TRABAJO GENERAL DE TURBINAS DE GAS Y VAPOR

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“AÑO DEL BICENTENARIO DEL PERÚ”
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA, INFORMÁTICA Y MECÁNICA
CURSO: TURBINAS DE GAS Y VAPOR
DOCENTE: ING. HUAMANI GALLEGOS, Yuri
2021-I
2021
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN 
SELECCIÓN E INSTALACIÓN DE UNA TURBINA DE GAS EN ECHARATE APROVECHANDO EL GAS DE CAMISEA
OBJETIVO GENERAL 
  Seleccionar una turbina de gas para la producción de energía eléctrica.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS  
Realizar una correcta definición con respecto a  las turbinas de gas para la selección e instalación de la turbina 
Evaluar la potencia requerida para el suministro de energía a la población de Echarate. 
Dar a conocer la selección e instalación de la turbina apropiada para la demanda obtenida 
Identificar el impacto ambiental que generara la inserción de una turbina en la zona de estudio. Condiciones ambientales que podrían afectar el rendimiento de la turbina  
Realizar un análisis de los costos de la instalación de la turbina de gas en la instalación. 
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Figura 1 Funcionamiento de una turbina a gas
Obtenido https://comofunciona.co.com/una-turbina-de-gas/
TIPOS DE TURBINAS DE GAS
Turbina de gas Aero derivadas
Turbina de gas industriales
Turbina de cámara de combustión tipo silo
Turbina de cámara de combustión anular
Turbina de cámara de combustión tubo anular
Turbina monoeje
Turbina multieje
PARTES PRINCIPALES DE LA TURBINA DE GAS
Figura 2 Turborreactor
Obtenido de https://elmaquinante.blogspot.com/2019/02/turborreactores-introduccion.html
FUNCIONAMIENTO DE LAS TURBINAS DE GAS
Figura 3  funcionamiento de la turbina a gas
Obtenido de https://elmaquinante.blogspot.com/2019/02/turborreactores-introduccion.html
PRINCIPALES AVERIAS EN TURBINAS DE GAS
Fallos en casa de filtros
Fallos en álabes (compresor y turbina de expansión) 
Fallos en cámara de combustión 
PRINCIPALES AVERIAS EN TURBINAS DE GAS
Fallos del rotor 
Fallos de la carcasa 
Fallos en cojinetes 
Fallos de control y de la instrumentación 
DEMANDA Y CURVAS DE CARGA
Estimación de la población en el distrito de Echarate 
Situación económica
Potencia consumida por cada familia promedio 
DISPOSITIVOS TOMADOS EN CUENTA
ILUMINACIÓN EN LA VIVIENDA
Figura 3. Potencia promedio consumida por un foco incandescente. Fuente: http://www.electrosur.com.pe/AtencionCliente/SimuladorConsumo.
TELEVISOR
Figura 4. Potencia promedio consumida por un televisor 47 plg. Fuente: http://www.electrosur.com.pe/AtencionCliente/SimuladorConsumo.
LAPTOP
CONGELADOR
Figura 6. Potencia promedio consumida por un congelador. Fuente: http://www.electrosur.com.pe/AtencionCliente/SimuladorConsumo.
Figura 5. Potencia promedio consumida por una laptop. Fuente: http://www.electrosur.com.pe/AtencionCliente/SimuladorConsumo.
CARGADOR PARA CELULARES
Figura 7. Potencia promedio consumida por cargador de celular. Fuente: http://www.electrosur.com.pe/AtencionCliente/SimuladorConsumo.
EQUIPO DE SONIDO
Figura 8. Potencia promedio consumida por un equipo de sonido. Fuente: http://www.electrosur.com.pe/AtencionCliente/SimuladorConsumo.
LICUADORA
Figura 9. Potencia promedio consumida por una licuadora. Fuente: http://www.electrosur.com.pe/AtencionCliente/SimuladorConsumo.
ALUMBRADO PUBLICO
Figura 10. Alumbrado público. Fuente: https://diariocorreo.pe/peru/las-perlas-de-la-millonaria-municipalidad-de-echarate-527780/
CURVA DE CARGAS PARA UN DÍA CUALQUIERA
Tabla 1. Consumo de potencia de los diferentes dispositivos a lo largo del día para una familia promedio. Fuente: propia.
DIAGRAMA DE CONSUMO DE POTENCIA DE UNA FAMILIA PROMEDIO EN UN DÍA
Figura 11.   Diagrama de carga para el consumo de potencia de una familia promedio en Echarate. Fuente: propia.
ANÁLISIS DEL CONSUMO DE POTENCIA Y DETERMINACIÓN DE LA POTENCIA A INSTALAR
Tabla 2  Datos de equipamiento y consumo. Fuente: propia.
Tabla 3. Parámetros de demanda. Fuente: propia.
Tabla 4.Potencia requerida por la población. Fuente: Propia.
POTENCIA APROXIMADA REQUERIDA 
SELECCIÓN DE LA TURBINA
TURBINA A GAS
 No contamina
 Aplicación entre 28 a 35 mw.
 Funciona perfectamente supliendo la red local.
Figura 12. Turbina de Gas SGT-700
 Fuente: https://www.siemens-energy.com/global/en/offerings/power-generation/gas-turbines/sgt-700.html
CONOCIENDO LA NECESIDAD ENERGÉTICA DEL LUGAR DE APLICACIÓN SE ELIGIÓ.
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Figura 13. Turbina de Gas SGT-700 de 30 MW
 Fuente: https://www.siemens-energy.com/global/en/offerings/power-generation/gas-turbines/sgt-700.html
INSTALACION
Figura 14. Turbina de Gas SGT-700 Instalación 
Fuente: https://www.siemens-energy.com/global/en/offerings/power-generation/gas-turbines/sgt-700.html
Revisar la cimentación
Revisar las placas de anclaje
Obtener el dossier:
 Planos de instalación de turbina.
 Procedimientos de trabajo.
IMPACTO AMBIENTAL DE LA GENERACIÓN TERMO ELÉCTRICA DE UNA TURBINA DE GAS Y VAPOR
MATERIAL PARTICULADO (PM10)
Figura 15. Pila de humo de una caldera 
fuente https://es.dreamstime.com/pila-de-humo-la-caldera-f%C3%A1brica-image107404979
EL DIÓXIDO DE AZUFRE (SO2) 
Figura 16. Dióxido de azufre (SO2) emitido por la torre termoeléctrica 
Fuente: https://www.valladolid.es/es/rccava/contaminantes/dioxido-azufre-so2
MONÓXIDO DE CARBONO (CO)
Figura 17. Monóxido de carbono (CO). Emitido por la torre termoeléctrica
Fuente https://www.larepublica.net/noticia/la-clave-contra-las-emisiones-de-carbono-podria-estar-debajo-de-la-tierra
MÉTODOS DE PARA REDUCIR LAS DE EMISIONES DE CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS
FILTROS HEPA - FILTROS ULPA
Figura 18. Componentes de un filtro HEPA y formas de manejo de particulas
Fuente https://es.wikipedia.org/wiki/HEPA
TORRES DE ASPERSIÓN
Figura 19 .Torre de aspersión y sus partes
Fuente https://www.researchgate.net/figure/Figura-3-Esquema-de-la-torre-de-aspersion-vista-frontal-8-Figure-3-Spray-tower_fig3_43070228
TORRES DE PLATOS
Figura 20. Torre de platos
Fuente https://steemit.com/spanish/@frankjavier/torres-de-absorcion-de-gases-una-de-las-maneras-de-separar-las-mezclas-quimicas
LA RELACIÓN CON LAS CONDICIONES DE CONFORTABILIDAD HUMANA, DESARROLLO DE OTRAS ACTIVIDADES PRODUCTIVAS 
Figura 21. Productores de café del distrito de Echarati
Fuente: https://www.muniecharati.gob.pe/apoyo-a-los-productores-de-cafes-especiales-y-cacao-del-distrito-de-echarati/
 CONFORTABILIDAD HUMANA
 ACTIVIDADES PRODUCTIVAS
 Producción de café
 PRODUCCIÓN DE CACAO PRODUCCIÓN DE MIEL
Figura 22. Ganadores en feria de Palma real (Cacao)
Fuente :https://www.muniecharati.gob.pe/premiacion-a-los-ganadores-de-la-feria-en-palma-real/
Figura 23. Miel producida por el proyecto Apicola de la MDE
Fuente: https://www.muniecharati.gob.pe/presentacion-de-la-miel-producida-por-el-proyecto-apicola-de-la-mde/
PRODUCCIÓN DE TRUCHAS
Figura 24. Producción de truchas en la ceja de selva Echarati
Fuente: https://www.muniecharati.gob.pe/la-increible-produccion-de-truchas-en-la-ceja-de-selva-echaratina/
PROPIEDADES ATMOSFERICAS EN LA TURBINA DE GAS
Figura 25. Imagen referencial de la atmosfera en la tierra
Fuente: https://www.bbc.com/mundo/noticias-41038097
TEMPERATURA
Figura 26. Imagen referencial del vapor de agua en el aire
Fuente: https://www.bbc.com/mundo/noticias-41038097
HUMEDAD
Figura 27. Imagen referencial de la humedad en una ciudad. Fuente: https://andina.pe/agencia/noticia-demasiada-humedad-tu-casa-experto-del-senamhi-te-dice-como-reducirla-802942.aspx
PUNTO DE ROCIO
,
Figura 28. Imagen Carta Psicrometrica a nivel del mar
Fuente : Empresa VALCON
ESTADO DEL AIRE DE TURBINAS DE GAS TRABAJANDO EN AMBIENTES ADVERSOS         
FALLAS Y EFECTOS OCASIONADOS DEBIDO A LAS CONDICIONES DEL AIRE DE ENTRADA
CORROSIÓN
Figura 29. Corrosión en turbinas de gas
Fuente: (Sulzer, 2016)
EROSIÓN
Figura 30. Daños por erosión de una Turbina de Gas. Fuente: (Field Systems, 2006)
ENSUCIAMIENTO
Figura 31.Ensuciamiento productode residuos de carbón. Fuente: (Turbo Tect, 2016)
EVALUACIÓN DE LOS EFECTOS DE HUMEDAD Y TEMPERATURA EN EL RENDIMIENTO DE UNA TURBINA DE GAS
Tabla 5: temperatura mensual media entre los años 1987 - 2007 en el distrito de Echarate provincia de La Convención. Fuente: Servicio nacional de meteorología e hidrología (SENAMHI)
Tabla 6: de Humedad relativa entre los años 1987 - 2007 en el distrito de Echarate provincia de La Convención.
POTENCIA A CONDICIONES DE SITIO (Px) 
Para determinar la potencia efectiva a las condiciones de sitio, solo se tomará en cuenta el factor de temperatura 
= Consumo especifico de calor a condiciones de sitio
= Potencia a condiciones de ensayo
= Factor de corrección de la potencia por temperatura ambiente
CONSUMO ESPECÍFICO DE CALOR A CONDICIONES DE SITIO ( HRx)
= Factor de corrección de la potencia por temperatura ambiente
= Consumo especifico de calor(Heat Rate) a condiciones de ensayo, BUT/kWh
CONSUMO ESPECÍFICO DE COMBUSTIBLE A CONDICIONES DE SITIO (CEx)
= Consumo especifico de calor (Heat Rate) a condiciones de sitio, BUT/kWh
= Poder calorífico bajo del combustible (LHV), en BTU/MPCS.
CONSUMO HORARIO DE COMBUSTIBLE A CONDICIONES DE SITIO (Mcx)
= Consumo especifico de combustible por unidad de energía generada MPCS/kWh.
= Potencia Efectiva a las condiciones del sitio, en kW.
RENDIMIENTO TERMICO A CONDICIONES DE SITIO (Rx)
= Potencia Efectiva a las condiciones del sitio, en kW
= Flujo de masa de combustible de Potencia Efectiva, MPCS/h
COSTO TOTAL DE LA INSTALACION DE LA TURBINA SGT – 700 EN ECHARATE
Tabla 8. Calculo de costo total. Fuente: propia
CÁLCULO DEL TIEMPO 
DE RECUPERACION DE
 LA INVERSIÓN
Tabla 9. Cálculo del tiempo de recuperación de la inversión. Fuente: propia
Nota: El Excedente de la energía producida se ira al sistema interconectado. 
TIEMPO ​ DE RECUPERACION DE​ LA INVERSIÓN
Tabla 10. Tiempo de recuperación de la inversión. Fuente: propia
CONCLUSIONES 
Definir correctamente a las turbinas de gas nos facilita la comprensión adecuada para la selección e instalación de una turbina de gas.
 Después de haber evaluado a una unidad familiar del distrito de Echarati, en cuanto se refiere al consumo de potencia eléctrica dentro de un día; se generalizo para toda la población. De esta manera se concluye que la potencia que demandan dichos habitantes es de 30 Mw.
 Se dio a conocer la selección de la turbina a utilizar en el presente trabajo de investigación tomando en cuenta la demanda de 30 MW de necesidad energética, así como pasos aproximados para la preparación de la instalación de la misma.
Se conoció el impacto ambiental que generara la inserción de una turbina en la zona de estudio. Se analizo las condiciones ambientales que podrían afectar el rendimiento de la turbina.
El presupuesto fue cotizado en base a la investigación realizada, tomando de modelo otras instalaciones de turbinas a gas que poseen potencias similares, por ello el costo es una estimación aproximada producto de dicha investigación, a este costo se agrega los gastos requeridos por la operación de la instalación que estarán presentes en sus diferentes fases, también diferentes costos de materiales, insumos y servicios.
RECOMENDACIONES 
Seleccionar y conocer las características físicas y mecánicas de la turbina para que su trabajo sea optimo en dicha maquina la cual se instalara en dicha localidad.
Tener conocimientos de cursos de turbo máquinas 1 y 2 y termodinámica 1 y 2 para la compresión de la turbina de gas.
Para la selección de turbina se recomienda tener datos de un estudio de la plataforma en la que será instalada ya que podría haber problemas con una plataforma inadecuada.
Tener conocimiento de los diferentes contaminantes que emite el uso de combustibles para el funcionamiento de la turbina gas.
Se recomienda tomar en consideración evitar las épocas de lluvia para la instalación de la turbina, por las condiciones que esta genera en el lugar de instalación como son derrumbes, aumento de nivel del agua de ríos, huaycos y otros, que traería como consecuencia un incremento de inversión económica y de tiempo en dicha instalación.
BIBLIOGRAFÍA
MAVAINSA. (2005). Turbinas de vapor. 
RENAVE. (13 de septiembre de 2021). Turbinas de gas. Obtenido de http://www.turbinasdegas.com/principales-averias
Sammak, M. (2006). Anti-Icing in Gas Turbines. Lund: Lund Institute of Technology.
García-Pelayo, R. (1984). Pequeño Larousse Ilustrado. París: Ediciones Larousse.
ASME. (1988). Total Corrosion Control for Industrial Gas Turbines.
Sulzer. (12 de Enero de 2016). Sulzer. Obtenido de https://www.sulzer.com/es/ProductsandServices/Turbomachinery-Services/Engineering-and-Technical-Support/LifetimeAssessments
Engmark, D. (2004). Airborne contaminants and their impact on gas turbines. Linkoping University. 
M. Wilcox, R. K. (2012). Technology Review of Modern Gas Turbine Inlet Filtration Systems. International Journal of Rotating Machinery.
Turbo Tect. (12 de Enero de 2016). Turbo Tect. Obtenido de http://www.turbotect.com/gallery/examples_of_some_severe_gas_turbine_compressor_fou.html
Pizarro Gonzales. (2014). Cálculo de la potencia efectiva y de las curvas de rendimiento de una turbina de gas. Repositorio de UNMSM (Universidad Nacional Mayor de San Marcos)