsauce.net


68

13. Índice de figuras y tablas.

Pág

Figura 9.1.1 Diagrama de flujo de generación de una Central Hidroeléctrica……………………….. 12

Figura 9.1.2 Diagrama de transformación de energías en Geotérmicas……………………………….. 13

Figura 9.1.3 Diagrama de transformación de energías en central Turbo Gas……………………….. 13

Figura 9.1.4 Diagrama de transformación de energías en centrales Eólicas…………………………. 13

Figura 9.1.5 Diagrama de flujo de proceso de la central termoeléctrica………………………………. 16

Tabla 9.1.1 Elementos de los equipos principales de la central termoeléctrica………………….. 17

Figura 9.2.1 Plano del generador de vapor vista 1………………………………………………………………. 18

Figura 9.3.1 Composición de Combustible…………………………………………………………………………. 19

Figura 9.3.2 Diagrama de combustión en el generador de vapor……………………………………….. 19

Figura 9.3.3 Trayectoria aire-gases dentro del generador de vapor……………………………………. 21

Figura 9.4.1 Generación de burbujas por absorción de calor……………………………………………… 22

Figura 9.4.2 Sobrecalentador radiante………………………………………………………………………………… 23

Figura 9.4.3 Sobrecalentador conectivo……………………………………………………………………………… 24

Figura 9.4.4 Comportamiento de la temperatura contra la carga de generación en distintos

tipos de sobrecalentadores.

25

Figura 9.4.5 Gráfica de carga de generación contra flujo de vapor a la salida del

sobrecalentador.

26

Figura 9.4.6 Ubicación de los sobrecalentadores en el generador de vapor……………………….. 27

Figura 9.4.7 Trayectoria del vapor por el recalentador-turbina………………………………………….. 28

Figura 9.4.8 Esquema de los comportamientos radiantes y convectivos del generador de

vapor de la C.T Manzanillo II

29

Figura 9.5.1 Diagrama General de las turbinas y su acomodo……………………………………………… 30

Figura 9.5.2 Tobera…………………………………………………………………………………………………………….. 31

Figura 9.5.3 Comportamiento principal de turbina……………………………………………………………… 32

Figura 9.5.4 Paso del vapor de turbina de alta presión a turbina de presión intermedia…….. 33

Figura 9.5.5 Flujo bidireccional en turbina de baja presión…………………………………………………… 34

Figura 9.6.1 Calentador de baja presión………………………………………………………………………………… 36

Figura 9.6.2 Desgasificador ………………………………………………………………………………………………….. 37


69

Figura 9.6.3 Elementos principales del sistema de condensado…………………………………………… 38

Figura 10.1.1 Flujo de simulación…………………………………………………………………………………………… 42

Tabla 10.1.1 datos de entrada para balance de masa en C.B.P. #1………………………………………… 44

Tabla 10.1.2 datos de salida para balance de masa en C.B.P. #1…………………………………………… 44

Tabla 10.1.3 Entradas y salidas con la entalpia calculada del C.B.P#1…………………………………… 44

Figura 10.1.2 Resumen de variables calculadas del calentador de baja presión #1………………… 45

Figura 10.1.3 Resumen de variables del calentador de baja presión #2…………………………………. 46



Figura 10.1.6 Resumen de variables del desgasificador…………………………………………………………. 48

Figura 10.1.7 Flujos de entrada-salida del calentador de alta presión No.6………………………….. 49

Figura 10.1.8 Resumen de variables del calentador No.6……………………………………………………… 51

Figura 10.1.9 Resumen de variables del calentador No.7……………………………………………………… 52

Fig. 10.1.10 Muestra la ganancia que hay en el economizador……………………………………………… 53

Fig. 10.1.11 Resumen de variables de las paredes y el domo. ……………………………………………… 53

Fig. 10.1.12 Resumen de variables del sobrecalentador primario. ……………………………………… 54

Fig. 10.1.13 Resumen de variables del sobrecalentador secundario. ………………………………….. 54

Fig. 10.1.14 Resumen de variables del sobrecalentador terciario………………………………………… 54

Fig. 10.1.15 Resumen de variables del recalentador……………………………………………………………. 55

Tabla 10.1.5 Balance de rendimiento total del generador de vapor. …………………………………… 55

Fig. 10.1.16 Resumen de variables de la turbina de alta presión. ……………………………………….. 56

Fig. 10.1.17 Resumen de variables de la turbina de presión intermedia. ……………………………… 56

Fig. 10.1.18 Resumen de variables de la turbina de baja presión. ……………………………………….. 57

Tabla 10.1.6 Eficiencia de la turbina. ……………………………………………………………………………………. 57

Tabla 10.1.7 Eficiencia de la unidad termoeléctrica. ……………………………………………………………… 57

Figura 11.2.1 Gráfica de comportamiento de bomba de condensados…………………………………… 59

Figura 11.2.2 Curva de comportamiento con la ecuacion capturada en la celda del simulador

para obtener la presion a valores deseados.

59

Figura 11.3.1 Flujo entre calentadores de baja presión………………………………………………………… 60

Figura 11.3.2 Curva de temperatura en la entrada del calentador de baja presion #1. …………… 61

Figura 11.3.3 Curva de temperatura a la salida del calentador de baja presión #1. ………………… 61


70

Figura 11.3.4 Vista del simulador con la informacion de entradas y salidas del calentador de

baja presión #1.

62

Figura 11.3.5 Hoja de variables del régimen termodinamico simuladas, resultado de las

ecuaciones de curvas de presion, temperatura, entalpia y flujo.

63


71

14. Anexos.

I. Tablas de valores de referencia obtenidas del manual del generador de vapor

Mitsubishi.


72


73

II. Datos de referencia para el combustible. (se usa en la C.T. manzanillo II aceite

pesado y diésel en los arranques).


74

III. Datos de comportamiento esperado cuando el generador estaba nuevo (algunas han

cambiado).


75


76


77


78

IV. Comportamiento esperado de la presión de vapor.


79

V. Comportamiento del vapor recalentado.


80

VI. Curvas de comportamiento del sobrecalentador y economizador.


81

VII. Comportamiento del recalentador.


82

VIII. Eficiencia y consumo de combustible.


83

IX. Software PEPSE para cálculo de entalpias.

Diseño de un simulador para la óptima operación de una ...

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