COLEGIO DE BACHILLERES PLANTEL 06
“VICENTE GUERRERO”
PROYECTO, QUIMICA EN LA
INDUSTRIA:
“PLANTA DE CICLO COMBINADO”
(GAS NATURAL)
PROFESORA:
LUZ MARIA HERNÀNDEZ RÀMIREZ
ALUMNAS:
ALEJANDRA DE LUCIO HINOSTROSA
ALISON ZATZAQUI HINOJOSA SANCHEZ
YESSICA KARINA VALDEZ SUAREZ
ANA MARIA NICOLAS HERNANDEZ
YESI ARABELI CEBALLOS GARCIA
GRUPO:
630
INTRODUCCION
En este trabajo se hablara del funcionamiento de
centrales termoeléctricas denominadas del ciclo combinado , que son un tipo de
central que utiliza gas natural , gasóleo
o incluso carbón preparado como combustible para alimentar una turbina
de gas todavía tienen una elevada temperatura , se utilizan para producir vapor
que mueve una segunda turbina, esta vez de vapor . cada una de estas turbinas
están acoplada a su correspondientes alternador para generar energía eléctrica
.
Normalmente durante el proceso de partida de estas
centrales solo funciona la turbina de gas, a este modo de operación se le llama
ciclo abierto. Si bien la mayoría de las centrales de este tipo pueden
intercambiar el combustible (entre gas y diesel) incluso en el funcionamiento.
Como la diferencia de temperatura que produce entre
la combustión y los gases de escape es mas alta que en el caso de una turbina
de gas o vapor, se consiguen
rendimientos muy superiores, del
orden de 55%.
Por esta razón entraremos a fondo al tema incluyendo
las características de este combustible, impactos ambientales, diagrama de
flujo, y las generalidades de la planta de ciclo combinado.
El gas natural extraído de los yacimientos, es un
producto incoloro e inodoro, no tóxico y más ligero que el aire. Procede de la
descomposición de los sedimentos de materia orgánica atrapada entre estratos
rocosos y es una mezcla de hidrocarburos ligeros en la que el metano (CH4) se
encuentra en grandes proporciones, acompañado de otros hidrocarburos y gases
cuya concentración depende de la localización del yacimiento.
La explotación a gran escala de esta fuente
energética natural cobró especial relevancia tras los importantes hallazgos
registrados en distintos lugares del mundo a partir de los años cincuenta.
Gracias a los avances tecnológicos desarrollados, sus procesos de producción,
transporte, distribución y utilización no presentan riesgos ni causan impacto
ambiental apreciable.
El Gas Natural
es la fuente de energía primaria de más rápido crecimiento en los últimos años.
* Su mayor
incremento ha sido en la generación de la electricidad
* Emite menos
dióxido de carbono que el petróleo y el carbón
* En los
países industrializados dadas las ventajas económicas y ambientales su consumo
es el que supera con creces al resto de combustibles tradicionales.
El gas natural
Es hoy en día, una energía que circula bajo el suelo
de la mayor parte de las ciudades del mundo civilizado; aporta comodidad
doméstica y provee a la industria de la energía que necesita.
.
GENERALIDADES DE LA PLANTA DE CICLO COMBINADO
Una Central Térmica de Ciclo Combinado es un
planta de producción energía eléctrica basada en dos máquinas térmicas, con dos
ciclos térmicos diferentes: turbina de gas y turbina de vapor. El calor no
utilizado por uno de los ciclos (la turbina de gas) se emplea como fuente de
calor del otro (el ciclo agua-vapor que alimenta la turbina de vapor). De esta forma los gases calientes de
escape del ciclo de turbina de gas entregan la energía necesaria para el
funcionamiento del ciclo de vapor acoplado. Esta configuración permite un muy
eficiente empleo de combustible, con rendimientos que superan el 55% (es decir,
más del 55% de la energía contenida en el combustible se convierte en energía
eléctrica).
La energía obtenida en estas instalaciones puede ser utilizada, además de la generación eléctrica, para calefacción a distancia y para la obtención de vapor de proceso.
El rendimiento de los ciclos combinados
nuevos que operan en la actualidad es del orden del 57 %. Este valor supera a
los rendimientos de los ciclos abiertos de turbinas de gas y de los de vapor
que trabajan en forma independiente.
El desarrollo práctico de los ciclos
combinados estuvo fuertemente vinculado al desarrollo tecnológico de los
materiales para construir turbinas de gas capaces de operar a relaciones de
presión relativamente altas, de 10:1 hasta 13:1, y con temperaturas de entrada
del orden de 1080 ºC .
Esto originó un retaso en el avance de la utilización de estos ciclos. Esta
situación mejoró en la década de los 90 y en la actualidad en el mercado se
encuentran turbinas que admiten temperaturas de entrada del orden de los 1400 ºC . Las mejoras en el
diseño de componentes y materiales han permitido elevar la potencia y la
eficiencia térmica de las turbinas de gas y por lo tanto del ciclo combinado.
La utilización de materiales cerámicos y monocristalinos en los álabes de la
turbina ha contribuido enormemente a este avance.
Una de las limitaciones que imponen los
materiales y las temperaturas de trabajo asociadas, a los equipos y componentes
del circuito de los gases de combustión, son los esfuerzos térmicos que
aparecen cuando estos ciclos se operan en forma intermitente o “se ciclan”.
Estos esfuerzos son mayores que los que se producen en operación continua, ya
que cuando se efectúa el ciclado los transitorios de arranque y parada son
mucho más frecuentes. En estos transitorios se produce fatiga termomecánica de
los metales base. Tanto este tipo de paradas como las de emergencia afectan
fuertemente la vida útil de la turbina, ya que en este aspecto cada arranque
equivale a aproximadamente veinte horas de operación en régimen continuo y cada
parada de emergencia equivale a diez arranques normales (unas doscientas horas
de funcionamiento).
Por otra parte se ha comprobado que aún en
condiciones normales de operación mucho de los componentes del citado circuito
de gases de combustión no alcanzan el tiempo de vida útil previsto. Por ejemplo
los álabes de la turbina de gas presentan frecuentemente fallas antes de
cumplir la vida útil establecida en el diseño.
Otra limitación de estos ciclos es la
respuesta de la turbina de gas de acuerdo con las condiciones ambientales. Así,
en días calurosos la turbina trabaja con menor eficiencia que en los días
fríos. Una turbina de gas que se opera con una temperatura ambiente de 0 ºC produce alrededor del 15
% más de energía eléctrica que la misma máquina a 30 ºC . Asimismo los climas
secos favorecen la eficiencia de estos equipos. Por estas razones las eficiencias
nominales expresan los resultados de los cálculos de potencia basados en
condiciones ambientales normalizadas ISO (15ºC , 1,013 bar. y 60% de humedad relativa).
En lo que respecta a la contaminación
ambiental, los combustores de baja emisión de NOx fueron uno de los
más importantes logros en la tecnología de las turbinas de gas. No obstante
implican la limitación de tener mayor inestabilidad de llama que los de
difusión convencionales por la necesidad de usar mezclas aire-combustible más
pobres. La oscilación de la llama puede producir vibraciones y ruido
inaceptables y además afectar la vida útil y la fiabilidad operativa de la
turbina de gas.
Aspectos positivos
y limitaciones de los ciclos combinados.
Además de la flexibilidad de utilización, ya
sea para generación de energía eléctrica como para obtención de vapor, este
tipo de configuración permite la conversión o “repowering” de instalaciones
térmicas con turbinas de vapor con el consiguiente aumento de la eficiencia
integral de las mismas.
Los fabricantes de turbinas de gas y plantas de ciclo combinado indican las siguientes razones para justificar el mayor uso de los mismos:
Los fabricantes de turbinas de gas y plantas de ciclo combinado indican las siguientes razones para justificar el mayor uso de los mismos:
1)
Disponibilidad de grandes volúmenes de gas natural.
2) Posibilidad
de uso de otros combustibles, diesel, carbón gasificado, etc., con rendimientos
elevados pero con limitaciones en el funcionamiento de los quemadores. El
diseño se optimiza para gas natural.
3) Elevados
rendimientos con buen factor de carga.
4) Bajo impacto
ambiental en relación con las emisiones de NOx y menor eliminación
de calor al medio ambiente.
5) Menores
requerimientos de refrigeración respecto a una central convencional de igual
potencia.
6) Bajos costos
de capital y cortos plazos de entrega de las plantas, para los niveles de
eficiencia obtenidos.
7) Ventajas
asociadas a la estandarización de componentes, con la simplificación de su
montaje y mantenimiento.
DIAGRAMA DE FLUJO DEL CICLO COMBINADO
PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD Y CONSUMO DE GAS NATURAL EN LAS PLANTAS DE
CICLO COMBINADO
Tipo
|
Capacidad en MW
|
Generación GWh
|
Ciclo
Combinado (CFE)
|
5,203.34
|
30,120
|
* Centrales de ciclo combinado:
Mérida III, Hermosillo, Saltillo, Tuxpan II, Río Bravo II, Bajío (El Sáuz),
Monterrey III, Altamira ll, Tuxpan III y IV, Campeche, Mexicali, Chihuahua
III, Naco Nogales, Altamira lll y lV, Río Bravo III,
|
||
Situación actual y tendencias
Hasta 1999 las plantas de ciclo combinado solamente
aportaban 8.6% de la capacidad instalada de generación eléctrica en el país.
Empeoro, en el periodo de 2000
a 2009 la expansión de la generación eléctrica se hará
básicamente con plantas de ciclo combinado. La adopción de la tecnología de
ciclo combinado por los inversionistas, movidos por criterios de rentabilidad económica
en el mercado, ha implicado un aumento vertical de la demanda de gas natural.
Ésta se ha visto alentada por el incremento en los diversos usos del gas
natural: doméstico, industrial y transporte.
Sin embargo, es el sector eléctrico el demandante más
dinámico de gas natural .En los próximos años la tendencia en México será el
creciente uso de gas natural para la generación eléctrica, fenómeno que se
observa a nivel mundial.
El gas seguirá sustituyendo a otros energéticos
derivados del petróleo en la generación de energía eléctrica
México cuenta con importantes reservas de gas
natural, pero se ubica muy por debajo de otros países y se han venido reduciendo en los últimos años.
Según la Secretaría
de Energía, en 1990 contaba con 14,467 millones de barriles de crudo
equivalente y para el 2000 eran de 10,673 millones. La corporación internacional
British Petroleum reporta que las
reservas probadas de gas natural de México se redujeron 2.1% entre 1994 y 1998.
Algo parecido aconteció a Canadá, donde se redujeron 1.7% en ese periodo. Las
de Estados Unidos se mantuvieron gracias a la importación
El basar la expansión eléctrica en México en plantas
de ciclo combinado, consumidoras de gas natural como combustible, ha creado
desequilibrios y fuertes presiones en el conjunto del sector energético. México
no cuenta con la infraestructura para transportar el gas natural a todo el
país, especialmente a las regiones de reciente crecimiento de la demanda de electricidad
como la del noroeste y peninsulares. Esto ha llevado a incrementar la interconexión
con Estados Unidos en electricidad y gas natural primera década de este siglo
en generación eléctrica .El modelo de generación eléctrica basado en el ciclo
combinado, ha llevado a que:
* PEMEX y al país a incrementar las importaciones,
implicando un gasto de divisas. Los dólares que Estados Unidos paga a México
por la compra de petróleo, los recupera por la venta de gas natural, gasolina y
otros petrolíferos y petroquímicos.
* A un aumento de la deuda de largo plazo. En el
periodo 1995-2000 el sector eléctrico acumuló un total de 56,358.7 millones de
pesos por concepto de Pidiregas (Sener, Sector energético.
* A utilizar un combustible con precios
internacionales a la alza, a la vez que contribuye a ella . Esta tendencia se
vio reforzada al finalizar el año anterior con el aumento del precio del
petróleo a nivel internacional, afectando al sector energético mismo, a la
planta industrial y demás sectores económicos, ya que el precio interno se fija
de acuerdo al precio internacional del sur de Texas a pesar de que su costo de
producción en el país es mucho menor.
* Ha acentuado la presión por aumentar la extracción
de gas natural.
GAS NATURAL – T.amb. 17,5 ºC
. Potencia Neta: 774,5 MW
. Consumo Específico del Ciclo: 6262 KJ/KWh
. Consumo Auxiliares Eléctricos: 23 MW
. PCI: 8.500 Kcal/Nm3
. Rendimiento Neto sobre PCI: 57,49%
. Potencia Neta: 774,5 MW
. Consumo Específico del Ciclo: 6262 KJ/KWh
. Consumo Auxiliares Eléctricos: 23 MW
. PCI: 8.500 Kcal/Nm3
. Rendimiento Neto sobre PCI: 57,49%
TURBINA A GAS
. Tipo: GT26AB
. Fabricante: ABB
. Potencia bruta quemando gas natural: 254,6 MW
. Consumo específico nominal quemando gas natural: 9526 KJ/KWh
. Potencia nominal neta en bornes del alternador: 243,1 MW
. Temperatura ingreso a turbina:1228 ºC max (2º etapa)
. Relación de compresión 30:1
Esquema de configuración:
- Compresor de inyección de aire
- Cámara de combustión EV: 30 quemadores de bajo Nox
- Etapa de alta presión de turbina
- Cámara de combustión SEV: 24 quemadores de bajo Nox
- Etapa de baja presión de turbina
Etapas del compresor: 22
Etapas dela Turbina
de gas: 5
Velocidad: 3000 rpm.
. Tipo: GT26AB
. Fabricante: ABB
. Potencia bruta quemando gas natural: 254,6 MW
. Consumo específico nominal quemando gas natural: 9526 KJ/KWh
. Potencia nominal neta en bornes del alternador: 243,1 MW
. Temperatura ingreso a turbina:
. Relación de compresión 30:1
Esquema de configuración:
- Compresor de inyección de aire
- Cámara de combustión EV: 30 quemadores de bajo Nox
- Etapa de alta presión de turbina
- Cámara de combustión SEV: 24 quemadores de bajo Nox
- Etapa de baja presión de turbina
Etapas del compresor: 22
Etapas de
Velocidad: 3000 rpm.
IMPACTO AMBIENTAL DE LA
PLANTA DE CICLO COMBINADO DEL GAS NATURAL
El gas natural hace que reduzca el impacto
ambiental Estas ventajas pueden conseguirse tanto en las grandes centrales
Termo eléctricas así como en las pequeñas.
La sustitución de centrales convencionales
de carbón y diesel por centrales de ciclo combinado que utilizan gas natural es
una manera efectiva de contribuir a la reducción del efecto invernadero. Por
otro lado, la tecnología de ciclo combinado consume un 35% menos de combustible
fósil que las convencionales, lo que aporta, de hecho, la mejor solución para
reducir las emisiones de CO2 a la atmósfera y, por tanto, contribuir a
preservar el entorno medioambiental. Respecto al resto de contaminantes, la
emisión unitaria por kWh producido a través de plantas de ciclo combinado es,
en general, sensiblemente menor, aunque destaca especialmente la reducción de
emisión de dióxido de azufre, que es despreciable frente a la de una central
alimentada por carbón o fuel.
El aire aspirado desde el ambiente ingresa
al turbo grupo del ciclo de gas, es comprimido por un compresor, a continuación
se mezcla con el combustible en la cámara de combustión para su quemado.
En esta caldera de recuperación se produce
el intercambio de calor entre los gases calientes de escape y el agua a alta
presión del ciclo de vapor; es decir, el aprovechamiento del calor de los gases
de escape llevando su temperatura al valor más bajo posible. Los gases
enfriados son descargados a la atmósfera a través de una chimenea.
Las plantas de Cogeneración producen
electricidad y calor para aplicaciones descentralizadas y donde se requieran.
Estas plantas tienen una óptima eficiencia en las transformaciones energéticas
y con mínimas contaminaciones ambientales.
Respecto al resto de contaminantes, la
emisión unitaria por kWh producido a través de plantas de ciclo combinado es,
en general, sensiblemente menor, aunque destaca especialmente la reducción de
emisión de dióxido de azufre, que es despreciable frente a la de una central
alimentada por carbón o fuel.
El gas natural comprimido tiene menor incidencia en
la contaminación ambiental.
PROYECTOS A FUTURO DE LA PLANTA TERMOELECTRICA
DEL CICLO COMBINADO DE GAS NATURAL
*Se haran proyectos de generación eléctrica que se están
instalando en países desarrollados con un sistema que permitirá ir sustituyendo
a los tradicionales.
*Una nueva tecnología consiste en utilizar la combustión del
gas natural (turbina de gas) y el vapor que producen los gases de escape
(caldera de recuperación y turbina de vapor) para generar electricidad
*Elevar la temperatura que se produce entre la combustión
y los gases de escape es más alto que en el caso de una turbina de gas o una de
vapor, se consiguen rendimientos muy superiores, del orden del 55%.
*En los últimos tiempos se viene desarrollando una nueva
tecnología, la
Gasificación integrada en ciclo combinado (GICC), que
mediante un sistema de gasificación del carbón, reduce ostensiblemente las
emisiones contaminantes a la atmósfera.
*Destacar sus bajas emisiones, que se reducen en un 60% en el
caso del dióxido de carbono y en un 70% en el de los óxidos de nitrógeno,
respecto a una central convencional. Además, las emisiones de dióxido de azufre
y de partículas son prácticamente nulas.
*Los grupos generadores de ciclo combinado consumirán
solamente un tercio del agua de refrigeración que requiere una central
convencional de la misma potencia y la instalación ocupa menos espacio que una
central convencional.
*Ser las generadoras de energía más adecuadas para cumplir
con los objetivos del Protocolo de kioto, que obliga a sus firmantes a reducir
sus emisiones en dióxido de carbono.
El gas natural se ha constituido en el
combustible más económico para la generación de electricidad, ofrece las
mejores oportunidades en términos de economía, aumento de rendimiento y
reducción del impacto ambiental.
El uso de gas natural ha sido de buena
utilidad ya que se usa para la generación eléctrica, como combustible en las
industrias,
Comercios, residencias y también en el
transporte. En el sector comercial se utiliza como combustible en: restaurantes,
panaderías, lavanderías, hospitales y demás usuarios.
Colectivos para cocción de alimentos,
servicio de agua caliente, y calefacción.
en el sector domestico: Se utiliza en los
hogares, para la cocina,servicio de agua caliente y calefacción.
También podemos agregar el gas natural
comprimido Generalmente es solo metano y se usa como combustible en vehículos
con motores de combustión interna en reemplazo de las gasolinas, tiene bajo
costo y menor incidencia en la contaminación ambiental.
YESSICA VALDEZ SUAREZ
Las plantas de ciclo combinado pueden ser de gas natural,
o mixtas, aunque se prefiere el gas,
porque es más limpio, no contiene azufre y produce menos CO2 para la misma
energía producida. En cualquier caso, estas centrales funcionan mediante la
unión de un ciclo térmico ordinario y una turbina.
En este sentido, el gas en combustión es el fluido
que mueve directamente una turbina especial de alta velocidad, sin pasar por un
circuito de vapor. La energía producida por los gases de salida de la turbina
alimenta un circuito convencional de vapor, que mueve una segunda turbina.
ALEJANDRA DE LUCIO HINOSTROSA
Nos podemos dar cuenta de que el gas natural tiene un
gran consumo por lo cual trae consigo un mejoramiento en importación y exportación
ya que las plantas de ciclo combinado, así la economía tiene altas
posibilidades de subir gracias a la producción eléctrica que generan con dichas
plantas, este trabajo sirvió de mucha ayuda puesto que elegimos esta planta y
nos dimos cuenta que el combustible que usa es uno de los mejores ya que tiene
un quemado limpio ya sea para fines de uso domestico o industrial como es en el
caso de la energía eléctrica.
En lo personal esta es una buena alternativa para que
las industrias eléctricas la utilicen y así contribuyan a mejorar el ambiente no contaminándolo o por
lo menos en cantidades pequeñas.
Atraves del trabajo de
investigación que realizamos pude reflexionar en varios aspectos, uno de ellos
el gas natural produce mucho menos CO2 que otros combustibles como los
derivados del petróleo, y sobre todo el carbón. Además es un combustible que se
quema más limpio y eficazmente.
También me di cuenta que en
la actualidad se están construyendo numerosas centrales termoeléctricas de las
denominadas del ciclo combinado están son un tipo de central que utiliza el gas
natural.
Aprendí que una central
térmica utiliza gas natural como combustible y el aire como comburente esto se
utiliza para la producción de energía eléctrica .
una central térmica de ciclo combinado es
aquella que usa normalmente, gas natural como combustible y para generar la
electricidad usa dos turbinas:
·
Una turbina tradicional de vapor
·
Turbina de gas
El gas en combustión es el fluido que mueve directamente una turbina
especial de alta velocidad.
Mi reflexión acerca de este tema es que realmente el
gas natural es muy importante en nuestra vida diaria ya que genera electricidad
y no contamina mucho en el medio ambiente, ha llegado a ser de gran utilidad
para todos nosotros ya que su uso se ha hecho básicamente indispensable en
algunas cosas y como un combustible en varias industrias.
Durante este trabajo aprendí sobre muchas utilidades
que tiene el gas natural ya que nunca antes me había interesado por saber para
que serbia, en que se utilizaba o como es que nos beneficiaba o afectaba, creo
que es importante saber más acerca de todo lo que está a nuestro alrededor.
A lo largo de este trabajo me pude dar cuenta que la economía de este país puede subir de acuerdo a la producción eléctrica que producen por medio de las plantas de ciclo combinado y puede ser un mejor desarrollo social, para crecer como país con una gran industria.
BIBLIOGRAFIA
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