CentralesElectricas ING LEON

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CENTRALES ELECTRICAS CAPITULO I CONCEPTOS GENERALES 1.1 INTRODUCCION El suministro de energía eléctrica se realiza en el Ecuador a través del sistema de generación, el sistema de transmisión y el sistema de distribución. El sistema de generación esta constituido por las centrales térmicas e hidroeléctricas, como las siguientes: El sistema de transmisión está constituido por las líneas de transmisión de 138 y 230 KV y las subestaciones de 138 KV y 230 KV. El sistema de distribución está constituido por las líneas de subtransmisión, las subestaciones de distribución, las líneas primarias, los transformadores de distribución y los circuitos secundarios. La carga de los abonados es: residencial, comercial, industrial, alumbrado público y otros servicios. La central eléctrica se la define como un conjunto de máquinas motrices, generadores, sistemas auxiliares, sistema de comando, sistema de protección, sistema de control, etc, que todos ellos en conjunto sirven para la producción de energía eléctrica. Las centrales eléctricas se construyen en los lugares donde se tienen las condiciones óptimas. Así la central térmica a vapor se construye considerando la localización de la carga, la 1

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TEORIA CENTRALES ELECTRICAS

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CENTRALES ELECTRICAS

CENTRALES ELECTRICAS

CAPITULO I

CONCEPTOS GENERALES1.1 INTRODUCCION

El suministro de energa elctrica se realiza en el Ecuador a travs del sistema de generacin, el sistema de transmisin y el sistema de distribucin. El sistema de generacin esta constituido por las centrales trmicas e hidroelctricas, como las siguientes:

El sistema de transmisin est constituido por las lneas de transmisin de 138 y 230 KV y las subestaciones de 138 KV y 230 KV.

El sistema de distribucin est constituido por las lneas de subtransmisin, las subestaciones de distribucin, las lneas primarias, los transformadores de distribucin y los circuitos secundarios.

La carga de los abonados es: residencial, comercial, industrial, alumbrado pblico y otros servicios.

La central elctrica se la define como un conjunto de mquinas motrices, generadores, sistemas auxiliares, sistema de comando, sistema de proteccin, sistema de control, etc, que todos ellos en conjunto sirven para la produccin de energa elctrica.

Las centrales elctricas se construyen en los lugares donde se tienen las condiciones ptimas. As la central trmica a vapor se construye considerando la localizacin de la carga, la facilidad para el transporte de combustible y la obtencin del agua de circulacin. La central hidrulica tiene que construirse necesariamente en el lugar donde existe el recurso hidrulico.

En conclusin se debe planificar, disear y construir centrales elctricas para que trabajen con el mximo de economa.

1.2 CLASIFICACION DE LAS CENTRALES ELECTRICAS

Las centrales elctricas se clasifican segn:

La funcin en el sistema elctrico.

El tipo de conversin de energa.

a. CENTRAL ELECTRICA DE ACUERDO A LA FUNCION EN EL SISTEMA ELECTRICO

De acuerdo a la funcin que desempea en el sistema elctrico la central elctrica puede ser central de base, central de punta y central de reserva.

La demanda anual de energa elctrica de un sistema elctrico tiene la siguiente caracterstica:

Para satisfacer la energa que requiere la demanda se puede utilizar dos alternativas:

Una sola central elctrica y esta debe tener una capacidad nominal igual a la demanda mxima. La central opera con la capacidad nominal solamente un corto tiempo al ao y en el resto del tiempo se desaprovecha capacidad instalada de generacin.

Lo ms adecuado es suministrar la energa que se necesita con dos centrales elctricas. Una central que suministre la energa de punta, y se caracteriza por ser de pequea capacidad, bajo costo de inversin y alto costo de operacin y mantenimiento, por ejemplo la central a gas es de punta. La otra central suministra la energa de base que es constante y continua durante el ao, y se caracteriza por ser de gran capacidad, elevado costo de inversin y bajo costo de operacin y mantenimiento, por ejemplo las centrales hidrulica y trmica a vapor son de base.

La central de reserva, tiene por objetivo sustituir total o parcialmente a la central de base en caso de mantenimiento preventivo o correctivo, pero usualmente la central de reserva es de una capacidad igual al 15% de la demanda mxima.

b. CENTRAL ELECTRICA DE ACUERDO AL TIPO DE CONVERSION DE ENERGIA

Primero se requiere realizar una distincin entre energa primaria y energa secundaria.

La energa primaria es aquella que est disponible directamente en la naturaleza y es la energa hidrulica, elica, solar, de los combustibles fsiles (slido, lquido y gaseoso) y nuclear.

La energa secundaria es aquella obtenida a travs de la transformacin realizada por el hombre, para una utilizacin especfica.

De acuerdo a la energa primaria las centrales elctricas se clasifican en:

Vapor

TrmicaGas

Convencional

Diesel

Nuclear

Centrales

HidrulicaGeotrmica

Elctricas

Solar

Nueva

Elica La central elctrica convierte la energa primaria en energa elctrica, as la central trmica, utiliza como combustible el carbn, el petrleo crudo, los derivados del petrleo, el gas natural y el elemento nuclear. La central hidroelctrica, utiliza la energa potencial de los recursos hidroelctricos. La central solar utiliza la energa del sol y la central elica la energa de la fuerza del viento.

Las centrales que se tienen en el Ecuador son la central hidrulica y las trmicas a vapor, gas y diesel.

1.3 FACTORES DE SERVICIO DE LAS CENTRALES ELECTRICAS

Los factores de servicio relacionados con generacin de energa elctrica son: factor de carga, factor de planta y factor de demanda

a. FACTOR DE CARGA

El factor de carga mide el grado de utilizacin de la demanda mxima de la carga. El consumo de energa elctrica no es constante durante las 24 horas del da y si se registra la demanda en MW en funcin del tiempo se obtiene el siguiente grfico, que es el diagrama de carga diario:

CURVA DIARIA DE CARGA

La potencia media, Pmedia es:

Donde: KWh, energa suministrada en el tiempo T.El factor de carga establece una medida para el tipo de carga:

Para una central elctrica es desfavorable que el factor de carga sea pequeo puesto que ello indica que a pesar de tener su capacidad instalada igual a la demanda mxima de la carga, la central operar solamente un corto tiempo en el da a plena carga y que en el resto del da la central desaprovecha capacidad instalada.

b. FACTOR DE PLANTA

El factor de planta es la relacin entre la demanda media y la capacidad nominal instalada de la generacin.

c. FACTOR DE DEMANDA

El factor de demanda es la relacin entre la demanda mxima y la capacidad instalada de generacin.

Para disponer de la capacidad de reserva es necesario que la capacidad instalada de generacin sea superior a la demanda mxima.

La capacidad de reserva es de dos tipos:

Reserva fra que corresponde a la generacin que entra en servicio para sustituir a las centrales en indisponibilidad por mantenimiento preventivo o correctivo.

Reserva rodante que corresponde a la generacin en giro que sustituye a las centrales que salen de servicio por mantenimiento correctivo.

CENTRALES ELECTRICASCAPITULO II

CENTRAL HIDRAULICA

2.1 INTRODUCCIONPara el suministro de energa elctrica de un pas lo ms conveniente es utilizar un recurso renovable, es decir aprovechar al mximo las fuentes hidrulicas disponibles. El Ecuador por sus condiciones topogrficas y por los niveles de precipitaciones anuales de agua, es un pas rico en recursos hidrulicos.

2.2 ENERGIA EN UN RECURSO DE AGUA

Se considera un elemento de cada de agua, representado en el siguiente diagrama:

ELEMENTO DE CAIDA DE AGUA

La energa existente entre los puntos 1 y 2 es :

Donde:

, coeficiente de coriolis y su valor depende de la turbulencia del agua

En el recurso hidrulico se considera:

Por lo cual

2.3 CLASIFICACION DE LAS CENTRALES HIDRAULICAS

Las centrales hidrulicas se clasifican en :

Central de caudal libre

Central con embalse

Central con embalse y bombeo

a. CENTRAL DE CAUDAL LIBRE

La central de caudal libre utiliza en cada momento la cantidad de agua disponible del recurso, la cual puede o no cubrir las necesidades de la demanda. No tiene un dispositivo para el almacenamiento de agua. La central de caudal libre se presenta en el siguiente diagrama:

CENTRAL DE CAUDAL LIBRE

La presa sirve para mantener un nivel fijo del agua. Si la central se construye considerando el caudal mnimo del recurso, cuando existe abundancia de agua el exceso es desaprovechado. Por el contrario si se construye para el caudal mximo, cuando existe sequa la capacidad de generacin esta sobredimensionada. La solucin econmica es la de utilizar el caudal medio del recurso.

b. CENTRAL CON EMBALSE

La central con embalse almacena el agua en el embalse, lo cual se consigue por medio de una presa instalada en lugares apropiados del ro que son sitios angostos y de mrgenes rocosos. La central con embalse se muestra en el siguiente diagrama:

c. CENTRAL CON EMBALSE Y BOMBEO

La central con embalse y bombeo utiliza dos embalses, uno superior y otro inferior. Durante las horas de demanda mnima se bombea el agua del embalse inferior al superior y durante las horas de demanda mxima se enva el agua del embalse superior al inferior, generando energa elctrica. La central con embalse y bombeo se presenta en el siguiente diagrama:

La central opera con un grupo maquina sincrnica turbina bomba, acoplados al mismo eje, durante las horas de demanda mnima se embraga la bomba y la mquina sncrona trabaja como motor para enviar el agua del embalse inferior al superior y en las horas de demanda mxima se desembraga la bomba y la mquina sncrona funciona como generador, produciendo energa elctrica. El grupo mquina sncrona turbina bomba se presenta en el siguiente diagrama:

2.4 CARACTERISTICAS DE LAS CENTRALES HIDRAULICAS

a. DISPOSICION GENERAL DE LA CENTRAL HIDRAULICA

Para recuperar al mximo la energa primaria del recurso hidroelctrico es necesario que el agua fluya por un trazado artificial, reduciendo al mnimo las prdidas.

El trazado artificial es el siguiente:

El trazado artificial permite lo siguiente:

Conservar casi toda la energa de posicin del agua entre A y B.

Transformar la energa de posicin en energa de presin entre B y C.

Transformar la energa de presin en energa mecnica en C, y luego en energa elctrica.

Siguiendo el trazado artificial, la disposicin general de la central hidrulica es la siguiente:

Los elementos de la disposicin general de la central hidrulica son los siguientes:

Embalse.- El lugar donde se almacena el agua

Presa.- La construccin que sirve para almacenar el agua en el embalse.

Canal de derivacin.- Conduce el agua al lugar apropiado para la cada a travs de la tubera de presin.

Chimenea de equilibrio.- Sirve para amortiguar las sobre-presiones y baja-presiones en la tubera de presin que se originan por la aceleracin y desaceleracin del agua, como consecuencia de las variaciones de la carga.

Tubera de presin.- Conduccin forzada del agua a las turbinas.

Tubera de desage.- El agua que sale de las turbinas es conducida nuevamente al ro.

Casa de mquinas.- Lugar donde se instalan las turbinas, los generador, el sistema auxiliar, etc.

b. ALTURA APROVECHABLE DE LA CENTRAL HIDRAULICA

En las centrales hidrulicas no se aprovecha toda la altura del recurso de agua; sino que existen prdidas de altura por diversas causas. La altura aprovechable de la central hidrulica se presenta en el siguiente diagrama:

ALTURA APROVECHABLE DE LA CENTRAL HIDRAULICA

Las alturas del recurso son las siguientes:

HT = Altura total, corresponde a la diferencia de altura entre la cota mxima y la mnima del recurso, es decir la diferencia de altura entre el sitio donde se inicia el recurso y el lugar donde se realiza el desage del agua.

HB = Altura bruta, corresponde a la diferencia de nivel entre la chimenea y el final del tubo de aspiracin.

HN = Altura neta, corresponde a la altura que es utilizada para determinar la capacidad de la central hidrulica.

Las prdidas de altura del recurso son las siguientes:

H1 = Prdida en el embalse, la superficie de agua en el embalse no es horizontal, sino que tiene una forma curva que va disminuyendo de pendiente a medida que se aproxima a la presa, lo que da una prdida de altura.

H2 = Prdida en el canal de derivacin, desde la presa el agua entra al canal de derivacin y se tiene prdidas de altura por rozamiento del agua, variable de acuerdo a la pendiente, la seccin de contacto del agua y la rugosidad de las paredes.

H3 = Prdida en la chimenea, se dispone una rejilla para detener los elementos extraos e impedir su entrada a la tubera de presin, al atravesar esta rejilla el agua sufre rozamiento que equivale a prdida de altura.

H4 = Prdida en la tubera de presin, el agua en la tubera de presin produce prdidas de altura por rozamiento, cambio de seccin y cambio de direccin.

H5 = Prdida en la turbina, se producen prdidas de altura por rozamiento del agua con los elementos de la turbina.

H6 = Prdida en la tubera de aspiracin, se produce prdida de altura por rozamiento del agua.

H7 = Prdidas en el canal de desage, se produce prdida de altura por rozamiento del agua.

c. POTENCIA DEL RECURSO DE AGUA.

La potencia que se puede obtener de un recurso de agua es la siguiente:

La potencia terica del recurso es:

PT = 9,81 x Q x HB [KW]

La potencia neta del recurso es:

PN = 9,81 x Q x HN [KW]

Donde:

Q = caudal de agua [mt3/seg]

HB = altura bruta [mt]

HN = altura neta [mt]

d. REGULACION DE LA CENTRAL HIDRAULICA

En las centrales hidrulicas existe el factor de utilizacin anual del recurso, que relaciona el volumen de agua utilizado en las turbinas y el volumen de agua total que durante el ao puede suministrar el ro o recurso.

La condicin ideal es que F.U. ( 1, pero esto no es posible debido a que los perodos de caudal mximo no siempre coinciden con los de demanda mxima de energa. Parece lgico que para aumentar el factor de utilizacin se tiene que embalsar el agua sobrante en los perodos de demanda mnima y tenerla disponible para cuando la demanda se incremente. Es decir se debe realizar una regulacin del recurso hidrulico y esta regulacin puede ser anual, semanal y diaria.

Regulacin anual.- Se almacena el agua sobrante en los meses de demanda mnima para utilizarla en los meses de demanda mxima.

Regulacin semanal.- Se almacena el agua sobrante en los das sbados, domingos y das festivos para utilizarla en los das laborables.

Regulacin diaria.- Se almacena el agua sobrante en las horas de demanda mnima de la noche, para utilizarla en las horas de demanda mxima.

2.5 ELEMENTOS DE LA CENTRAL HIDRAULICA

Los elementos principales de la central hidrulica son los siguientes:

PRESA

DESAGUE DE LOS EMBALSES

CANAL DE DERIVACION

CHIMENEA

TUBERIA DE PRESION

TURBINA

CASA DE MAQUINAS

CANAL DE DESAGUE

a. PRESA

La presa es una construccin que se levanta sobre el lecho de un ro para almacenar el agua en el embalse, produciendo una elevacin de su nivel.

Las presas se clasifican en:

FUNCION DERIVACION O VERTEDERO

EMBALSE

PRESAS

MATERIAL DE CONSTRUCCIN TIERRA

HORMIGON ARMADO

PRESA DE DERIVACION O VERTEDERO

La presa de derivacin o vertedero, tiene como funcin principal la de elevar el nivel del agua, contribuyendo a crear altura en el recurso y tiene como funcin secundaria la de almacenar el agua en el embalse. El agua en exceso en el embalse se vierte a travs de los vertederos.

La presa de derivacin se presenta en el siguiente diagrama:

PRESA DE EMBALSE

La presa de embalse, tiene como funcin principal la de almacenar el agua en el embalse, es decir la de regular el recurso y tiene como funcin secundaria la de elevar el nivel del agua para incrementar la altura del recurso. El agua en exceso en el embalse se la devuelve al cauce del recurso utilizando construcciones laterales. En realidad las presas tienen la funcin mixta y cuando una es la predominante, de esa funcin toma el nombre.

PRESA DE TIERRA

La presa de tierra, generalmente se la utiliza en los proyectos que no son exclusivamente hidroelctricos, as por ejemplo en la central Daule Peripa, se utiliza una presa de tierra.

PRESA DE HORMIGON

La presa de hormign, generalmente se la utiliza en los proyectos exclusivamente hidroelctricos. Esta presa requiere de una cimentacin sobre roca resistente e impermeable. Los principales tipos de presas de hormign son:

- Presa de gravedad

- Presa de arco simple

- Presa de arco gravedad

PRESA DE GRAVEDAD

Esta presa resiste el esfuerzo del agua en virtud de su propio peso. El perfil de una presa de gravedad es el siguiente:

PRESA DE GRAVEDAD

Dorso.- Es la parte que recibe los esfuerzos de la presin del agua. A veces es vertical y otras ligeramente inclinada.

Talud.- Tiene una inclinacin de 2 a 5 mt. de base por cada metro de altura. El perfil de la presa debe ir ensanchndose hacia la parte inferior debido a que la presin del agua aumenta con la profundidad.

Coronacin.- La parte superior de la presa es la coronacin y cuya anchura es tal que sirve para el trfico peatonal y vehicular.

Base.- Tiene cimientos en forma de serrucho para agarrarse bien al terreno.

PRESA DE ARCO SIMPLE

Por lo general se instalan en lugares estrechos y de gran altura.

Una vista en planta es la siguiente:

Una vista en perfil es la siguiente:

PRESA DE ARCO SIMPLE

La presa de arco simple necesita una cantidad de hormign menor que la presa de gravedad, por lo cual su estudio y clculo debe ser mucho ms profundo para que los esfuerzos de la presin del agua se transmitan debidamente a los estribos.

PRESA DE ARCO GRAVEDAD

Esta presa resiste el esfuerzo del agua en parte por el peso y en parte por el arco. Es el tipo de presa que ms garantiza la seguridad. Las presas de las centrales Paute y Agoyn son de este tipo.

b. DESAGUE DE LOS EMBALSES

ALIVIADEROS

DESAGES TOMAS DE AGUA

DESAGES DE FONDO

ALIVIADEROS

Se utiliza el aliviadero para proporcionar adecuada salida del agua sobrante en el embalse, la cual puede determinar una excesiva elevacin del nivel mximo, poniendo en peligro la estabilidad de la presa.

SUPERFICIE

ALIVIADEROS

CORONACION

ALIVIADERO DE SUPERFICIE

El agua sobrante se devuelve al ro, aguas abajo de la presa, por medio de canales de descarga que son abiertos, excavados en la roca, o en tubera.

El aliviadero de superficie se presenta en el siguiente diagrama:

ALIVIADERO DE CORONACION

Es el que se dispone en la coronacin de la presa en forma de vertedero. Este procedimiento resulta ms econmico, pero la presa debe cimentarse sobre terreno consistente o slido para evitar la erosin en la base de la presa por efectos de la energa cintica del agua vertiente.

El aliviadero de coronacin se presenta en el siguiente diagrama:

TOMAS DE AGUA

Las tomas de agua sirven para conducir el agua del embalse y llevarla a las turbinas. El nmero y capacidad de las tomas de agua de un embalse depende del volumen del embalse, de la capacidad de la central y de la profundidad del agua.

Por lo general se disponen varias tomas de agua si el embalse es grande y la central es de gran capacidad.

La disposicin de las tomas de agua en los embalses con presa de hormign es variada. Unas veces la toma de agua se hace a travs de la presa, y otras veces se aprovechan las obras ya realizadas para la desviacin de las aguas.

La toma de agua a travs de la presa es la siguiente:

La toma de agua que utiliza las obras realizadas para la desviacin de las aguas es la siguiente:

DESAGE DE FONDO

Los desages de fondo sirven para vaciar casi totalmente el embalse y realizar la limpieza peridica de la sedimentacin, como esto significa la paralizacin de la central, el desage de fondo se construye a un nivel superior al del fondo del cauce y queda siempre una cierta profundidad del embalse que no se desagua nunca.

El desage de fondo se presenta en el siguiente diagrama:

c. CANAL DE DERIVACION

El canal de derivacin se lo utiliza para conducir el agua desde el embalse hasta la chimenea, con el mnimo de prdidas. Para evitar filtraciones en el terreno al canal de derivacin se lo reviste interiormente de hormign armado, hormign en masa o mampostera.

CANAL EN DESMONTE

CANALES DE DERIVACION

CANAL EN TUNEL

CANAL EN DESMONTE

Este canal se lo obtiene excavando el terreno, solucin que es la ms segura desde el punto de vista de la estabilidad y para minimizar las filtraciones.

El canal de desmonte se presenta en el siguiente diagrama:

CANAL EN TUNEL

El canal en lnea (horizontal) es la que dara menos desarrollo y menos prdida de salto. Esta solucin ideal casi nunca es posible porque hay que salvar los accidentes del terreno y deben evitarse en lo posible los canales en terrapln que son caros. Lo que se hace es ajustar el canal a la lnea de pendiente del terreno que sea igual a la pendiente elegida para el canal y que se haga un reducido movimiento de tierra.

En el origen del canal se dispone de un dispositivo que permite el paso controlado de agua de acuerdo a la capacidad del canal.

El canal en tnel se presenta en el siguiente diagrama:

d. CHIMENEA

Se utiliza la chimenea para reducir los efectos de los golpes de ariete.

Golpe de ariete, es la variacin de presin en una tubera por arriba o por debajo de la presin normal, ocasionada por bruscas fluctuaciones del caudal. Cuando la carga del generador disminuye bruscamente, el regulador automtico de la turbina cierra la admisin de agua y los efectos de inercia del agua provocan un golpe de ariete positivo, es decir, una sobrepresin brusca, especialmente en la tubera de presin. Cuando aumenta la carga, la turbina demanda ms agua y el regulador abre la admisin provocando un golpe de ariete negativo o sea una depresin brusca en la tubera de presin.

En las tuberas de presin de gran longitud estos golpes de ariete pueden ser importantes y adems en estas tuberas el agua toma ms tiempo que en las de corta longitud en acelerarse o desacelerarse lo necesario, para acoplar la velocidad del agua al nuevo rgimen de carga.

Para evitar estos inconvenientes se utiliza la chimenea de equilibrio, que es un pozo vertical o inclinado, abierto en la parte superior y ubicado lo ms cerca posible de la turbina.

Cuando se produce un golpe de ariete positivo en la tubera de presin, el agua encuentra menos resistencia a vencer debido a la chimenea y acta sobre el agua de sta, elevando su nivel y produciendo una desaceleracin del agua en la tubera de presin. Por el contrario, cuando se produce un golpe de ariete negativo, baja el nivel del agua de la chimenea originndose una aceleracin del agua en la tubera de presin. Es decir la chimenea acta como un condensador en un circuito elctrico que impide las variaciones bruscas de tensin.

e. TUBERIA DE PRESION

La tubera de presin tiene por objeto conducir el agua desde la chimenea a las turbinas, para transformar la energa potencial de posicin que tiene el agua en la chimenea en energa potencial de presin en la turbina.

Cuando el recurso hidrulico es superior a los 15 mt. de altura se emplea la tubera forzada.

La solucin ideal para unir las tuberas de presin a las turbinas es que cada turbina sea alimentada por su propia tubera, cuando esto no es posible por el factor econmico, es necesario servir dos o ms turbinas con una sola tubera de presin y se tiene que disponer de las derivaciones necesarias para alimentar las turbinas, en cuyo caso habr de disponerse un sistema de seccionamiento para poder sacar de servicio cualquier turbina sin interrumpir el funcionamiento de las dems.

La tubera de presin se presenta en el siguiente diagrama:

Las derivaciones en ngulo recto son ms sencillas en construccin, pero es preferible las derivaciones curvas porque las prdidas de presin son menores.

f. TURBINA

La turbina aprovecha la energa producida por el movimiento del agua al desplazarse entre dos alturas.

Las turbinas se clasifican en:

Turbina de accin

Turbina de reaccin

Turbina radial

TURBINAS Turbina axial

Turbina radial-axial

Turbina de eje horizontal

Turbina de eje vertical

TURBINA DE ACCION

El agua incide en el sentido normal al labe y por efecto del choque del agua el labe se mueve, haciendo girar la turbina. La direccin de la salida de agua coincide con la direccin de la entrada de agua.

La turbina de reaccin se presenta en el siguiente diagrama:

TURBINA DE REACCION

El agua no incide normalmente sobre el labe, sino que se desliza sobre el labe, ponindolo en movimiento y por ende la turbina gira. La direccin de la salida de agua no coincide con la direccin de la entrada de agua.

La turbina de reaccin se presenta en el siguiente diagrama:

TURBINA RADIAL

El agua incide en el sentido radial sobre el rodete de la turbina.

TURBINA AXIAL

El agua incide siguiendo la direccin del eje de la turbina.

TURBINA RADIAL AXIAL

La entrada del agua se efecta en el sentido radial y la salida se realiza en la direccin del eje

TURBINA DE EJE HORIZONTAL

Si la disposicin del eje de la turbina es en el sentido horizontal.

TURBINA DE EJE VERTICAL

Si la disposicin del eje de la turbina es en el sentido vertical.

Las turbinas que normalmente se utilizan en los proyectos hidroelctricos son las siguientes:

Pelton (accin y radial)

Francis (reaccin y radial axial)

Hlice (reaccin y axial)

Kaplan (reaccin y axial)

TURBINA PELTON

La turbina Pelton esta constituida esencialmente de un rodete y la tobera, el rodete tiene una serie de labes en forma de cuchara que reciben el impulso de los chorros de agua lanzados por una o ms toberas, y como consecuencia el rodete gira. En el interior de la tobera se encuentra una pieza especial o aguja cuya forma es de punta de lanza, y al desplazarse la aguja hacia delante o hacia atrs puede regular el caudal del chorro de agua que sale por la tobera, de acuerdo a las condiciones de carga del generador.

La turbina Pelton se presenta en el siguiente diagrama:

Para aumentar la velocidad de la turbina, debido que lo generadores elctricos de mayor velocidad son ms econmicos, para ello se construyen las turbinas Pelton de dos o ms toberas o tambin de dos o ms rodetes.

Las turbinas de pequea potencia se construyen en una sola pieza rodete y labes. Las turbinas de mediana y gran potencia tienen los labes sujetos al rodete por medio de pernos.

TURBINA FRANCISLa turbina Francis esta constituida principalmente por el distribuidor y el rodete. El distribuidor tiene una serie de labes movibles de control que sirven para regular el caudal de agua que entra al rodete, cada labe se mueve sobre un pivote de tal forma que llegan a tocarse en la posicin de cerrado en cuyo caso no entra agua en el rodete, y tienen sus caras casi paralelas en la posicin de totalmente abierto en cuyo caso el caudal de agua que entra al rodete es mximo.

El conjunto de labes mviles se acciona por medio de un anillo mvil al que estn unidos todos los labes y este anillo mvil es accionado por el regulador de velocidad de la turbina.

El rodete tiene una serie de labes fijos que reciben el impacto de los chorros de agua del distribuidor, y como consecuencia el rodete gira.

La turbina Francis se presenta en el siguiente diagrama:

TURBINA HELICE

La turbina hlice est constituida esencialmente por el distribuidor y el rodete. El distribuidor tiene una serie de labes mviles que regula el flujo de agua al rodete de acuerdo a las condiciones de carga del generador.

El rodete tiene una serie de labes fijos que reciben el impacto de los chorros de agua del distribuidor y como consecuencia el rodete gira.

La turbina Hlice se presenta en el siguiente diagrama:

TURBINA KAPLAN

La turbina Kaplan tiene su origen en el estudio de la turbina Hlice para mejorar su caracterstica de rendimiento. Para aumentar el rendimiento de la turbina Hlice haba que modificar el ngulo de entrada y de salida del agua en los labes del rodete es decir que los labes del rodete tenan que ser mviles, y esto se consigue mediante un dispositivo especial de accionamiento alojado en el interior del eje de la turbina.

En las turbinas Kaplan modernas se prescinde del distribuidor y se realiza la nica regulacin por el accionamiento de los labes del rodete a travs del gobernador.

g. CARACTERISTICAS DE LAS TURBINAS

POTENCIA DE LA TURBINA

La potencia que la turbina entrega al generador es:

Donde:

P = Potencia de entrada al generador [KW]

Q = Caudal de agua [mt3/seg]

HN = Altura neta [mt]

= Rendimiento de la turbina

RENDIMIENTO DE LA TURBINA

El rendimiento de la turbina es:

- Rozamiento del agua en el distribuidor

- Prdidas en el rodete producidas por el impacto del agua

Prdidas - Rozamiento del agua en el tubo de aspiracin

- Escape de agua en el espacio entre el distribuidor y rodete

- Friccin en los cojinetes

Las turbinas modernas tienen un rendimiento del siguiente rango de variacin: 85% 95%.

En una misma turbina el rendimiento es muy variable porque depende del caudal o de la carga.

Las turbinas se disean para que su rendimiento sea mximo a los de carga, es decir para un caudal igual a los del mximo admisible, de esta forma se consigue que el rendimiento no sea excesivamente bajo a carga parcial, teniendo en cuenta que por lo general las unidades trabajan ms horas a carga parcial que a plena carga.

Las caractersticas de rendimiento de las turbinas Pelton, Francis, Hlice y Kaplan son las siguientes:

La turbina Pelton tiene una buena caracterstica de rendimiento entre el 30% y 100% del caudal, por lo tanto en centrales equipadas con este tipo de turbinas es conveniente instalar el menor nmero de unidades.

La turbina Francis tiene una buena caracterstica de rendimiento entre el 60% y 100% del caudal, lo que quiere decir que la operacin ptima es solamente cuando la carga es mayor del 60%.

La turbina Hlice tiene buen rendimiento solamente el 100% del caudal, luego el rendimiento decrece rpidamente al disminuir la carga, por ello esta turbina se la utiliza en centrales que funcionan con caudales casi constantes.

La turbina Kaplan tiene una buena caracterstica de rendimiento entre el 30% y 100% del caudal.

VELOCIDAD DE LA TURBINA

Las turbinas hidrulicas trabajan a velocidades bajas, en contraste de las turbinas de vapor y gas que trabajan a altas velocidades.

Como la mayora de las turbinas se disean y construyen para accionar directamente los generadores elctricos, su velocidad es la velocidad del generador.

Donde:

n = velocidad de la turbina [RPM]

f = frecuencia [cps]

P = nmero de polos

Las turbinas hidrulicas son diseadas para soportar sobre velocidades muy superiores a las de trabajo, estas sobrevelocidades corresponden cuando el generador esta en vaco y el distribuidor completamente abierto. La sobrevelocidad podra ser el 180% de la velocidad normal.

VELOCIDAD ESPECFICA DE LA TURBINA.La velocidad especfica es un ndice para determinar en cada proyecto el tipo de turbina ms apropiado.

Donde:

nS = Velocidad especfica de la turbina [RPM]

n = Velocidad de la turbina [RPM]

HP = Potencia de la turbina [HP]

HN = Altura neta del salto [mt]

En efecto, segn pruebas efectuadas en el laboratorio, las turbinas tienen buen rendimiento solo entre ciertos lmites de su velocidad especfica. Por ello la velocidad especfica sirve para la eleccin de la turbina ms conveniente.

Por ejemplo si se tienen 3 turbinas distintas que tienen igual HP, la HN es la misma pero de diferentes velocidades.

A B C

La turbina A es al que tiene la mejor caracterstica de rendimiento, por lo tanto es la ms conveniente

SELECCION DE LA TURBINAUsualmente la seleccin de la turbina ms adecuada se la realiza en funcin de la altura neta del proyecto hidroelctrico y la velocidad especfica.

As por ejemplo se tiene el siguiente diagrama para la seleccin de la turbina:

Ejemplo:

Para el siguiente proyecto

HN = 150 mt

Q = 50 mt3/seg.

P = 20

Alternativa 1

Se considera una sola unidad

HP = (9,81(Q(HN) (1,341 = 9,81(50(150(1,341 = 98,664

Para HN = 150 mt y nS = 213 RPM, en el diagrama no hay tipo de turbina que trabaje con un buen rendimiento en estas condiciones.

Alternativa 2

Se divide la potencia total en dos para instalar dos unidades.

HP = HP

nS = 151 R.P.M

HN = 150 mt.

De acuerdo al diagrama se tiene que utilizar dos unidades Francis normal.

Cabe indicar que los proyectos Paute y Agoyn tienen las siguientes turbinas:

Paute: HN = 615 mt. Turbina Pelton

Agoyan: HN = 155 mt. Turbina Francis

Adems para seleccionar la turbina se tiene que considerar lo siguiente:

Los generadores elctricos de mayor velocidad son de menor costo, debido a sus devanados ms sencillos y ms fciles de montar, por lo tanto resulta ventajoso elegir una turbina de mayor velocidad especfica.

La turbina Kaplan es ms costosa que la Francis y la velocidad especfica de la turbina Kaplan es mayor de la turbina Francis, por lo cual se tiene que realizar un estudio tcnico-econmico comparativo generador turbina.

En los proyectos hidrulicos de pequea altura, (menos de 100 mt.) la experiencia ha demostrado que es mejor instalar el menor nmero de unidades. En el caso de instalar una sola unidad, la turbina Kaplan es la ms adecuada.

En los proyectos hidrulicos de mediana y gran altura (100 400 mt.) es ventajoso utilizar la turbina Francis, y se tiene que tomar en cuenta la caracterstica de rendimiento para determinar el nmero de unidades.

En los proyectos hidrulicos superiores a 400 mt. se debe instalar turbinas Pelton. Como estas turbinas tienen una buena caracterstica de rendimiento, permite instalar un reducido nmero de unidades.

La subdivisin de la capacidad del proyecto en dos o ms unidades tiene como consecuencia el encarecimiento de la instalacin.

DISPOSICION DE LA TURBINA Desde hace muchos aos se ha prescindido de la disposicin horizontal de la turbina. Con el incremento de las capacidades de las turbinas, sus pesos cada da son mayores y hacen preferible utilizar la disposicin vertical, de ms fcil apoyo a fin de eliminar las vibraciones. Adems los grupos horizontales exigen una mayor rea.

rea de la casa de mquinas de la turbina vertical < 0,5 del rea de la casa de mquinas de la turbina horizontal.

TUBO DE ASPIRACIONEl tubo de aspiracin sirve de enlace entre la turbina y el canal de desage y para aprovechar adems la altura entre la turbina y el desage.

En las turbinas Pelton no tiene importancia la distancia entre el centro del rodete y el nivel de agua del desage porque representa una altura pequea en comparacin con la altura total del recurso. Pero para las turbinas Francis, Hlice y Kaplan esta altura si es de importancia.

h. CASA DE MAQUINAS

En la casa de mquinas se montan las turbinas, los generadores elctricos, el sistema auxiliar y los sistemas de control, comando y proteccin de la central.

La casa de mquinas son de los siguientes tipos:

Al exterior

Casa de mquinas

Subterrnea

CASA DE MAQUINAS AL EXTERIOR

Estas se construyen sobre la superficie del terreno y conviene que la casa de mquinas est lo ms cerca posible del punto en que las aguas derivadas tengan que regresar al ro.

En las centrales en que la altura se la obtiene exclusivamente con la presa del embalse, lo mejor es situar la casa de mquinas cerca de la presa y se denomina central de pie de presa.

En otras ocasionas la casa de mquinas esta situada lejos del aprovechamiento hidroelctrico, esto sucede en los recursos de gran altura.

CASA DE MAQUINAS SUBTERRANEA

La casa de mquinas subterrnea se la construye en el interior de la montaa.

La ventaja de esta casa de mquinas es la seguridad y adems se la puede situar en el sitio ms conveniente, de acuerdo a la disposicin general de la central y permite disponer la tubera forzada y la chimenea en el interior de la montaa.

Los convenientes son los siguientes:

- No se puede disponer de grandes espacios, se tiene que usar una turbina de eje vertical.

- Dificultad para el acceso de maquinaria durante los perodos de montaje y mantenimiento.

- Posibilidad de filtraciones de agua.

- Dificultad psicolgica del personal, debido al problema de la claustrofobia.

La disposicin de los equipos en el interior de la casa de maquinas es la siguiente:

Casa de mquinas de un piso: En el mismo piso se instalan la turbina, el generador y la excitatriz, la turbina es de eje horizontal, esta disposicin es para centrales de pequea capacidad.

Casa de mquinas de dos pisos: En el primer piso se instala la turbina y en el segundo piso el generador y la excitatriz, la turbina es de eje vertical, y esta disposicin es para centrales de media capacidad.

Casa de mquinas de tres pisos: En el primer piso se instala la turbina, en el segundo el generador y en el tercero la excitatriz, la turbina es de eje vertical y esta disposicin es para centrales de gran capacidad.

i. CANAL DE DESAGE

Recoge el agua a la salida de la turbina para devolverla nuevamente al ro en el punto conveniente. A la salida de la turbina el agua tiene una velocidad importante y por lo tanto poder erosivo y para evitar erosiones del piso o paredes hay que revestir cuidadosamente el desemboque del agua.

CENTRALES ELECTRICASCAPITULO III

CENTRAL A VAPOR

3.1 INTRODUCCION

En la central a vapor se realiza una serie de conversiones de energa, para finalmente obtener energa elctrica. El esquema ms simple del ciclo de la central a vapor es el siguiente:

En la central a vapor se produce la siguiente conversin de energa:

3.2 TERMODINAMICA EN LA CENTRAL A VAPOR

a. ENERGIA

En la central a vapor se tiene la energa almacenada y la energa en transicin

Energa potencial

Energa cintica

Energa almacenadaEnerga interna

Energa

Energa de flujo

Energa en transicin Calor

Trabajo

Energa potencial.- Es la energa gravitacional es decir la fuerza de atraccin de la tierra.

EP = peso ( altura

EP = m ( g ( z [Joule]

Donde:

m = masa [Kg]

g = aceleracin de la gravedad [9.8 mt/s2]

z = altura [mt]

Energa cintica.- Es la energa que tiene una masa en movimiento y que viaja a una cierta velocidad.

Donde:

Energa interna.- Esta energa depende del movimiento de las partculas internas de la sustancia en consideracin. La cantidad de energa interna depende de las variables de estado: presin, temperatura y composicin qumica de la sustancia.

U = Energa interna [BTU]

Energa de flujo.- Es la energa que posee un fluido en un ducto.

EF = m ( p ( v [Joule]

Donde:

m = masa [kg]

p = presin [N/mt2]

v = volumen especfico [mt3(Kg]

Calor.- Debido a la diferencia de temperatura se puede transferir calor por conduccin o radiacin.

Trabajo.- Debido a la diferencia de presin se puede transferir trabajo. La presin actuando a travs de una distancia se la llama trabajo mecnico.

b. PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

La primera ley de la termodinmica est relacionada con la conservacin de la energa. Esta ley establece: la energa no puede ser creada ni destruida, solamente cambiada de una forma a otra.

Para un sistema de flujo de estado estable:

Energa que est entrando al sistema = Energa que est saliendo del sistema.

En estado estable no hay cambio en la masa del sistema:

Masa que est entrando al sistema = Masa que est saliendo del sistema.

Al aplicar la primera ley de la termodinmica a la caldera se tiene lo siguiente.

La ecuacin de la primera ley de la termodinmica de la caldera:

EP1 + EC1 + EF1 + U1 + Q = EP2 + EC2 + EF2 + U2 + W

Q W = (EP + (EC + (EF + (U(EP = EP2 - EP1 = Variacin de la energa potencial.

(EC = EC2 - EC1 = Variacin de la energa cintica

(EF = EF2 - EF1 = Variacin de la energa de flujo

(U = U2 - U1 = Variacin de la energa interna.

Donde:

(EP = m2 g Z2 m1 g Z1

m2 = m1

(EP = m g (Z2 Z1) [Joule]

[Joule]

(EF = m (p2 v2 p1 v1) [Joule]

Joules ( 9,48 ( 10-4 = BTU

Q W = mg(Z2 Z1)9,48(10-4 + 9,48(10-4 + m(p2v2 p1v1)9,48(10-4 +U2U1

La energa interna y la energa de flujo es energa almacenada que dependen de las mismas variables de estado, y no pueden cambiar independientemente.

Por lo tanto se define a la entalpa H :

H = U + mpv ( 9,48(10-4 [BTU]

Q W = mg (Z2 Z1) 9,48(10-4 + 9,48(10-4 + H2 H1

En la caldera se tiene lo siguiente:

W = 0,0

Z2 ( Z1

De esta manera, en la caldera el calor que entrega la fuente trmica es la siguiente.

Q = H2 H1 [BTU]

La comparacin de las variables de estado de la caldera, del agua de alimentacin y del vapor de salida, se tiene en el siguiente diagrama:

TURBINA

Al aplicar la primera ley de la termodinmica a la turbina se tiene lo siguiente:

La ecuacin de la primera ley de la termodinmica de la turbina:

Q W = mg(Z2 Z1)(9.48(10-4 + (9.48(10-4 + H2 H1

En la turbina se tiene lo siguiente:

QENTRA = QSALE ( Q = 0

Z2 ( Z1

De esta manera, el trabajo que entrega la turbina es la siguiente:

W = H1 H2 [BTU]

La comparacin de las variables de estado de la turbina, del vapor que entra y del vapor que sale, se tiene en el siguiente diagrama:

c. ENTROPIA

Generalmente se calcula cambios de entropa y por lo tanto se la define en funcin de una variacin.

Al aplicar el concepto de la entropa a la caldera se tiene lo siguiente:

dQ = Tds

Q =

La integracin TdS de 1 a 2 da la cantidad de calor transferida por la fuente trmica.

d. CAMBIO DE FASE

En el ciclo de la central a vapor se tiene el siguiente cambio de fases:

Se tiene los diagramas en funcin de las variables de estado que varan en el ciclo de la central a vapor:

Los procesos en la central a vapor pueden ser los siguientes:

Volumen constante o isomtrico

Presin constante o isobrico

Temperatura constante o isotrmico

Entropa constante o isoentrpico

e. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA

En el ciclo de la central a vapor:

QF = calor que entrega la fuente trmica.

QC = % de QF que se entrega al agua de circulacin.

W = % de QF que se transforma en trabajo.

Al aplicar la primera ley de la termodinmica al ciclo, considerando como un sistema que no tiene flujo de sustancia:

Q W = (U

Q = QF QC y W = QF QC(QF - QC) - (WF - WC) = (U = 0

Esto indica que no hay cambio de energa interna y por lo tanto no se puede aplicar la primera ley de la termodinmica a un proceso cclico. Debe haber otra ley que determina el proceso cclico en el sistema y es la segunda ley de la termodinmica, la cual establece:

Ningn sistema que funciona siguiendo ciclos puede convertir en trabajo todo el calor que se suministra a la sustancia de trabajo, esta tiene que descargar o ceder parte de su calor a un sumidero naturalmente accesible.

Debido a esto se conoce la segunda ley como la ley de la degradacin de la energa.

3.3 CICLOS DE LA CENTRAL A VAPOR

a. CICLO DE RANKINE

El ciclo bsico de la central a vapor es el ciclo de Rankine:

El ciclo de Rankine es el ciclo bsico utilizado en las plantas a vapor:

La eficiencia del ciclo es la siguiente:

Para incrementar la eficiencia del ciclo bsico de Rankine, se tiene los siguientes ciclos:

Primario

Ciclo con recalentamiento

Ciclo

Primario y Secundario

Ciclo regenerativo

Ciclo con recalentamiento y regenerativo

b. CICLO CON RECALENTAMIENTO PRIMARIO

En este ciclo se recalienta el vapor que sale del domo superior. El vapor se recalienta en el recalentador.

En este ciclo se obtienen las siguientes ventajas::

Mayor eficiencia del ciclo.

El contenido de humedad del vapor en la salida de la turbina produce un desgaste mecnico en los labes de la turbina (erosin). El contenido de humedad en 2 debe estar por debajo de un valor lmite de seguridad (12%) de humedad en el vapor.

c. CICLO CON RECALENTAMIENTO PRIMARIO Y SECUNDARIO

En este ciclo la caldera tiene el recalentador primario y el recalentador secundario, y la turbina est dividida en dos partes, la una que corresponde a alta presin y la otra a media y baja presin.

En este ciclo se obtienen las siguientes ventajas:

La eficiencia del ciclo aumenta.

La eficiencia de la turbina se incrementa.

El exceso de humedad es obviado.

d. CICLO REGENERATIVO

En este ciclo se precalienta el agua de alimentacin utilizando vapor extrado de la turbina.

3.4 CALDERA

Es un recipiente hermticamente cerrado, alimentado con agua, que al recibir el calor de la fuente trmica genera vapor a alta presin y alta temperatura.

a. CONSTITUCION DE LA CALDERA

La caldera esta constituida principalmente por los domos y los tubos que unen los domos.

La caldera se presenta en el siguiente diagrama:

En al caldera se produce la circulacin natural agua-vapor.

La circulacin natural se debe a la diferencia de peso entre dos columnas de lquido, la ms liviana se eleva y la ms pesada desciende. En los calderos las dos columnas estn a la misma temperatura T. La diferencia de peso se debe a la presencia de vapor en una de las columnas debido al calor Q.

La intensidad de la circulacin es mayor cuando se incrementa el volumen de vapor de la columna ascendente, por lo tanto conviene producir vapor en la parte inferior de la caldera.

Cuando se eleva la presin de la caldera se disminuye el volumen especfico del vapor y aumenta el volumen especfico del agua [mt3/Kg], por lo tanto cuando mayor es la presin de la caldera se disminuye la diferencia de peso de las columnas y como consecuencia es menor la circulacin natural.

En las proximidades de la presin crtica ((230 Kg/cm2) la circulacin natural no es posible porque vesf. agua = vesf. vapor.

La circulacin natural es posible hasta la presin de 180 Kg/cm2 , en estas calderas se utiliza una fuerza exterior para la circulacin agua-vapor.

El domo inferior sirve para balancear el flujo en los tubos descendentes y ascendentes y tambin constituye un lugar para acumular la suciedad y los slidos del sistema y por medio de purgas se los enva al exterior.

Los elementos principales de la caldera son los siguientes:

CALENTADORES Y RECALENTADORES

ECONOMIZADOR

PRECALENTADOR DE AIRE

EQUIPO DE COMBUSTION

TIRO

b. CALENTADORES Y RECALENTADORES

Hay dos tipos de calentadores y recalentadores:

Tipo conveccin

Tipo radiacin

Los calentadores y recalentadores se los presenta en el siguiente diagrama:

Tipo conveccin.- Estos calentadores y recalentadores reciben la energa de los gases de la combustin y no directamente de la llama. Al aumentar la capacidad de la caldera, se incrementa la temperatura del vapor. Son los ms simples, menos caros y los ms usados.

Tipo radiacin.- Estos calentadores y recalentadores reciben la energa por radiacin directa de la llama. Al aumentar la capacidad de la caldera, se disminuye la temperatura del vapor.

La combinacin de calentadores y recalentadores conveccin radiacin es la ms adecuada, para mantener la temperatura constante.

La variacin de la temperatura de vapor en funcin de la capacidad de la caldera se presenta en el siguiente diagrama:

c. ECONOMIZADOR

Los gases de la combustin al final de su recorrido por los tubos de la caldera todava tienen una cantidad de energa, es decir calor. Para aprovechar esta energa se utiliza el economizador, que es un intercambiador de calor. El agua de alimentacin se la precalienta en el economizador hasta una temperatura cercana a la de ebullicin.

El economizador se presenta en el siguiente diagrama:

d. PRECALENTADOR DE AIRE

En este intercambiador de calor los gases que vienen del economizador son usados para precalentar el aire que va al hogar para la combustin. El precalentador de aire tipo regenerativo es el que normalmente se utiliza

El precalentador de aire tipo regenerativo consiste de un cilindro que tiene canastas llenas de lminas metlicas y gira a 2 3 RPM. El cilindro esta colocado dentro de un ducto dividido en dos partes. Por uno de los lados del ducto pasan los gases calientes y las lminas metlicas absorben el calor de los gases. A medida que gira el cilindro, las planchas calientes pasan al lado por donde circula el aire en sentido contrario al de los gases y se produce la transferencia de calor de las lminas al aire.

El precalentador de aire se presenta en el siguiente diagrama:

e. EQUIPO DE COMBUSTION

El equipo de combustin esta constituido por el hogar y los quemadores.

HOGAR

La combustin depende de la mezcla del combustible con el oxgeno del aire a una temperatura adecuada. La funcin del hogar es la de suministrar un espacio donde se pueda establecer una temperatura capaz de producir y mantener la combustin.Para que funcione satisfactoriamente un hogar depende de la temperatura, la turbulencia y el tiempo.

TEMPERATURA

Cada combustible tiene una temperatura de encendido, cuando en el hogar hay una temperatura por debajo de la de encendido, no se produce la combustin. Si la temperatura del hogar baja de la temperatura de encendido la combustin cesa.

TURBULENCIA

La turbulencia permite una mejor mezcla del oxgeno con el combustible, lo cual ayuda la combustin. La cantidad de aire de exceso disminuye, el largo de la llama disminuye y la combustin es ms completa.

TIEMPO

La combustin no es un proceso instantneo y necesita de un cierto tiempo para completarla. Los hogares se construyen de ladrillo refractario que resisten altas temperaturas y no se destruyen por efecto de la ceniza que lo golpea.

QUEMADOR

Para quemar el combustible lquido es necesario esparcir el lquido en forma de roco, compuesto de pequeas gotas de manera que exista la mayor rea posible de contacto entre el combustible y el aire, es decir en el quemador se atomiza el combustible.

Para atomizar el combustible se tiene los siguientes mtodos:Aire comprimido

Atomizacin

Vapor saturado

Aire comprimido.- Se lo usa en instalaciones de pequea potencia debido al elevado costo de producir aire comprimido.

Vapor saturado.- Se utiliza vapor saturado a la presin proporcionada por la caldera.

La atomizacin con aire comprimido y vapor saturado, se presenta en el siguiente diagrama:

f. TIRO

En las plantas a vapor es necesario enviar los gases productos de la combustin al exterior, y se lo hace por circulacin natural o por circulacin forzada.

Para extraer los gases de la combustin se tienen dos tipos de tiro:

Tiro natural o circulacin natural

Tiro

Tiro mecnico o circulacin forzada

TIRO NATURAL

La circulacin natural se produce por diferencia de presin y temperatura entre masas de gases que ocupan un espacio.

El peso especfico del aire fro es mayor que el de los gases calientes, por lo cual se obtiene una diferencia de presin positiva que suministra aire y expulsa los gases del hogar.

Cuando en el hogar es posible suministrar el aire necesario para la combustin por medio de circulacin natural, a esto se llama tiro natural.

Si los gases producto de la combustin son enviados directamente a la atmsfera, el tiro que se obtiene es muy pequeo o la diferencia de presin entre la entrada de aire y la salida de gases es muy pequea.

La descarga de los gases en forma directa se la presenta en el siguiente diagrama:

Para incrementar el tiro o la diferencia de presin, se utiliza la chimenea para la descarga de los gases, la cual se presenta en el siguiente diagrama:

A la diferencia de presin se llama tiro natural terico, que en la prctica no se alcanza debido a la friccin de los gases en la chimenea y el hogar.

La prdida de tiro por friccin depende de la velocidad del flujo de gases por la chimenea. Si la chimenea tiene un dimetro pequeo, la velocidad es mayor y las prdidas tambin. Si la chimenea es de seccin ms grande la velocidad es menor y las prdidas tambin, pero su costo es mayor. Por lo tanto se debe realizar a un estudio tcnico - econmico.

TIRO MECANICO

Para una planta a vapor el tiro natural no es suficiente y por lo tanto es necesario producir un mayor tiro, a travs del tiro mecnico.

El tiro mecnico es de dos tipos:

Tiro forzado

Tiro mecnico

Tiro inducido

TIRO FORZADO

En el tiro forzado se instala un ventilador en el lado de suministro de aire. Se produce un incremento en la presin de entrada del aire, lo cual aumenta la diferencia de presin entre la entrada de aire y la salida de los gases.

El tiro forzado se presenta en el siguiente diagrama:

TIRO INDUCIDO

En el tiro inducido se instala un ventilador entre la salida de los gases del hogar y la chimenea, este ventilador produce un pequeo vaco (presin menor que la atmosfrica) en el hogar y extrae los gases, envindoles al exterior a travs de la chimenea. Este ventilador es caro y su mantenimiento es alto, debido a que maneja gases corrosivos.

El tiro inducido se presenta en el siguiente diagrama:

Algunas plantas usan una combinacin de los dos tiros y se dice que la planta tiene un tiro balanceado o equilibrado.

3.5 TURBINA

Es la mquina motriz en la cual la energa trmica se convierte en energa cintica y luego en energa mecnica.

Los tipos de turbinas son las siguientes:

Turbina de impulso

Turbina

Turbina de reaccin

a. TURBINA DE IMPULSOLa turbina de impulso est constituida bsicamente de la tobera y el rotor.

TOBERA

La tobera es fija y en la cual se convierte la energa trmica del vapor en energa cintica, cuando el vapor se dirige en forma de chorro a alta velocidad para incidir sobre los labes.

ROTOR

El rotor consiste de labes montados sobre un eje y en el cual se convierte la energa cintica en energa mecnica, cuando los chorros de vapor inciden sobre los labes del rotor.

La turbina de impulso se presenta en el siguiente diagrama:

TURBINA DE IMPULSO SIMPLE

La turbina de impulso simple consiste de una rueda de toberas seguida de una rueda de labes.

El corte seccional de la turbina de impulso se presenta en el siguiente diagrama:

Las toberas se instalan de manera que dirijan el flujo de vapor lo ms convenientemente posible sobre los labes.

Lo ideal sera dirigir el flujo de vapor de manera que incida normalmente sobre los labes. Pero en la prctica esto no es posible y se lo dirige con un ngulo (, llamado ngulo de la tobera, y se procura que sea lo ms pequeo posible.

La variacin de la presin del vapor y de la velocidad del vapor en la turbina de impulso son presentados en el siguiente diagrama:

La presin del vapor se disminuye al pasar por la tobera y luego se mantiene constante en su paso por los labes. La velocidad del vapor aumenta al pasar por la tobera y se disminuye al pasar por los labes, debido al trabajo que se realiza.

TURBINA DE IMPULSO DE ETAPAS MULTIPLES

La turbina de impulso de etapas mltiples tiene su origen en el siguiente anlisis:

La velocidad de la turbina es:

Donde:

n = velocidad del rotor [RPM]

D = dimetro del rotor [mt]

En la actualidad la velocidad tangencial mxima es aproximadamente 400 mt/seg. Esta es la velocidad que los materiales de construccin de la turbina pueden soportar para resistir los esfuerzos debidos a la fuerza centrfuga.

EJEMPLO

Si Veloc. Tang. =400 y D = 1 mt.

La velocidad de la turbina es tan elevada que no tiene aplicacin prctica, para la frecuencia de 60 cps la mxima velocidad de un generador es de 3600 RPM, lo cual significa que para acoplar la turbina con el generador se tendra que utilizar engranajes de reduccin, y complicara extraordinariamente la instalacin.

Si se desea reducir la velocidad = 3600 RPM.

El dimetro de la turbina es demasiado grande, para resolver el problema y aprovechar al mximo la energa contenida en el vapor con un buen rendimiento, sin que el rotor tenga dimensiones exageradas y ni la velocidad de la turbina sea excesiva, se utilizan las turbinas mltiples.

La turbina de etapas mltiples consiste en varias turbinas simples montadas sobre el mismo eje, una a continuacin de otra.

Las turbinas mltiples son de los siguientes tipos:

Etapas de presin

Turbina mltiple

Etapas de velocidad

b. TURBINA DE ETAPAS DE PRESION

La turbina de etapas de presin se presenta en el siguiente diagrama:

La presin de vapor se disminuye en las ruedas de toberas o de labes fijos y se mantiene constante en las ruedas de labes mviles.

La velocidad del vapor se incrementa en las ruedas de toberas o de labes fijos y se disminuye en las ruedas de labes mviles debido al trabajo que se realiza.

c. TURBINA DE ETAPAS DE VELOCIDAD

La turbina de etapas de velocidad se presenta en el siguiente diagrama:

En esta turbina las ruedas de labes fijos desde la segunda etapa no son toberas, sino que sirven solamente para cambiar la direccin del flujo de vapor.

El vapor se expande al mximo o se disminuye a una presin mnima en la rueda de toberas de la primera etapa y luego se mantiene constante en las dems etapas.

La velocidad del vapor se incrementa en la rueda de toberas de la primera etapa y en la rueda de labes fijos de las dems etapas el vapor simplemente cambia de direccin para incidir en una segunda rueda de labes mviles.

La velocidad del vapor se disminuye en las ruedas de labe mviles por el trabajo que se realiza.

d. TURBINA DE REACCIONEn la turbina de reaccin la expansin del vapor se realiza tanto en las toberas como en los labes del rotor.

La turbina de reaccin se presenta en el siguiente diagrama:

La presin del vapor se disminuye en las ruedas de labes fijos y mviles de cada una de las etapas.

La velocidad del vapor se incrementa en las ruedas de labes fijos y se disminuye en las ruedas de labes mviles por el trabajo que se realiza.

3.6 CONDENSADOR

Para la mxima expansin del vapor en la turbina, el vapor que sale de la turbina debe ir a un recipiente prcticamente vaco de aire, el condensador, y el vapor se condensa al ponerse en contacto con los tubos del condensador, en los que circula por su interior el agua fra de circulacin.

El condensador se presenta en el siguiente diagrama:

El agua de circulacin entra en la parte superior de la caja de agua y sale por la parte inferior.

El vapor proveniente de la turbina pasa por el ducto que une la turbina con el condensador y luego pasa al condensador donde al ponerse en contacto con la superficie de los tubos se produce la transferencia de calor del vapor al agua de circulacin, obtenindose como resultado que el vapor se condensa y el agua de circulacin se calienta.

El aire y los gases no condensables son extrados por medio de una bomba de vaco del tipo de eyectores.

El agua de circulacin proviene de ros, lagos, mar y es corrosiva, por lo tanto los tubos del condensador son hechos de materiales especiales resistentes a la corrosin. Cuando el agua de circulacin es agua salada se utiliza un sistema de proteccin electroltica o catdica para evitar la corrosin.

La temperatura del vapor que sale de la turbina vara ligeramente en operacin normal y considerablemente en el arranque y parada por lo cual es necesario de un mtodo para que la expansin y contraccin del ducto que une la turbina y condensador no tenga ningn dao. Para ello, entre el ducto y el condensador se instala una junta de expansin flexible para que absorba las expansiones o contracciones.

3.7 PRECALENTADORES DE AGUA

Para producir energa en forma econmica, es preciso utilizar la mxima cantidad de calor que se obtiene del combustible. El calor que podra perderse en el vapor de escape de la turbina se aprovecha para precalentar el agua de alimentacin de la caldera.

Los precalentadores de agua son de los siguientes tipos:

Precalentador cerrado o de superficie

Precalentadores de agua

Precalentador de contacto directo o desareador

a. PRECALENTADOR CERRADO O DE SUPERFICIE

En este precalentador no hay contacto directo entre el vapor de extraccin y el agua de alimentacin.

El vapor se extrae de la turbina y se lo enva al precalentador donde se produce la transferencia de calor del vapor de extraccin al agua de alimentacin a travs de las paredes de los tubos. Como resultado, el vapor se condensa y el agua de alimentacin se calienta.

El precalentador de agua cerrado o de superficie se presenta en el siguiente diagrama:

b. PRECALENTADOR DE CONTACTO DIRECTO O DESAREADOR

En este precalentador hay contacto directo entre el vapor de extraccin y el agua de alimentacin.

El agua entra al condensador del precalentador y acta como medio refrigerante, para luego ser rociada sobre bandejas que tienen el propsito de disgregar el agua en gotas para presentar la mayor superficie de calentamiento posible.

El precalentador de contacto directo o desareador se presenta en el siguiente diagrama:

El vapor de extraccin fluye hacia arriba en contracorriente del agua y se mezcla con el agua, produciendo una transferencia de calor directa del vapor al agua, de tal manera que casi todo el vapor se condensa y el agua que se calienta se acumula en el tanque.

El vapor que no se condensa por contacto directo con el agua, es recibido por el condensador y se condensa utilizando como fluido refrigerador el agua de alimentacin. Adems se logra la extraccin de los gases no condensables que son corrosivos y expulsados a la atmsfera.

CENTRALES ELECTRICAS

CAPITULO IV

CENTRAL A GAS

4.1 INTRODUCCION

En la central a gas se aprovecha directamente la energa desarrollada en la combustin y almacenada en los gases productos de la combustin.

Los gases de la combustin se expanden en la turbina de manera similar como lo hace el vapor en las turbinas de vapor.

El ciclo de la central a gas se presenta en el siguiente diagrama:

En la central a gas se produce la siguiente conversin de energa:

4.2 CICLO DE LA CENTRAL A GAS

El ciclo de la central a gas se presenta en el siguiente diagrama:

El aire entra en el compresor a la presin atmosfrica y es comprimido isotrpicamente desde 1 a 2. De 2 a 3 se adiciona calor, que produce un aumento en el volumen del fluido. De 3 a 4 se produce la expansin de los gases en la turbina. En el punto 4 los gases se descargan al exterior.

Donde:

= Rendimiento del ciclo

Q1 = Calor de la fuente trmica

Q2 = Calor que va a la atmsfera

W = Trabajo realizado por la turbina

4.3 COMPRESOR

A presin atmosfrica la combustin de la mezcla combustible aire no produce suficiente energa. La energa liberada por la combustin es proporcional a la cantidad de aire, por lo tanto se necesita ms aire para incrementar la produccin de la energa, por lo cual el aire debe comprimirse con el objeto de que se pueda mover en un volumen dado la mxima cantidad de aire.

El compresor que normalmente se utiliza es el de tipo axial y est constituido por dos elementos: el rotor y el difusor.

El compresor axial se presenta en el siguiente diagrama:

En el compresor axial, tanto el rotor como el difusor estn constituidos por ruedas de labes. Las ruedas del rotor estn fijas al tambor rotativo, y las del difusor a la cubierta exterior.

El aire fluye en la direccin axial a travs de la serie de labes del rotor y del difusor. La presin del aire aumenta cada vez que pasa por los labes mviles y fijos.

La velocidad del aire en el rotor aumenta y en el difusor diminuye, estos sucesivos incrementos y decrementos de velocidad prcticamente se anulan unos a otros, teniendo como resultado que la velocidad del aire que sale del compresor es ligeramente superior a la del aire que entra.

El compresor axial produce razones de compresin de manera eficiente:

4.4 CAMARA DE COMBUSTION

En la cmara de la combustin se produce la combustin de la mezcla combustible aire. La cmara de la combustin est constituida principalmente por el distribuidor, las toberas y los quemadores.

La cmara de la combustin se presenta en el siguiente diagrama:

El combustible desde el exterior es introducido a la mquina por medio del distribuidor y las toberas. El distribuidor distribuye el combustible a todos los quemadores. La tobera atomiza el combustible formando un sistema a presin que asegura un chorro finamente atomizado y de distribucin uniforme a cualquier cantidad de flujo de combustible para cualquier porcentaje de carga que se pueda presentar durante la operacin de la mquina. Los gases de la combustin deben tener una distribucin satisfactoria de temperatura y una temperatura mxima aceptable al entrar a la turbina, esta temperatura da una indicacin de la temperatura en el rea de la combustin.

4.5 TURBINA

La turbina tipo axial es la que se utiliza para la produccin de energa elctrica.

La turbina axial est constituida por el estator y el rotor. El estator est provisto de labes distribuidores o directrices y el rotor de labes motrices.

Los gases entran con cierta velocidad a los labes del distribuidor y salen desviados con una velocidad mayor, transformndose la energa trmica de los gases en energa cintica. La energa cintica as obtenida se transforma en energa mecnica al incidir sobre los labes motrices. Las turbinas pueden ser de una o varias etapas.

La turbina del generador de gases tiene el tamao necesario para mover el compresor. En cambio la turbina del generador elctrico debe tener las dimensiones para aprovechar al mximo la energa trmica de los gases.

La turbina puede operar no acoplada al generador de gases o a travs de un engranaje de reduccin. En las unidades tipo jet, la turbina del generador elctrico no est acoplada al generador de gases, y se la llama turbina libre.

En la turbina tipo industrial la turbina del generador elctrico est acoplada al generador de gases a travs de una caja de engranaje.

La turbina libre se presenta en el siguiente diagrama:

4.6 SISTEMAS AUXILIARES

En la central a gas se tienen los siguientes sistemas auxiliares:

Sistema de combustible

Sistema de lubricacin

Sistema de encendido

Sistema de arranque

a. SISTEMA DE COMBUSTIBLE

La funcin del sistema de combustible es entregar el combustible a la mquina en las condiciones adecuadas de presin, cantidad y limpieza.

En el sistema de combustible se distingue:

Externo del rea de la mquina

Sistema de combustible

Interno del rea de la mquina

SISTEMA DE COMBUSTIBLE EXTERNO

Un tpico sistema de combustible externo se presenta en el siguiente diagrama:

Tanque de combustible.- Es el recipiente donde se almacena el combustible y sus dimensiones depende de la capacidad de almacenamiento requerido.

Filtros y centrifugadora.- Estos sirven para remover del combustible la suciedad y el agua. El agua es perjudicial para los labes de la turbina porque produce corrosin por la formacin de cidos.

Bombas de combustible.- Hay dos bombas de combustible una AC y otra DC.

La bomba AC es la que trabaja durante la operacin normal de la unidad.

La bomba DC se la utiliza cuando la bomba AC se desenergiza o hay una baja presin de combustible. Para evitar una sobrepresin se energiza la bomba DC cuando la presin del combustible ha bajado a un cierto valor que es sensada por el interruptor de presin. El mismo interruptor de presin desconecta la bomba DC cuando la presin es normal.

Medidor de flujo.- Sirve para medir el flujo de combustible, cuando se necesita determinar la eficiencia de la unidad.

Vlvula solenoide.- Esta vlvula acta para evitar que el combustible entre al rea de la mquina cuando existe la presencia de fuego. Esta vlvula es accionada normalmente por el sistema de proteccin contra incendio.

SISTEMA DE COMBUSTIBLE INTERNO

Un tpico sistema de combustible interno se presenta en el siguiente diagrama:

Bomba de combustible.- Sirve para entregar a la mquina el combustible a una determinada presin y cantidad, esta bomba es accionada por la misma mquina.

Vlvula moduladora.- Sirve para establecer y mantener un flujo de combustible de acuerdo a la potencia de salida del generador elctrico. Esta vlvula es operada y controlada por el control de combustible.

Vlvula de cierre y corte.- Esta vlvula corta el flujo de combustible a la mquina por operacin de un elemento de proteccin elctrico o mecnico. Esta vlvula es operada por el control de combustible.

Vlvula de presurizacin.- Asegura el flujo de combustible para una apropiada atomizacin y que la combustin se efecte eficientemente.

Aire de atomizacin.- Ciertas unidades utilizan aire de atomizacin solo para el encendido y otras para operacin continua y normal.

b. SISTEMA DE LUBRICACION

El aceite del sistema de lubricacin sirve tanto para enfriar como para lubricar las chumaceras y para control hidrulico.

Un tpico sistema de lubricacin externo del generador de gases se presenta en el siguiente diagrama:

Tanque de aceite.- Es el recipiente donde se almacena el aceite y tiene un sensor de nivel de aceite que da seales de indicacin, alarma y disparo.

Bombas.- Sirven para entregar el aceite a una presin adecuada.

Enfriador.- Se lo utiliza para enfriar el aceite y tiene un control que permite que pase ms o menos aceite por el radiador, de acuerdo a la temperatura que se sensa a la salida del enfriador. Luego se tiene un sensor de temperatura que da seales de indicacin, alarma y disparo.

En la entrada del aceite a la mquina se tiene un sensor de presin que da seales de indicacin, alarma y disparo.

Detector de partculas.- En la salida del aceite de la mquina se instala un detector de partculas para sensar la presencia de partculas metlicas.

c. SISTEMA DE ENCENDIDO

Para el encendido de la unidad se utiliza la buja, que es un elemento instalado en el interior de la cmara de combustin y que sirve para encender la mezcla del combustible y el aire durante el proceso de arranque. Como resultado se tiene la presencia de la llama en la cmara de combustin.

El circuito elctrico de encendido se presenta en el siguiente diagrama:

El primario del transformador est alimentado por baja tensin, el transformador aumenta el voltaje hasta aproximadamente 2 KV, el rectificador permite el flujo de corriente al condensador en un solo sentido, el condensador almacena una gran cantidad de energa y el alto voltaje ioniza el aire de los terminales de la buja, produciendo una chispa. Una vez producida la chispa se establece un paso de baja resistencia por el cual se descarga la gran cantidad de energa elctrica almacenada en el condensador. El resultado es un punto de calor muy intenso que es capaz de encender rpidamente la mezcla combustible aire en la cmara de combustin.

d. SISTEMA DE ARRANQUE

La unidad a gas es arrancada por hacer rotar el compresor. Si el generador de gases tiene dos compresores, el compresor de alta presin es usualmente el que se hace rotar con el arrancador.

Una curva tpica de arranque se presenta en el siguiente diagrama:

En la curva de arranque se tiene lo siguiente:

En el tiempo t0 se energiza el arrancador

Aproximadamente al 25 % de la velocidad del compresor, se energizan las bujas

Luego se energiza la bomba de combustible

Aproximadamente al 40 % de la velocidad del compresor se produce el encendido, es decir se tiene la presencia de la llama en los quemadores

Aproximadamente al 60 % de la velocidad del compresor la mquina obtiene la energa para su propia aceleracin.

Luego se desenergizan las bujas y el arrancador.

Desde t0 hasta t1, el arrancador acta solo.

Desde t1 hasta t2, el arrancador y la propia mquina suministran la energa para la aceleracin.

Desde t2 en adelante, la mquina provee la energa para llegar a la velocidad de vaco de estado estable.

Los arrancadores son de los siguientes tipos:

Neumtico (aire)

Arrancadores

Combustin (diesel)

ARRANCADOR NEUMATICO

Este arrancador es usado en las unidades tipo jet. Una pequea turbina de aire es utilizada para el arranque, la cual se encuentra acoplada mecnicamente al rotor del compresor a travs de una caja de engranaje. Esta pequea turbina necesita de aire comprimido de un compresor externo, el aire debe tener el volumen y la presin suficiente para suministrar el torque de arranque requerido.

ARRANCADOR DE COMBUSTION (DIESEL)

Este tipo de arrancador se lo usa en las unidades tipo industrial. El arrancador es un motor a diesel, es decir una mquina de combustin interna.

CENTRALES ELECTRICAS

CAPITULO V

CENTRAL A DIESEL

5.1 INTRODUCCION

La central a diesel utiliza un motor de combustin interna de dos tiempos. La central y el motor a diesel elemental se presentan en el siguiente diagrama:

El motor a diesel elemental est constituido fundamentalmente por:

La tobera, que sirve para enviar el combustible a velocidad al interior del cilindro.

Cilindro, en el cual se comprime el aire, se produce la combustin y se expanden los gases.

Pistn, el cual sirve para comprimir el aire y los gases lo expulsan, realizando el trabajo.

Conductos, sirve para la entrada de aire y salida de gases.

5.2 CICLO DE FUNCIONAMIENTO

El ciclo de funcionamiento del motor a diesel se lo presenta en el siguiente diagrama:

.

En el ciclo de funcionamiento se tiene lo siguiente:

Se alimenta el cilindro con aire fresco, aumentando la cantidad de aire que contiene el cilindro.

El aire fresco que requiere la combustin es comprimido y llevado hasta la temperatura de encendido del combustible.

Cerca del punto muerto superior del pistn y durante un corto tiempo, se inyecta el combustible a alta velocidad en el cilindro, producindose la combustin.

Al expansionarse los gases de la combustin empujan el pistn hacia abajo hasta alcanzar el punto muerto inferior, realizando el trabajo sobre este. Se deja abierto simultneamente los conductos de salida de gases y de ingreso de aire. Con ello se escapan los gases expansionados y entra aire de barrido para expulsar los gases y al mismo tiempo se vuelve a llenar el cilindro con el aire necesario para el siguiente ciclo.

La potencia desarrollada y la potencia efectiva son las siguientes:

La fuerza sobre el pistn o mbolo:

F = S ( pm [Kg]

El trabajo del pistn o mbolo en una carrera:

T = F ( L [Kg mt]

En el motor de 2 tiempos, el ciclo completo se realiza en una revolucin del cigeal. Por lo tanto la potencia desarrollada:

Potencia efectiva:

Esta expansin es vlida para un cilindro. En un motor de Z cilindros:

Donde:

S = superficie del pistn o mbolo [mt2]

Pm = presin media [Kg/mt2]

L = carrera del pistn o mbolo, punto muerto inferior a punto muerto superior [mt]

n = velocidad [rpm]

Pd = potencia desarrollada en el cilindro [HP]

Pe = potencia efectiva [potencia desarrollada menos las prdidas] [HP]

Z = Nmero de cilindros

5.3 SISTEMAS AUXILIARES

Los sistemas auxiliares del motor a diesel son los siguientes:

Sistema de combustible

Sistema de enfriamiento

Sistema de toma de aire y escape de gases

Sistema de lubricacin.

Sistema de arranque

a. SISTEMA DE COMBUSTIBLE

Un tpico sistema de combustible se presenta en el siguiente diagrama:

Tanque de almacenamiento.- Es el recipiente donde se almacena grandes cantidades de combustible.

Bomba de transferencia.- Sirve para enviar el combustible del tanque de almacenamiento al tanque diario.

Tanque diario.- Es el recipiente donde se almacena el combustible para un da de operacin.

Filtro.- Sirve para remover la suciedad del combustible.

Bomba.- Sirve para enviar el combustible a la mquina a la presin y la cantidad necesarias.

Vlvula solenoide.- Se la utiliza para cortar el combustible a la mquina cuando se ha producido una falla elctrica o mecnica.

b. SISTEMA DE ENFRIAMIENTO

La combustin produce altas temperaturas. Una parte del calor producido es absorbido por las paredes del cilindro, pistn o mbolo, vlvulas, etc. Si estas partes no estn adecuadamente refrigeradas pueden alcanzar temperaturas tan elevadas como para producir daos que afectarn el motor.

Se tiene dos sistemas de refrigeracin: por agua y por aire.

Refrigeracin por agua.- El agua refrigera las partes calientes al circular por las camisas de agua que tienen el cilindro, pistn, vlvulas, etc. Esta refrigeracin es la ms utilizada en los motores lentos de gran potencia.

El sistema de refrigeracin por agua se presenta en el siguiente diagrama:

Refrigeracin por aire.- Este mtodo de refrigeracin se utiliza en los motores rpidos. En este sistema el aire sustrae directamente el calor de las paredes del cilindro y las otras partes calientes, se aspira aire de la atmsfera y a travs de conductos se lo impulsa a las partes calientes, los cuales estn provistos de aletas de refrigeracin.

En los motores pequeos se monta en el cigeal un ventilador. En los motores de mayor tamao se utiliza un ventilador turbina cuya velocidad es dos a tres veces mayor que la del motor.

c. SISTEMA DE TOMA DE AIRE Y ESCAPE DE GASESEl motor a diesel necesita de aire para la combustin. El aire de la atmsfera varia en temperatura y en contenido de polvo, por lo tanto es indispensable de un sistema de toma de aire, que se presenta en el siguiente diagrama:

El sistema comienza con una entrada instalada fuera del edificio y provista de un filtro para detener la suciedad, que de otra manera producira desgaste en el interior del motor.

El ruido del motor se transmite por el aire de entrada al exterior, por lo que se instala un silenciador entre el motor y la toma de aire.

El sistema de escape es importante porque se requiere que los gases vayan a la atmsfera de acuerdo con las siguientes condiciones:

Silenciar el escape, para lo cual se instala un silenciador.

Descargar el escape a suficiente altura, para que el aire de entrada no est sobrecalentado.

d. SISTEMA DE LUBRICACION

El sistema de lubricacin es vital en el motor a diesel debido a las altas presiones y grandes velocidades. La vida del motor y su eficiencia depende de la efectividad del sistema de lubricacin. El sistema de lubricacin a presin es el que normalmente se utiliza.

El sistema de lubricacin se presenta en el siguiente diagrama:

e. SISTEMA DE ARRANQUE

El motor a diesel no puede arrancar por si solo y necesita de un sistema de arranque, para lo cual se utiliza diversos dispositivos de arranque: aire comprimido, motor elctrico y motor auxiliar de gasolina.

En los motores lentos y de gran potencia, que son los ms utilizados en las centrales elctricas, se utiliza aire comprimido durante el perodo de arranque. El aire comprimido se admite en uno o ms cilindros del motor que le dan potencia para el arranque. Este sistema requiere de un compresor externo exclusivamente para el arranque y un depsito para almacenar el aire comprimido, unas veces el compresor est acoplado al motor y se desacopla cuando el depsito est lleno de aire comprimido. Otras veces el compresor es accionado por medio de un motor elctrico.

Las bombas de combustible se mantienen fuera de servicio mientras se alcanza la velocidad de trabajo con la potencia producida por el aire. Luego se cierra el aire y comienza la inyeccin del combustible.

Para los motores rpidos y de pequea potencia se utiliza el arranque elctrico. Un motor elctrico se acopla al motor diesel y lo hace girar hasta que entre en funcionamiento, desacoplndose despus. El motor elctrico es alimentado por una red auxiliar AC o por medio de un banco de bateras.

200

400

600

800

8760

Pmax

MW

ENERGIA

PUNTA

ENERGIA BASE

HORAS

CURVA DE DURACION DE LA CARGA

MW

3

6

9

12

15

18

21

24

PMIN

PMEDIA

PMAX.

HORAS

Z1

Z2

H

Nivel de referencia

1

2

~

~

Recurso

Presa

Casa mquinas

~

~

~

Contribuciones de agua (afluentes)

Embalse

Casa de mquinas

Tnel de conduccin

Presa

CENTRAL CON EMBALSE

~

Embalse superior

Embalse inferior

Casa de mquinas

CENTRAL CON EMBALSE Y BOMBEO

GRUPO MAQUINA SINCRONA TURBINA - BOMBA

MAQUINA

SINCRONA

TURBINA

BOMBA

A

B

C

Trazado artificial

Curso del ro

Tubera de desage

~

Chimenea de equilibrio

Embalse

Presa

Canal de derivacin

Tubera de presin

Casa de mquinas

DISPOSICION GENERAL DE LA CENTRAL HIDRAULICA

Embalse

~

Turbina

Tubera de presin

Chimenea

Canal de derivacin

Tubera de aspiracin

Tubera de desage

Presa

H4+H5+H6

HN

HB

H7

H2+H3

H1

HT

Agua sobrante

Embalse

Presa

Vertedero

PRESA DE DERIVACION

Embalse

Dorso

Presa

Coronacin

Talud

Base

Estribo

Presa

Embalse

Presa

ALIVIADERO DE SUPERFICIE

Canal de descarga

Presa

Embalse

Presa

Vertedero

ALIVIADERO DE CORONACION

Casa de Mquinas

~

Embalse

Presa

Toma de agua

TOMA DE AGUA

~

~

Presa

Canal derivacin

Toma de agua

Chimenea

Tubera Presin

Casa mquinas

TOMA DE AGUA

Embalse

Presa

Desage fondo

DESAGUE DE FONDO

CANAL EN DESMONTE

CANAL EN TUNEL

Turbina

Vlvula seccionamiento

Derivaciones

Tubera de presin

TUBERIA DE PRESION

Derivacin curva

TUBERIA DE PRESION

Entrada agua

Alabe

Salida agua

TURBINA DE ACCION

Alabe

Entrada agua

Salida agua

TURBINA DE REACCION

Tubera

Tobera

Alabe

Rodete

Aguja

Tobera

Alabe

TURBINA PELTON

.

Cmara de descarga

Rodete

Distribuidor

Alabe fijo

Eje

Tubera

TURBINA FRANCIS

Alabe mvil

Alabe mvil

Tubo de aspiracin

Tubera de presin

Distribuidor

Alabe fijo

Rodete

TURBINA HELICE

25%

50%

75%

100%

100%

(

Q

30%

CARACTERISTICA DE RENDIMIENTO DE LA TURBINA PELTON

TURBINA PELTON

25%

50%

75%

100%

100%

(

Q

60%

CARACTERISTICA DE RENDIMIENTO DE LA TURBINA FRANCIS

TURBINA FRANCIS

25%

50%

75%

100%

100%

(

Q

TURBINA HELICE

CARACTERISTICA DE RENDIMIENTO DE LA TURBINA HELICE

25%

50%

75%

100%

100%

(

Q

30%

TURBINA KAPLAN

CARACTERISTICA DE RENDIMIENTO DE LA TURBINA KAPLAN

25%

50%

75%

100%

100%

(

Q

95%

(s

(s(

(s((

CARACTERISTICAS DE RENDIMIENTO

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

100

500

2000

ns [RPM]

HN [mts]

270

Pelton

1 Tobera

2 Toberas

4 Toberas

Kaplan

lenta

Francis lenta

Francis normal

Francis rpida

Francis extra rpida

Kaplan normal

Kaplan

rpida

Kaplan

extra rpida

A

B

C

Q

Generador

Caldera

Fuente trmica

Turbina

Condensador

Vapor

Vapor

Lquido

Agua

Tm

Wm

Te

ESQUEMA DE LA CENTRAL A VAPOR

FUENTE TERMICA : COMBUSTIBLE

ENERGIA TERMICA : CONTENIDA EN EL VAPOR

ENERGIA CINTICA : CONTENIDA EN EL VAPOR A ALTA

VELOCIDAD CUANDO PASA LAS TOBERAS

DE LA TURBINA

ENERGIA MECANICA : ENERGIA DE ENTRADA AL GENERADOR

ENERGIA ELECTRICA : ENERGIA DE SALIDA DEL GENERADOR

Caldera

Fuente trmica

TERMICA

Q

Z1

Agua alimentacin

EP1

EF1

EC1

U1

Z2

EP2

EF2

EC2

U2

Vapor

EMBED Equation.3 2

EMBED Equation.3 1

Caldera

Agua alimentacin

Vapor

p1

T1

v1

p2

T2

v2

p1 ( p2

v1 ( v2

T1 ( T2

Turbina

W

EP1 EF1

EC1 U1

Vapor

EP2 EF2

EC2 U2

Vapor

QEntra

QSale

Turbina

Vapor

Vapor

p1

T1

v1

p2

T2

v2

p1 > p2

v1 > v2

T1 > T2

QEntra

S1

S2

(Q = QEntra QSale

(Q = calor que absorbe el sistema a la temperatura T

(S = S2 - S1

(S = cambio de entropa

QSale

Sistema

T

Caldera

Fuente trmica

Q

Agua alimentacin

Vapor

T1

S1

T2

S2

ds

1

2

S1

T1

T

S2

T2

S

T

Caldera

Fuente trmica

Turbina

Condensador

Vapor

Vapor

Lquido

Agua

Q

Lquido - vapor

Punto crtico

v, S

p, T

Vapor supercalentado

Lnea de vapor

o vapor saturado

Lquido

Lnea de lquido

o lquido saturado

Proceso

QF

Caldera

Fuente trmica

Turbina

Condensador

Vapor

Vapor

Lquido

Agua

W

QC

Lquido

Caldera

Fuente trmica

Turbina

Vapor

Vapor

Lquido

Agua

W

QC (agua circulacin)

Bomba de

alimentacin

WBA

1

2

3

4

QF

+Q = calor que entra al sistema

-Q = calor que sale del sistema

+W = trabajo que sale del sistema

-W = trabajo que entra al sistema

S

T

T2

T1

T1

S2

S1

Condensador

Turbina

Bomba

alimentacin

WNETO

WBA

Caldera

1

2

3

4

QC

Trabajo realizado por

la bomba alimentacin

Agua

Recalentador

Caldera

Fuente trmica

Turbina

Vapor

Vapor

Lquido

W

Bomba de

alimentacin

WBA

1


Leon de Bibliotecacuento leon

Leon de Bibliotecacuento leon

SUPREMO CONSEJO DE MEXICO DELEGACION PROVINCIAL DEL ESTADO DE NUEVO LEON ESTRUCTURA ORGANIZACIONAL ING. INOCENCIO LONGORIA RAMIREZ DELEGADO PROVINCIAL.

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Hojas de Trabajo Ing de Leon

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Sintesis Informativa del 07 de Octubre de 2012€¦ · CONGRESO . vuelt iór . AM LEON '#RALDO . HERALDO LEON' )laboracione s Ofl . AM GTO AM LEON . 07 AM LEON HERALŒO LEON' GOBIERNO

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jagarza.fime.uanl.mxjagarza.fime.uanl.mx/general/notas/ING. CESAR A.LEAL CHAPA.pdf · diseño digital m.c. césar augusto leal chapa . universidad nuevo auto noma leon facultad de

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NORMATIVA CATASTRAL EN PERU LEY DEL CATASTRO 28294 ING. GLADYS ROJAS LEON SUPERINTENDENCIA NACIONAL DE LOS REGISTROS PUBLICOS -SUNARP-

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