TRABAJO TURBINAS DE GAS DEFINITIVO

JHON ALBERTO VIZA AEDO

22/9/2021

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TRABAJO DE INVESTIGACIÓN:
SELECCIÓN E INSTALACIÓN DE UNA TURBINA DE GAS
EN ECHARATE APROVECHANDO EL GAS DE CAMISEA

CURSO: TURBINAS DE GAS Y VAPOR
DOCENTE: ING. GALLEGOS HUAMANI YURI

SEMESTRE 2021-I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA
2

ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE DE FIGURAS ..................................................................................................................................................... 4
ÍNDICE DE TABLAS ....................................................................................................................................................... 5
OBJETIVO GENERAL.................................................................................................................................................... 6
OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................................................................................... 6
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................................................................................ 7
1. ANTECEDENTES ........................................................................................................................................................ 7
1.1 TURBINAS DE GAS ...................................................................................................................................................... 7
1.1.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO ............................................................................................................................. 7
1.1.2 TIPOS DE TURBINAS DE GAS .................................................................................................................................... 8
1.1.3 PARTES PRINCIPALES DE LA TURBINA DE GAS.................................................................................................... 11
1.1.4 FUNCIONAMIENTO DE LAS TURBINAS DE GAS .................................................................................................... 13
1.1.5 PRINCIPALES AVERÍAS EN TURBINAS DE GAS ..................................................................................................... 13
2. DEMANDA Y CURVAS DE CARGA ...................................................................................................................... 18
2.1 ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN EN EL DISTRITO DE ECHARATE ........................................................................... 18
2.2 SITUACIÓN ECONÓMICA .......................................................................................................................................... 18
2.3 POTENCIA CONSUMIDA POR CADA FAMILIA PROMEDIO ......................................................................................... 18
2.4 CURVA DE CARGAS PARA UN DÍA CUALQUIERA .................................................................................................... 23
2.5 POTENCIA APROXIMADA REQUERIDA ..................................................................................................................... 25
3. SELECCIÓN DE LA TURBINA ............................................................................................................................... 26
3.1 CENTRAL DE GAS ..................................................................................................................................................... 26
4. INSTALACIÓN DE LA TURBINA ..................................................................................................................... 27
4.1 MONTAJE DE LA TURBINA ........................................................................................................................................ 27
5. IMPACTO AMBIENTAL .................................................................................................................................... 28
5.1 PRINCIPALES EMISIONES DE UN SISTEMA TERMOELÉCTRICO ................................................................................... 28
5.2 MÉTODOS DE PARA REDUCIR LAS DE EMISIONES DE CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS ........................................... 30
5.3 TORRES DE ASPERSIÓN............................................................................................................................................. 32
6. LA RELACIÓN CON LAS CONDICIONES DE CONFORTABILIDAD HUMANA, DESARROLLO DE
OTRAS ACTIVIDADES PRODUCTIVAS .................................................................................................................. 34
7. CONDICIONES AMBIENTALES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE LA TURBINA ................... 37
7.3. CORROSIÓN ..................................................................................................................................................... 40
7.4. EROSIÓN.......................................................................................................................................................... 41
7.5. ENSUCIAMIENTO ............................................................................................................................................. 42
8. EVALUACIÓN DE LOS EFECTOS DE HUMEDAD Y TEMPERATURA .................................................. 43
9. COSTOS Y PRESUPUESTOS ............................................................................................................................. 46
9.1 COSTO DE LA TURBINA E INSTALACIÓN ................................................................................................................... 46
9.2 COSTOS POR TRANSPORTE .............................................................................................................................. 48
9.3 PRESUPUESTO DE OPERARIOS ........................................................................................................................ 49
9.4 CÁLCULO DE COSTO DE CAMPAMENTO ...................................................................................................... 50
9.5 COSTO DE LA COMPRA DEL TERRENO .......................................................................................................... 51
9.6 COSTO DE LA CIMENTACIÓN .......................................................................................................................... 52
9.7 MOVILIZACIÓN DE TIERRA DE 1000M2 ......................................................................................................... 52
9.8 PREPARACIÓN DE UN ÁREA DE 300M2 .......................................................................................................... 53
3

9.9 ALQUILER O COMPRA DE INSTRUMENTOS Y HERRAMIENTAS ............................................................. 53
9.10 COSTE DE EPP"S ................................................................................................................................................ 53
9.11 COSTE MENSUAL PARA LA PREVENCIÓN DE CONTAGIOS POR COVID 19 ......................................... 54
9.12 CÁLCULO DE AÑOS DE RECUPERACIÓN DE INVERSIÓN ........................................................................ 54
10. CONCLUSIONES ................................................................................................................................................. 55
11. RECOMENDACIONES ....................................................................................................................................... 56
12. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................................... 57
13. ANEXOS ................................................................................................................................................................. 594

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 Funcionamiento de una turbina a gas ................................................................................... 8
Figura 2 Turborreactor ...................................................................................................................... 11
Figura 3 Potencia promedio consumida por un foco incandescente. ................................................ 19
Figura 4 Potencia promedio consumida por un televisor 47 plg. ..................................................... 19
Figura 5 Potencia promedio consumida por una laptop.................................................................... 20
Figura 6 Potencia promedio consumida por un congelador.............................................................. 20
Figura 7 Potencia promedio consumida por cargador de celular. ..................................................... 21
Figura 8 Potencia promedio consumida por un equipo de sonido. ................................................... 21
Figura 9 Potencia promedio consumida por una licuadora. .............................................................. 22
Figura 10 Alumbrado público. .......................................................................................................... 22
Figura 11 Consumo de potencia de los diferentes dispositivos a lo largo del día para una familia
promedio ........................................................................................................................................... 23
Figura 12: Diagrama de carga para el consumo de potencia de una familia promedio en Echarate. 24
Figura 13 Datos de equipamiento y consumo. .................................................................................. 24
Figura 14 Parámetros de demanda. Fuente: propia. .......................................................................... 25
Figura 15 Potencia requerida por la población. Fuente: Propia. ....................................................... 25
Figura 16 Pila de humo de una caldera ............................................................................................. 28
Figura 17 Dióxido de azufre (SO2) emitido por la torre termoeléctrica........................................... 29
Figura 18 Óxidos de nitrógeno (NOx) emitido por la torre termoeléctrica ...................................... 29
Figura 19 Monóxido de carbono (CO). Emitido por la torre termoeléctrica .................................... 30
Figura 20 Componentes de un filtro HEPA y formas de manejo de partículas ................................ 31
Figura 21 Filtro ULPA ...................................................................................................................... 32
Figura 22 Una torre de aspersión y sus partes .................................................................................. 33
Figura 23 Una torre de platos............................................................................................................ 34
Figura 24 Productores de café del distrito de Echarate ..................................................................... 35
Figura 25 Ganadores en feria de Palma real (Cacao) ....................................................................... 35
Figura 26 Miel producida por el proyecto Apicola de la MDE ........................................................ 36
Figura 27 Producción de truchas en la ceja de selva Echarati .......................................................... 36
Figura 28 Carta Psicométrica a nivel del mar ................................................................................... 39
Figura 29 Corrosión en Turbinas de Gas (Sulzer, 2016.................................................................... 41
Figura 30 Daños por erosión de una Turbina de Gas. (Field Systems, 2006) .................................. 42
Figura 31 Ensuciamiento producto de residuos de carbón (Turbo Tect, 2016) ................................ 43
Figura 32 temperatura mensual media entre los años 1987 - 2007 en el distrito de Echarate provincia
de La Convención ............................................................................................................................. 43
Figura 33 temperatura mensual media entre los años 1987 - 2007 en el distrito de Echarate provincia
de La Convención. ............................................................................................................................ 44
Figura 34 Humedad relativa entre los años 1987 - 2007 en el distrito de Echarate provincia de La
Convención. ...................................................................................................................................... 44

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5

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Costos de la turbina de gas .................................................................................................. 47
Tabla 2 Costos de transporte ............................................................................................................. 48
Tabla 3 Presupuesto de operarios ..................................................................................................... 49
Tabla 4 Costos de campamento ........................................................................................................ 50
Tabla 5 Costo de los terrenos ............................................................................................................ 51
Tabla 6 Costos de cimentación ......................................................................................................... 52
Tabla 7 Costo de operaciones movilización de tierra ....................................................................... 52
Tabla 8 Costo de operaciones preparación del área ..........................................................................53
Tabla 9 Costo de compra y alquiler de instrumentos y herramientas .............................................. 53
Tabla 10 Costo de los elementos de protección personal ................................................................. 53
Tabla 11 Costos para la prevención de contagios ............................................................................. 54
Tabla 12 Cálculo de años de recuperación de la inversión ............................................................... 54

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.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La población del distrito de Echarate carece de energía eléctrica para realizar activades de ocio y
entre otros. La energía eléctrica en la zona es carísima pero el distrito goza de gas natural.
1. ANTECEDENTES

1.1 Turbinas de gas
Es aquella máquina de combustión interna la cual es impulsada por gas caliente o una mezcla de gas
que combustiona con aire a baja presión. Hay dos sistemas de turbinas de gas, abiertos y cerrados.
En el sistema de turbina de gas abierta se aspira aire atmosférico y da como resultado el escape de
gases emitidos.
El sistema de turbina de gas cerrada proporciona un mayor rendimiento, ya que utiliza aire
comprimido u otros gases adecuados a baja presión; el gas se calienta y enfría en un proceso cerrado.
Este tipo de turbina usa el ciclo Brayton como ciclo de potencia.
1.1.1 Principio de funcionamiento
“Una turbina de gas es un motor térmico rotativo de combustión interna, donde a partir de la energía
aportada por un combustible se produce energía mecánica y se genera una importante cantidad de
calor en forma de gases calientes y con un alto porcentaje de oxígeno”
Principios de funcionamiento. (s. f.). TURBINAS DE GAS. Recuperado 12 de septiembre de 2021,
de http://www.turbinasdegas.com/principios-de-funcionamiento.
8

Figura 1 Funcionamiento de una turbina a gas
Obtenido https://comofunciona.co.com/una-turbina-de-gas/

Se caracteriza por que sigue un ciclo abierto, ya que el fluido es renovado continuamente. El aire es
aspirado de la atmósfera y comprimido para luego pasar a la cámara de combustión, donde se mezcla
con el combustible y se produce la combustión. Los gases calientes producto de la combustión, fluyen
a través de la turbina. Allí se expansionan y mueven el eje, que acciona el compresor de la turbina y
el alternador. Las pérdidas de energía se desprenden en forma de calor evacuados del sistema.
Normalmente no son mayores al 3% de la energía aportada.
1.1.2 Tipos de turbinas de gas
“Pueden clasificarse según el origen de su desarrollo, por el diseño de su cámara de combustión y
por su número de ejes”. Tipos de turbina de gas. (s. f.). Renovetec. Recuperado 12 de septiembre de
2021, de http://www.renovetec.com/tiposturbinasgas.html

✓ Turbina de gas aero derivadas: Provienen del diseño de turbinas para fines aeronáuticos, pero
son adaptadas a la generación de energía eléctrica en plantas industriales o también usadas como
micro turbinas. Entre sus principales características tenemos su gran fiabilidad y su alta relación
potencia/peso. Presenta una alta variedad de operaciones y su arranque no es una operación tan
crítica como en otros tipos de turbinas de gas. Alcanzan potencias de hasta 50 MW, moviendo
9

los gases a gran velocidad y bajo caudal. Su compacto diseño realiza de forma sencilla las
operaciones de sustitución y mantenimiento, haciendo viable que se lleven a cabo revisiones
completas en intervalos de menor tiempo.

✓ Turbina de gas industrial: La mejora de su diseño se ha encaminado siempre para la generación
de electricidad, con el objetivo de alcanzar grandes potencias y largos periodos de operación a
máxima carga sin paradas ni arranques continuos.

Su potencia de diseño alcanza los 500 MW, moviendo altos volúmenes de aire a bajas
velocidades, que son aprovechadas en aplicaciones post de cogeneración. Su mantenimiento son
realizadas in si-tu debido a su gran tamaño y peso, a fin de buscar alargar en el tiempo las
revisiones completas del equipo.

✓ Turbina de cámara de combustión tipo silo: Estos diseños se caracteriza debido a que la
cámara aparece sobre la parte superior de la turbina. Los inyectores son instalados atravesando
el techo superior de la cámara, así mismo los gases de escape llegan a la turbina de expansión por
una abertura inferior conectada a ésta. Su diseño no está muy expandido, y se restringe a turbinas
de H2 y otros combustibles experimentales.
✓ Turbina de cámara de combustión anular: En esta turbina la cámara consiste en un cilindro
direccionado axialmente e instalado alrededor del eje. Posee un único tubo de llama y entre 15 a
20 inyectores. Presentan una buena refrigeración de los gases de combustión y también bajas
pérdidas de carga, sin embargo, su distribución de temperaturas y mezcla
combustible/comburente es menos uniforme que en las cámaras de tubo anulares. Este diseño se
utiliza por los fabricantes Alstom y Siemens, y en general en turbinas Aero derivadas.
10

✓ Turbina de cámara de combustión tubo anular: Se caracteriza por una serie de tubos
distribuidos alrededor del eje de forma uniforme conformando el diseño de cámara de
combustión. Cada tubo posee un único inyector y bujía. Tienen mayor resistencia estructural que
las anulares, pero menor rendimiento y mayor peso. Sin embargo, si uno de ellos deja de
funcionar y no es detectado a tiempo, hay posibilidad de producirse grandes diferencias de
temperaturas en la estructura. La pieza de transición, que es la que recoge todos los gases de
combustión para dirigirlos a la turbina de expansión, es una parte delicada de la instalación. Esta
tecnología es utilizada en sus diseños por Mitsubishi y General Electric.
✓ Turbina mono eje: Se caracterizan debido a que el compresor, turbina de expansión y generador
giran de forma solidaria con un único eje de rotación. La velocidad de giro en la inmensa mayoría
de casos es de 3000 rpm, forzado por la frecuencia del rotor del generador eléctrico al suministrar
a la red general (50 Hz). Es el diseño más común en las grandes turbinas comerciales de
generación eléctrica.

✓ Turbina multi eje: Esta turbina se encuentra dividida en 2 secciones, la primera o también
llamada turbina de alta presión, está unida al compresor axial al cual suministra la potencia
necesaria para su funcionamiento. La segunda sección comparte eje con el generador,
beneficiándose de la energía transmitida en la generación de electricidad. Esta tecnología es
utilizada en Aero derivadas y turbinas de baja potencia. Además, ofrece un mejor
comportamiento frente a variaciones de carga.
11

1.1.3 Partes Principales De La Turbina De Gas

Figura 2 Turborreactor
Obtenido de https://elmaquinante.blogspot.com/2019/02/turborreactores-introduccion.html

➢ Admisión De Aire
En el sistema de admisión del aire consta de los elementos necesarios para que el aire entre a la
turbina con las condiciones más adecuadas la presión, temperatura y limpieza por eso esta turbina
consta de muchos filtros para prevenir la suciedad que pueda arrastrar elaire y un sistema de
acondicionamiento para facilitar que entre mayor cantidad de masa de aire
➢ Compresor De Aire
Se encarga de elevar la presión del aire de combustión antes que entre en la cámara de
combustión, en una relación de compresión que varía entre 10:1 y 40:1. La compresión se realiza
en varias etapas consume aproximadamente las 2/3 partes del trabajo producido por la turbina.
El control de la entrada de aire para la combustión se varía el ángulo de inclinación de las ruedas
iniciales de álabes del compresor. A mayor ángulo, mayor cantidad de aire de entrada al
compresor, y, por tanto, a la turbina. Por este método se mejora la carga de la turbina.

https://elmaquinante.blogspot.com/2019/02/turborreactores-introduccion.html
12

➢ Cámara De Combustión
Es el lugar donde se da la combustión a presión constante del gas junto con el aire. Esta
combustión a presión obliga a que el combustible sea introducido a un nivel de presión adecuado,
que oscila entre 16 y 50 bar.
Debido a las altas temperaturas que alcanza la combustión y para no reducir la vida útil de los
elementos de la cámara, se trabaja con un exceso de aire alto de 300 a 400% del aire teórico con
el cual se consigue reducir la temperatura de llamas y también refrigera las partes calientes de la
cámara parte de aire procede del compresor este se dirige a las paredes de la cámara de
combustión pata mantener su temperatura en valores bajos otra parte circula por el interior de los
alabes de la turbina saliendo de los orificios e creando una película en la superficie de los alabes
➢ Turbina De Expansión
Es donde tiene lugar la conversión de la energía contenida en los gases de combustión, en forma
de presión y temperatura elevada (entalpía), a potencia mecánica (en forma de rotación de un
eje). Una parte de esta es absorbida directamente por el compresor.
Los gases, que entran a la turbina están a una temperatura de 1200-1400ºC y una presión de 10 a
30 bar, salen a unos 450-600ºC. Esa alta temperatura hace que la energía que contienen pueda ser
aprovechada bien para mejorar el rendimiento de la turbina con un sistema conocido como
(refrigeración), que consiste en utilizar estos gases para calentar la mezcla en la cámara de
combustión o bien, para generar vapor en una caldera de recuperación. Ese vapor posteriormente
se introduce en una turbina de vapor consiguiéndose un aumento del rendimiento global igual o
incluso superior al 55% (el rendimiento de la turbina de gas es de 30-35%).
13

1.1.4 Funcionamiento De Las Turbinas De Gas

Figura 3 Funcionamiento de las turbinas de gas
Obtenido de https://elmaquinante.blogspot.com/2019/02/turborreactores-introduccion.html

1. El ingreso del aire se da a través de la admisión en la turbina.
2. Se realiza una compresión del aire aumentando su presión antes de ingresar a la cámara de
combustión.
3. Teniendo el aire comprimido se realiza la mezcla con combustible produciendo así la combustión.
4. Obtenido el gas caliente será este el que impulsará la turbina y en consecuencia generar la energía
mecánica.
1.1.5 Principales Averías En Turbinas De Gas
➢ Fallos En Casa De Filtros
Este fallo ocurre cuando partículas u objetos ingresan al compresor ocasionando roturas en el filtro
y corrosión en la caja de filtros. Los posibles fallos que se suelen dar son los siguientes:
▪ Roturas de filtros.
▪ Conductividad alta en agua.
▪ Desprendimiento de boquillas, conviene tenerlas atadas con cadenas para sujetarlas bien.
https://elmaquinante.blogspot.com/2019/02/turborreactores-introduccion.html
14

▪ Entrada de suciedad por cierre no estanco de la casa de filtros, por ejemplo, que no esté bien
cerrada la puerta de acceso.
▪ Corrosión en la casa de filtros.

➢ Fallos En Álabes (Compresor Y Turbina De Expansión)
Este fallo es muy particular ya que podría ocasionar un desastre de mayor magnitud en el interior de
la turbina debido a la que está girando a altas velocidades y al mismo tiempo sometido a altas
temperaturas, entre los fallos que ocurren con mayor frecuencia están:
▪ Fisuras.
▪ Roturas.
▪ Pérdidas en la superficie de cerámico.
▪ Corrosión.
▪ Erosión.
▪ Deformación por carga térmica.
➢ Fallos En Cámara De Combustión
Debido a que en este lugar se realiza la combustión alcanzando presiones y temperaturas altas puede
dañar la superficie del metal debido a esto son recubiertos con material cerámico, entre los otros
fallos están los siguientes:
▪ Llama vibrante.
▪ Pérdida de material en el recubrimiento.
▪ La Sobre temperatura en piezas de transición provoca la rotura.

➢ Fallos Del Rotor
El rotor es el elemento que une todo el sistema en las turbinas en un solo eje, por lo que un fallo en
él es muy importante ya que, al unir turbina, compresor, generador y turbina de vapor. Los posibles
fallos que se pueden dar en el rotor son:
▪ Bombeo del compresor, no entra suficiente caudal de aire.
▪ Ensuciamiento del compresor.
▪ Vibración que puede estar causada por las siguientes circunstancias:
▪ Mal estado de sensores de vibración o tarjetas acondicionadoras de señal.
▪ Desalineación.
▪ Falta de presión o caudal de aceite.
▪ Mala calidad de aceite: aceite con agua o con viscosidad inadecuada.
▪ Desequilibrio por:
▪ Incrustaciones.
▪ Rotura de un alabe.
▪ Equilibrado mal efectuado.
▪ Vibración en alternador o reductor.
▪ Fisura en el eje.
▪ Curvatura del eje.
▪ Cojinetes en mal estado.
▪ Defectos en la bancada.
▪ Ensalada de paletas, que consiste en una reacción en cadena como consecuencia de la rotura
de un alabe o por la introducción de un objeto que provoque la rotura de álabes, pudiendo
dejar la turbina como en la siguiente imagen.
16

Una fisura en el rotor, no tiene solución permanente solo temporal. Aparece cuando una grieta
superficial progresa, se detecta por el aumento de vibración, que no se corrige con nada, el problema
es que no se suele tener un rotor de repuesto, y en muchos casos hay que fabricar uno nuevo, con
todo esto hay que tener en cuenta a la hora de seleccionar una turbina, que hay que elegir una turbina
cuyo fabricante garantice la disponibilidad inmediata de un rotor.
➢ Fallos De La Carcasa
La carcasa es la encarga de cubrir los componentes internos de la turbina entre ellos el compresor y
la cámara de combustión es por esa razón que se debe vigilar su perfecto estado para no tener fugas
de aire o la entrada de objetos extraños. Los fallos más comunes son:
▪ Fisuras en la carcasa.
▪ Fugas de aire por carcasa.
▪ Perno bloqueado, los tornillos de sujeción se ha podido quedar soldados en sus agujeros.
➢ Fallos En Cojinetes
Los cojinetes son componentes esenciales porque es ahí donde va apoyado el rotor y en consecuencia
todo el sistema, también evitan los desplazamientos del sistema, ya que la turbina provoca un empuje
en la dirección del eje. Los posibles fallos que se pueden dar en esta pieza son los siguientes:
▪ Desplazamiento axial excesivo.
▪ Fallos en la lubricación.
▪ Desgaste del material antifricción.
▪ Golpes y daños en material antifricción.
▪ Problemas de lubricación:
▪ Agua en el aceite.
17

▪ Contaminación.
➢ Fallos De Control Y De La Instrumentación
“La probabilidad de fallo es estable en toda la vida del equipo, pero hay veces que todo el sistema
puede estar funcionando bien, pero que sean los sensores que nos tendrían que indicar los fallos los
que estén funcionando mal, y nos estén dando falsos fallos que nos podrían hacer parar la central y a
la hora de ir a ver la avería ver que todo está correcto y que ha sido un fallo del sensor que como todo
se puede estropear, por lo que para evitar estas falsas alarmas se utiliza el sistema 2 de 3, esto es,
tenemos 3 sensores para controlar la misma cosa, solo en caso de que 2 de esos 3 sensores nos
adviertande fallos debemos hacerlos caso, ya que puede ser que si solo fuese uno podría estar
averiado”. Principales averías en turbinas de gas. (s. f.). TURBINAS DE GAS. Recuperado 13 de
septiembre de 2021, de http://www.turbinasdegas.com/principales-averias.
Existen determinados factores aumentan la probabilidad de fallo como son:
▪ Temperatura.
▪ Humedad.
▪ Polvo y suciedad.
▪ Tensión de alimentación.
Los fallos más habituales en el sistema control podemos destacar los siguientes:
▪ Sensores de temperatura.
▪ Sensores ópticos.
El fallo más grave en control es el fallo del PLC, un autómata encargado de control, por lo que para
mitigarlo en la medida de lo posible se debe hacer:
▪ El PLC debe ser redundante.
18

▪ Toda la instrumentación (incluidos sensores, transmisores y tarjetas de bus de datos) debe
tenerse en stock en la planta.
2. DEMANDA Y CURVAS DE CARGA

2.1 Estimación De La Población En El Distrito De Echarate
En el distrito de Echarate, provincia de la Convención según cifras oficiales del Censo Nacional de
población y vivienda (INEI) en el año 2012 había aproximadamente 42,676 habitantes. Pero las
proyecciones para el año 2021 superaría un aproximado de 60,000 habitantes.
2.2 Situación Económica
La población del Distrito de Echarate, como actividades económicas principales tiene la agricultura,
ganadería, silvicultura y pesca. Los ingresos familiares en el distrito son bajos, donde el 42% de la
población genera ingresos menores a s/. 500 productos principalmente de la comercialización de
productos agropecuarios cultivados. En cuanto el Distrito posee atractivos turísticos en diferentes
zonas, los más resaltantes son, el pongo de Mainique, la caída de agua de siete tinajas, las cataratas
de illapani, cañón de torontoy, el fundo Miraflores, en torno a estos se desarrollan actividades de
hotelería, gastronomía, transporte y servicios complementarios
2.3 Potencia Consumida Por Cada Familia Promedio
Para poder determinar la potencia más alta requerida en determinado instante en el distrito de
Echarate, tomamos como base a una familia promedio de 5 integrantes. A continuación, analizamos
los consumos diarios que esta realiza utilizando los distintos dispositivos.
Dispositivos tomados en cuenta:

▪ Iluminación en la vivienda
Para esto consideramos 5 habitaciones que operan durante un lapso de tiempo diario utilizando focos
incandescentes, cada una de estas consume una potencia de 0.1. Obtenemos finalmente la potencia
de 0.5 Kwh requiere toda la vivienda.
Fuente: http://www.electrosur.com.pe/AtencionCliente/SimuladorConsumo.

▪ Televisor
Esta será de 47 pulgadas con potencia de 0.09Kwh.

Figura 4 Potencia promedio consumida por un televisor 47 plg.
Fuente: http://www.electrosur.com.pe/AtencionCliente/SimuladorConsumo.

Figura 3 Potencia promedio consumida por un foco
incandescente.
http://www.electrosur.com.pe/AtencionCliente/SimuladorConsumo
20

▪ Laptop
Con el contexto de la pandemia suponemos que cada familia posee una laptop mínimamente. En ese
sentido la potencia que esta requiere en promedio es de 0.2 Kwh.

Figura 5 Potencia promedio consumida por una laptop.
Fuente: http://www.electrosur.com.pe/AtencionCliente/SimuladorConsumo.

▪ Congelador
Este elemento es esencial para los pobladores de ese distrito y consideramos que al menos de tener
una cada familia. Esta tiene potencia de trabajo promedio de 0.35Kwh.
Fuente: http://www.electrosur.com.pe/AtencionCliente/SimuladorConsumo.
Figura 6 Potencia promedio consumida por un congelador
21

▪ Cargador para celulares
Consideramos que cada integrante del núcleo familiar posee un celular y por ende lo carga al menos
una vez al día. La potencia promedio que estas requieren es de 0.01 Kwh. Y en los 5 integrantes de
familia tenemos un total de 0.05Kwh.
Fuente: http://www.electrosur.com.pe/AtencionCliente/SimuladorConsumo.

▪ Equipo de sonido
Consideramos que cada familia tiene al menos un equipo de sonido en su vivienda. Esta opera bajo
una potencia promedio de 0.11 Kwh.
Fuente: http://www.electrosur.com.pe/AtencionCliente/SimuladorConsumo.
Figura 7 Potencia promedio consumida por cargador de celular.

Figura 8 Potencia promedio consumida por un equipo de sonido.
22

▪ Licuadora
Consideramos que cada familia tiene al menos una licuadora que lo utiliza un par de horas por día.
Esta trabaja bajo una potencia promedio de 0.3 Kwh.
Fuente: http://www.electrosur.com.pe/AtencionCliente/SimuladorConsumo.

▪ Alumbrado publico
Consideramos que cada familia aporta en el pago de una potencia estimada de 0.005Kwh.
Fuente: https://diariocorreo.pe/peru/las-perlas-de-la-millonaria-municipalidad-de-echarate-
527780/
Figura 9 Potencia promedio consumida por una licuadora.
Figura 10 Alumbrado público.
23

▪ Otros
Tomamos en cuenta otras potencias que se pueden sumar como imprevistas, esta con el propósito de
darle seguridad a la determinación de la demanda requerida. Este valor será algo mayor al dispositivo
de mayor consumo de potencia que aquí se toma en cuenta. En consecuencia, asignamos el valor de
1 Kwh.

2.4 Curva De Cargas Para Un Día Cualquiera

➢ Determinación De La Potencia Máxima Para Una Familia Promedio
Fuente: propia.

0 0 0 0 0 0 0 0 0.005 1 1.005
1 0 0 0 0 0 0 0 0.005 1 1.005
2 0 0 0 0 0 0 0 0.005 1 1.005
3 0 0 0 0 0 0 0 0.005 1 1.005
4 0 0 0 0 0 0 0 0.005 1 1.005
5 0 0 0 0 0 0 0 0.005 1 1.005
6 0 0 0 0 0 0.11 0 0.005 1 1.115
7 0 0 0.2 0 0 0.11 0 0 1 1.31
8 0 0 0.2 0 0 0.11 0 0 1 1.31
9 0 0 0.2 0 0 0.11 0 0 1 1.31
10 0 0 0.2 0.35 0 0.11 0 0 1 1.66
11 0 0 0.2 0.35 0 0.11 0.3 0 1 1.96
12 0 0 0.2 0.35 0 0.11 0.3 0 1 1.96
13 0 0.09 0.2 0.35 0 0.11 0 0 1 1.75
14 0 0.09 0.2 0 0 0.11 0 0 1 1.4
15 0 0.09 0.2 0 0 0.11 0 0 1 1.4
16 0 0.09 0.2 0 0 0.11 0 0 1 1.4
17 0 0.09 0.2 0 0 0.11 0 0 1 1.4
18 0.5 0.09 0.2 0.35 0.05 0.11 0 0.005 1 2.305
19 0.5 0.09 0.2 0.35 0.05 0.11 0 0.005 1 2.305
20 0.5 0.09 0.2 0 0 0.11 0 0.005 1 1.905
21 0.5 0.09 0.2 0 0 0.11 0 0.005 1 1.905
22 0.5 0.09 0.2 0 0 0 0 0.005 1 1.795
23 0 0 0 0 0 0 0 0.005 1 1.005
35.225Total energia kwh
Equipo de sonido (Kw) Otros (Kw)Total Kw-HoraLicuadora (Kw) Alumbrado publico (Kw)Cargador de cel. (Kw)Hora Iluminacion en la viv.. (Kw) Televisor (Kw) Laptop (Kw) Congelador (Kw)
Figura 11 Consumo de potencia de los diferentes dispositivos a lo largo del día para una familia
promedio
24

➢ Diagrama de consumo de potencia de una familia promedio en un día

Figura 12: 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

Figura 13 Datos de equipamiento y consumo. Fuente: propia.
2.5 KW
2.305 KW
35.225 KW-hora
0.6 soles
Nuevos solesCosto mensual
DATOS DE EQUIPAMIENTO
Y CONSUMO
Potencia Instalada
Potencia Maxima
Energia consumida
Costo Kw-h EESS
25

Figura 14 Parámetros de demanda. Fuente: propia.

Figura 15 Potencia requerida por la población. Fuente: Propia.

2.5 Potencia Aproximada Requerida
Después de haber analizado la gráfica que nos muestra un día cualquiera para una familia promedio
en Echarate y en donde hemos buscamos la potencia critica a suplir; concluimos que la potencia que
demanda este distrito para toda la población será de 30 Mw. Entonces la turbina de ciclo combinado
debe elegirse con el objetivo de satisfacer esta demanda.

cantidad de familias Potencia instalada. Potencia req. (Kw) Potencia req. (Mw)
12000 2.5 30000 30
Pi= 2.5
Pmax= 2.305
Pmin= 0.005
Pmed= 1.467708333
Fc= 0.636749819
Fp= 0.587083333
Hor.utili dia= 15.28199566
Factor de Planta:
Duracion
Potencia media (kW)
Factor de carga:
Potencia instalada(kW)
Potencia maxima(kW)
Potencia minima(kW)PARAMETROS DE DEMANDA

3. SELECCIÓN DE LA TURBINA

3.1 Central de gas
Las turbinas de gas tienen la capacidad teórica de no contaminar. Siendo que al tener inercia térmica
son utilizadas como centrales de producción principal o como apoyos a la producción eléctrica de
centrales con turbinas hidráulicas, centrales térmicas o generadores tradicionales en caso de averías
o paros por escases de materia prima. Siendo que las turbinas de gas son perfectas para aplicaciones
de 10 a 35 MW siendo más convenientes que una central de vapor y menos contaminante que una
central térmica (Diesel-Carbón). La aplicación de centrales de Gas es preferible en zonas con poca
presencia de agua y con grandes yacimientos de Gas Natural.
Tomando el concepto anteriormente explicado se eligió una turbina de gas para generación eléctrica.
De la marca Siemens modelo SGT 700, tomando en cuenta un requerimiento aproximado de 30 MW
de energía.

Figura 15. Turbina de Gas SGT, obtenido de https://pdf.directindustry.com/pdf/siemens-power-
genereration/sgt-a65-gas-turbine/23116-773844.html

4. INSTALACIÓN DE LA TURBINA

El montaje de la turbina de gas de gas es una operación que requiere de un conocimiento exhaustivo
sobre el proceso, como también de la propia turbina; ya que este proceso tiene las partes más
complejas y especializada en la instalación de una central eléctrica; además, de que será la marca que
muestre el funcionamiento de vida y su posterior rendimiento.
4.1 Montaje de la turbina
▪ La cimentación realizada como base de la turbina debe estar acabada y haber transcurrido un
tiempo prudente para que el fraguado del hormigón sea adecuado.
▪ Debe haber probetas de hormigón de nos dispongan de resultados sobre el estado del
hormigón, para que el fabricante suministrador de la turbina dé el visto bueno.
▪ Las placas de anclaje a las que se fijan el bastidor de la turbina deben estar colocadas en sus
respectivas posiciones y también deben ser verificadas de acuerdo a las referencias del
fabricante.
▪ Inspeccionar visualmente la cimentación para verificar la ausencia de grietas o defectos
visibles, con ayuda de instrumentación adecuada y métodos de PND (Pruebas no
destructivas), para que la instalación o el funcionamiento no se complique.
▪ Se necesitará el DOSSIER de calidad del equipo que nos ayudaran a una mejor instalación,
como se muestra a continuación:
✓ Planos de instalación.
✓ Certificaciones de calidad con las que cuenta el equipo.
✓ Certificados de calibración con las que cuenta el equipo.
✓ Procedimientos de trabajo para la instalación y el mantenimiento.
28

✓ Documentos relacionados a la vibración, en los que se indican los valores alcanzados
en todos los puntos medios.
✓ Documento relacionado a la alineación, en los que se encuentra con registros
relacionados a una alineación inicial de cojinetes y la alineación final al ya haber
acoplado la turbina y el generador.
✓ Documento relativo a los pares de apriete aplicados en la instalación.

5. IMPACTO AMBIENTAL

5.1 Principales emisiones de un sistema termoeléctrico
▪ Material particulado (pm10)
el material particulado (PM10) son pequeñas partículas sólidas o liquidas del pólvo, ceniza, hollín,
con diámetro aerodinámico es menor que 10 µm (1 micrómetro corresponde la milésima parte de 1
milímetro). Están formadas por silicatos y aluminatos, metales pesados, entre otros.

Figura 16 Pila de humo de una caldera
Fuente: https://es.dreamstime.com/pila-de-humo-la-caldera-f%C3%A1brica-image107404979

▪ Dióxido de azufre (so2)
El dióxido de azufre (SO2) es un gas incoloro no inflamable con un olor penetrante que irrita los
ojos. Reacciona en la superficie de cualquier material particulado que se encuentre en la atmósfera,
es soluble en agua y puede oxidarse en el aire sin necesidad de que existan gotas de agua.
Fuente: https://www.valladolid.es/es/rccava/contaminantes/dioxido-azufre-so2

▪ Óxidos de nitrógeno (nox)
El NOx es un término genérico que hace referencia a un grupo de gases como el óxido nítrico (NO)
y el dióxido de nitrógeno (NO2)] que contienen nitrógeno y oxígeno en diversas proporciones.

Fuente: ttps://www.elagoradiario.com/desarrollo-sostenible/cambio-climatico/aumento-oxido-
nitroso-atmosfera/
Figura 17 Dióxido de azufre (SO2) emitido por la torre
termoeléctrica
Figura 18 Óxidos de nitrógeno (NOx) emitido por la torre termoeléctrica
30

▪ Monóxido de carbono (co)
El monóxido de carbono, también denominado óxido de carbono (II), gas carbonoso y anhídrido
carbonoso, cuya fórmula química es CO, es un gas incoloro y altamente tóxico.

Figura 19 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

5.2 Métodos de para reducir las de emisiones de contaminantes atmosféricos
El gas natural genera mínimas cantidades de azufre, mercurio y otras partículas, razón por la cual es
catalogado como el combustible fósil con menor impacto ambiental. Sin embargo, las emisiones de
contaminantes atmosféricos pueden ser reducidos a través de la mejora de la eficiencia en calderos y
el uso de equipos de control que son para gases y vapores. A continuación, se describen los controles
utilizados para los contaminantes atmosféricos.

Filtros hepa - filtros ulpa
Filtros HEPA (High Efficiency Particle Air) Filtros de Aire de Alta Eficiencia para Partículas. Filtros
ULPA (Ultra Low Penetration Air) Filtros de Aire de Ultra Baja Penetración, estos son filtros de aire
diseñados para atrapar una gran mayoría de contaminantes de partículas muy pequeñas de una
corriente de aire.
Los filtros de aire están diseñados para detener el paso de contaminantes muy pequeños que en
circunstancias normales pasarían por entre las fibras de filtro. Los filtros HEPA y ULPA son
similares, pero tienen varias diferencias que se explican a continuación: la primera diferencia está
en términos de eficiencia y en definición, los filtros HEPA tienen la capacidad de eliminar partículas
de 0,3 μm de diámetro y la eficiencia es de 99,97%, en los filtros HEPA cuando están en
funcionamiento la caída de presión es mínima y flujo de aire máximo. En los filtros ULPA la
eficiencia es aún más alta del 99.9995% eliminando contaminantes de 0,12 μm de diámetro de
partículas.

Figura 20 Componentes de un filtro HEPA y formas de manejo de partículas
Fuente: https://procefil.com/filtros-de-aire-de-alta-eficiencia-hepa/

https://procefil.com/filtros-de-aire-de-alta-eficiencia-hepa/
32

Figura 21 Filtro ULPA
Fuente: https://procefil.com/filtros-de-aire-de-alta-eficiencia-hepa/

5.3 Torres de aspersión
La torre de aspersión hace parte de un grupo de controles de contaminación del aire que se refiere
colectivamente como depuradores húmedos constituidos por recipientes vacíos en forma rectangular
o cilíndrica. La corriente de aire está cargada de material particulado donde ingresa a la cámara y
hace contacto con el vapor de agua generado por las boquillas de aspersión. Estas torres se pueden
disponer en la trayectoria horizontal o vertical del flujo del gas; en cuanto a la dirección de la
aspersión del líquido, puede ir en contra o en la dirección de la corriente del gas. Su eficacia de
control de partículas suspendidas es del 70 al 99%, dependiendo de la aplicación, para el control del
SO2 tiene la capacidad de 80 al 99% de remoción.
https://procefil.com/filtros-de-aire-de-alta-eficiencia-hepa/
33

Figura 22 Una 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

5.4 Torres de platos
Una torre de platos es una cámara vertical con placas o platos horizontales dentro de un caparazón
hueco. Los platos están hechos de hojas metálicas o de aleaciones. La corriente de gas con los
contaminantes fluye hacia arriba y el líquido lavador hacia abajo. En los platos se origina el contacto
entre el líquido lavador y el gas en donde contiene aperturas por donde el gas traspasa, con este
contacto las partículas para controlarlas las empuja a su caída, en la parte del fondo de la torre las
partículas y los líquidos recuperados fluyen hacia el exterior. Cuando se quiere controlar SO2, este
reacciona con el absorbente líquido, formando una mezcla en húmedo de sulfito y sulfato de calcio
precipitados. Este método se usa para la recuperación de partículas, de diámetro mayor a 2,5 μm la
eficacia varía entre 50 al 99% dependiendo de cómo se aplique.
https://www.researchgate.net/figure/Figura-3-Esquema-de-la-torre-de-aspersion-vista-frontal-8-Figure-3-Spray-tower_fig3_43070228
https://www.researchgate.net/figure/Figura-3-Esquema-de-la-torre-de-aspersion-vista-frontal-8-Figure-3-Spray-tower_fig3_43070228
34

Fuente: https://steemit.com/spanish/@frankjavier/torres-de-absorcion-de-gases-una-de-las-
maneras-de-separar-las-mezclas-quimicas

6. LA RELACIÓN CON LAS CONDICIONES DE CONFORTABILIDAD HUMANA,
DESARROLLO DE OTRAS ACTIVIDADES PRODUCTIVAS

➢ Confortabilidad Humana
La confortabilidad humana para el distrito de Echarate se basará en su desarrollo humano esto ubicara
a las personas con la razón de ser, de toda intervención y propone incluir como condición de
promoción del desarrollo potencial de las personas.
Para este caso en el distrito de Echarate la municipalidad distrital propone impulsar la educación,
promover el trabajo y obras que aumenten la capacidad adquisitiva para garantizar oportunidades en
la zona de Echarate.
En este caso una turbina de gas y vapor aprovechando el uso de gas de Camisea brindara energía a
el distrito en general.

Figura 23 Una torre de platos
35

➢ Actividades productivas
Como las actividades principales en Echarate:
▪ Producción de café

Figura 24 Productores de café del distrito de Echarate
Fuente: https://www.muniecharati.gob.pe/apoyo-a-los-productores-de-cafes-especiales-y-cacao-
del-distrito-de-echarati/

▪ Producción de cacao

Figura 25 Ganadores en feria de Palma real (Cacao)
Fuente: https://www.muniecharati.gob.pe/premiacion-a-los-ganadores-de-la-feria-en-palma-real/

▪ Producción de miel

Figura 26 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 27 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/

https://www.muniecharati.gob.pe/la-increible-produccion-de-truchas-en-la-ceja-de-selva-echaratina/
https://www.muniecharati.gob.pe/la-increible-produccion-de-truchas-en-la-ceja-de-selva-echaratina/
37

7. CONDICIONES AMBIENTALES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE LA
TURBINA

7.1. Propiedades atmosféricas en la turbina de gas
Las turbinas deben trabajar adecuadamente en zonas polares con fríos extremos, zonas tropicales con
altas humedades, desiertos, e incluso a elevadas altitudes como lo son las de aviación. A pesar que
el diseño compacto de estos equipos permite trabajar en todas las regiones descritas anteriormente,
se deben prestar muchas consideraciones y adaptar estas turbinas para mantener siempre las más altas
eficiencias posibles y que tengan excelente confiabilidad.
El funcionamiento de una turbina de gas depende directamente de la interacción de varias
condiciones y propiedades presentes en el aire ambiente como lo son la temperatura, la humedad
relativa y la presión.
a. Temperatura
La temperatura se define como la magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema
termodinámico o de forma más coloquial, el grado de calor en los cuerpos, la cual viene dada por el
movimiento interno de las moléculas. A nivel de condiciones ambientes, la temperatura tiene relación
directa con la cantidad de vapor de agua que el aire puede contener, ya que, por el equilibrio
psicrométrico, a medida que la temperatura es menor, el aire puede contener una menor cantidad de
vapor de agua y viceversa. (Sammak, 2006)
b. Humedad
La humedad es la medida de la cantidad de vapor de agua presente en el aire esto se mide con el
número de moléculas de vapor de agua en una cierta cantidad de aire. La humedad se divide en
relativa y absoluta. (García-Pelayo, 1984)
38

La humedad absoluta representa la proporción másica de vapor de agua entre la cantidad de aire seco,
mientras que la humedad relativa indica la cantidad de vapor de agua real en el aire, comparada con
la máxima cantidad de vapor de agua que dicho aire puede contener a una cierta temperatura, es decir,
cuando la humedad relativa llega al 100%, se dice que el aire está saturado, por lo que no puede
contener más cantidad de vapor de agua. (Sammak, 2006)
La humedad relativa se puede calcular con la siguiente expresión.
HR 100 ×
Pv
Pv sat

c. Punto de rocío
El punto de rocío, relaciona a la temperatura y la humedad relativa. Es una medida de temperatura a
la cual el aire estará saturado y comenzará a condensar el vapor de agua en forma de rocío o neblina.
Por ejemplo, cuando un aire tiene humedad relativa de 100% a una determinada temperatura, esa
misma temperatura será el punto de rocío, ya que dicho aire comenzará a saturarse.
La forma más sencilla de medir el punto de rocío del aire a una determinada temperatura (tomando
como referencia la presión atmosférica), es mediante la Carta Psicrométrica, el cual relaciona la
temperatura, la humedad relativa y la presión de condensación, tal como se puede observar en la
Figura.
39

Figura 28 Carta Psicométrica a nivel del mar

➢ Estado del aire de turbinas de gas trabajando en ambientes adversos

Las turbinas de gas están diseñadas para producir grandes cantidades de potencia que permitan
generar energía eléctrica, para lograr este objetivo, las turbinas deben trabajar con bajas temperaturas
del aire de entrada para tener mayores rendimientos, así como ingresar aire muy limpio para que, al
mezclarse con el gas natural, se produzca una combustión eficiente.
Sin embargo, estas turbinas de gas en muchas ocasiones deben trabajar en condiciones adversas como
muy altas o muy bajas temperaturas, humedades relativas ambientales altas, aire contaminado, y
demás situaciones adversas. Al trabajar las turbinas de gas en estas condiciones, se pueden generar
fallos en el funcionamiento y deterioros en los componentes internos, como los que se estudiarán a
continuación.
40

7.2. Fallas y efectos ocasionados debido a las condiciones del aire de entrada

Los daños en las turbinas de gas se pueden diferenciar en tres tipos principalmente: daños mecánicos,
químicos o térmicos. En este sentido, el compresor es el más susceptible a daños mecánicos por la
corrosión, erosión o ensuciamiento producto de los contaminantes del aire de entrada. Los daños
químicos se deben a la condensación del aire o por la corrosión producida en las condiciones externas
en altas humedades o ambientes marinos, y los daños térmicos son debido principalmente a la
oxidación de los componentes. (ASME, 1988)
7.3. Corrosión
La corrosión, es quizás uno de los daños más comunes en emplazamientos de zonas tropicales, ya
que la humedad presente en el ambiente, desgasta constantemente los materiales de las turbinas, y
especialmente los aceros al carbono tanto en el interior, como en el exterior del equipo.Por este
motivo, es crítico mantener el ambiente seco y libre de contaminantes que puedan afectar las capas
superficiales de los aceros.
Para prevenir estos daños tan comunes en zonas con altas humedades, se colocan protectores o
casetas de protección, donde se añaden bolsas de desecantes como lo es el Silica Gel. Además, se
utilizan pinturas anticorrosivas en las superficies de los aceros expuestos en el exterior. Como se
puede ver en la Figura 33, se muestran daños producidos internamente gracias a la corrosión de
turbinas en ambientes marinos.
41

Figura 29 Corrosión en Turbinas de Gas (Sulzer, 2016

7.4. Erosión
La erosión en las turbinas de gas, ocurre principalmente en los álabes de los compresores, ya que es
la primera etapa donde entra el aire directamente desde el ambiente. Si este aire está contaminado
con partículas abrasivas, por ejemplo, la arena, en muy poco tiempo acabarán creando daños
importantes en los componentes del equipo ya que impactan directamente sobre la superficie de los
mismos.
Por este motivo, se han diseñado a lo largo de los años gran cantidad de filtros, donde previenen
precisamente la entrada de partículas de cierto tamaño que pueden ser muy peligrosas. Según la
experiencia, partículas mayores de 20 μm, serán perjudiciales para el equipo, y, además, si son
mayores de 30 μm también el peso de dichas partículas jugará un papel muy importante en los daños
que puedan ocasionar. (Engmark, 2004) Estas partículas de pequeño tamaño al chocar con el metal,
desprenden pequeñas cantidades del metal de la superficie, que causan un cambio en la geometría de
la misma, que luego puede producir desviaciones del flujo de aire, alteraciones en los acabados, y
reducción del área de entrada en zonas con altos grados de carga. (M. Wilcox, 2012)
42

Como se observa en la Figura 34 los álabes de la turbina, comienzan a desgastarse producto de la
remoción de pequeñas partículas de metal, lo que podría causar daños prematuros por fatiga debido
a la disminución del espesor del material.

Figura 30 Daños por erosión de una Turbina de Gas. (Field Systems, 2006)
7.5. Ensuciamiento
El ensuciamiento de los componentes internos de las turbinas, ocurren principalmente gracias a dos
factores. El primero es por partículas sólidas, minerales u orgánicas, y por los residuos de carbón de
la combustión y humos que generan una sustancia que se adhiere a las paredes internas de los equipos.
Estas partículas son generalmente de un tamaño entre los 2 y 10 μm. (M. Wilcox, 2012)
Se puede apreciar en la Figura 35, el ensuciamiento interno de las turbinas debido a las emisiones y
residuos de carbón luego de la combustión. Para evitar el obstáculo de las entradas de aire a la turbina,
se deben mantener estrictos controles de mantenimiento y limpieza de dichos equipos.
43

Figura 31 Ensuciamiento producto de residuos de carbón (Turbo Tect, 2016)

8. EVALUACIÓN DE LOS EFECTOS DE HUMEDAD Y TEMPERATURA

El objetivo de este apartado es obtener una estimación de las condiciones ambientales del distrito de
Echarate, y de cómo las condiciones meteorológicas afectarían el rendimiento de la turbina de gas, y
poder así, diseñar la turbina de gas con el rendimiento más elevado posible.
De la tabla número 36 se eligen los valores mínimo, promedio y máximo de temperaturas siendo.

Figura 32 temperatura mensual media entre los años 1987 - 2007 en el distrito de
Echarate provincia de La Convención
44

Figura 34 Humedad relativa entre los años 1987 - 2007 en el distrito de Echarate provincia de La
Convención.
a. Potencia a condiciones de sitio ( Px)
Los factores de corrección a considerar son el de temperatura ambiente, la presión atmosférica y la
humedad relativa, en nuestro caso al tratarse de una ubicación fija, no se considera la presión
atmosférica. Así mismo también indica para el caso de turbinas a gas la humedad del aire afecta muy
poco a la potencia. Por tales consideraciones, para determinar la potencia efectiva a las condiciones
de sitio, solo se tomará en cuenta el factor de temperatura y será obtenida mediante las curvas
características de cada turbina
Figura 33 temperatura mensual media entre los años 1987 - 2007 en el distrito de
Echarate provincia de La Convención.
45

𝑥 𝑦 𝐾𝑔𝑝 𝐾 𝑟𝑥

𝐾 𝑟𝑥= Consumo especifico de calor a condiciones de sitio
𝑦= Potencia a condiciones de ensayo
𝐾𝑔𝑝= Factor de corrección de la potencia por temperatura ambiente
b. Consumo específico de calor a condiciones de sitio ( HRx)
HRx HRy Kge
Kge= Factor de corrección de la potencia por temperatura ambiente
HRy= Consumo especifico de calor (Heat Rate) a condiciones de ensayo, BTU/kWh
c. Consumo específico de combustible a condiciones de sitio (Cex)

A partir del consumo específico de calor a condiciones de sitio se puede hallar directamente el
consumo específico de combustible a condiciones de sitio, mediante la siguiente fórmula
Cex
Hrx
PCI

Hrx= Consumo especifico de calor (Heat Rate) a condiciones de sitio, BTU/kWh
PCI= Poder calorífico bajo del combustible (LHV), en BTU/MPCS.

d. Consumo horario de combustible a condiciones de sitio (mcx)
Esta dada por la siguiente relación
𝑐𝑥 𝐶 𝑥 𝑥
𝐶 𝑥= Consumo especifico de combustible por unidad de energía generada MPCS/kWh.
𝑥= Potencia Efectiva a las condiciones del sitio, en kW.
e. Rendimiento térmico a condiciones de sitio (Rx)
Para determinar el consumo específico de calor a condiciones de sitio se aplica directamente la
siguiente fórmula:
𝑅𝑥
𝑥
𝑐𝑥

𝑥= Potencia Efectiva a las condiciones del sitio, en kW
𝑐𝑥= Flujo de masa de combustible de Potencia Efectiva, MPCS/h
9. COSTOS Y PRESUPUESTOS

9.1 Costo de la turbina e instalación
El precio de una turbina viene dado por las diferentes cotizaciones que se realizan a las páginas web
de las diferentes empresas que construyen estas máquinas. En precio aproximado que nos podría
costar está basado en la nota elaborada por la empresa de ingeniería y de formación técnica, y su
especialidad es el desarrollo de proyectos en las áreas de Generación de Energía, Mantenimiento
Industrial y Energías Renovables (renovetec) que indica:
De un modo muy aproximado, y sin entrar en detalles sobre los equipos que incluye y la
configuración exacta, puede estimarse que una planta de cogeneración ronda 1.000.000 € por MW
47

de potencia bruta instalada, y considerando que la planta se instala en Europa. Este coste puede
disminuir hasta en un 50%, dependiendo de los equipos instalados, o incluso aumentar hasta un 150%
si es una planta muy compleja con equipos muy especiales.
Por ello detallamos todos los componentes que la empresa siemens instala en un centro
termoeléctrico, y que según el costo por Mega watt anteriormente señalado, podemos presumir que
el costo de la turbina e instalación bordea los 121 223 628.70 soles, puesto que la adquisición exacta
viene de una cotización realizada con la empresa.

Tabla 1 Costos de la turbina de gas
N° Descripción Unid. Cant. P.U
.
Sub total
1 Guías en la base de concreto Unid - - -
2 Soportes del compresor Unid - - -
3 Colector de entrada inferior Unid - - -
4 Turbina de gas siemens SGT6-8000H Unid - - -
5 Generador modular generado por aire Unid - - -
6 Estructura que alberga el generador y el eje
que une la turbina y el generador
Unid - - -
7 Colector de escape de la turbina Unid - - -
8 Módulo de aceite lubricante prefabricado Unid - - -
9 Control de potencia prefabricado y
controles eléctricos
Unid - - -
10 Tuberías conductoras de gas Unid - -
11 Tuberías conductoras de aire Unid - -
12 Tuberías conductoras de lubricante Unid - - -
13 Caja de la turbina Unid - -
14 Equipamientos auxiliares Unid - - -
15 Carcasa de la turbinade gas Unid - - -
16 Enfriadores de generadores - - -
17 Difusor de escape Unid - - -
18 Colectores del gas combustibles Unid - - -
19 Filtro de gas combustible Unid - -
20 Conducto de entrada de aire - - -
21 Tubería de inyección - - -
22 Instrumentos de medición - - -
48

23 Sistema de protección contra incendios - - -
24 Aceites lubricantes - - -
25 Equipos de seguridad - - -
26 Materiales e instrumentos -- -
27 Ensamble e instalación del turbo grupo - -
28 Casa del filtro de entrada - - -
29 Plataformas de servicio - - -
30 Instalación del gas combustible - - -
TOTAL s/. 121 223 628.70

9.2 COSTOS POR TRANSPORTE

Tabla 2 Costos de transporte
N° Descripción Unid. Cant. P.U.
Sub total
1 Transporte del material global 8.00 S/1000.00 8000.00
2 Transporte de maquinaria pesada global 8.00 S/1600.00 12800.00
3 Transporte de personal global 10.00 S/700.00 7000.00
4 Transporte de alimentos global 8.00 S/900.00 7200.00
5 Transporte de otros servicios global 5.00 S/500.00 2500.00
TOTAL 37500.00

9.3 PRESUPUESTO DE OPERARIOS

Tabla 3 Presupuesto de operarios
N° Descripción Unid. Cant. Sueldo.U. Sub total
1. Cocinero Pers. 2 2100 4200
2. Obrero Pers. 10 1800 18000
3. Técnico Pers. 5 2500 12500
4. Conductores Pers. 3 2300 6900
5. Ingenieros Pers. 4 3600 14400
6. Otro tipo de personas Pers. 10 1800 18000
7. Topógrafo Pers. 1 2800 2800
TOTAL 76800
Son: Setenta y seis mil ochocientos soles.
Nota: El sueldo unitario es por un promedio de 30 días.

N° Descripción Unid. Cant. Sueldo. U. por día Sub total
1. Cocinero Pers. 2 70 140
2. Obrero Pers. 10 60 600
3. Técnico Pers. 5 83.33 416.66
4. Conductores Pers. 3 76.66 230
5. Ingenieros Pers. 4 120 480
6. Otro tipo de personas Pers. 10 60 600
7. Topógrafo Pers. 1 93.33 93.33
TOTAL 2560
Son: Dos mil quinientos sesenta soles.
Nota: El sueldo unitario es por 1 día

9.4 CÁLCULO DE COSTO DE CAMPAMENTO
Cuando se hace necesario ejecutar un proyecto en un área remota, como en el caso de la instalación
de ciclo; es imprescindible la construcción de un campamento donde alojar básicamente al personal
dedicado a la ejecución del proyecto, donde depositar y guardar el material necesario para el mismo.
- Número total de personal: 35
- Lugar de campamento: Echarate

Tabla 4 Costos de campamento
N° Descripción Unid. Cant.
Precio por
ambiente
(alquiler) Sub total
5.1.0 Cocina Ambientes 1 S/ 1,503.03 S/ 1,503.03
5.1.1 Comedor Ambientes 1 S/ 6,143.05 S/ 6,143.05
5.1.2 Lavandería Ambientes 1 S/ 1,503.03 S/ 1,503.03
5.1.3
Incineradora de
basura Ambientes 1 S/ 5,500.00 S/ 5,500.00
5.1.4 Áreas de ocio Ambientes 1 S/ 4,150.31 S/ 4,150.31
5.1.5
Generador de
energía Ambientes 1 S/ 5,500.00 S/ 5,500.00
5.1.6
Suministro de agua
potable Ambientes 1 S/ 1,100.00 S/ 1,100.00
5.1.7
Servicios de baño y
duchas Ambientes 1 S/ 3,900.00 S/ 3,900.00
5.1.8 Enfermería Ambientes 1 S/ 1,503.03 S/ 1,503.03
5.1.9 Almacenes Ambientes 1 S/ 2,109.10 S/ 2,109.10
5.1.10 Viviendas Ambientes 1 S/ 6,143.05 S/ 6,143.05
5.1.11 Oficinas Ambientes 1 S/ 1,503.03 S/ 1,503.03
5.1.12
Alquiler de terreno
para campamento m^2 500 S/ 0.00 S/ 0.00
5.1.13 Camarotes 18 S/ 200.00 S/ 3,600.00
5.1.14
Costos de
instalación S/ 2,500.00 S/ 2,500.00
TOTAL
S/
46,657.63

9.5 COSTO DE LA COMPRA DEL TERRENO

DESCRIPCIÓN DE ZONA DE ESTUDIO
La zona de estudio se encuentra ubicada en la región de Cusco provincia la convención distrito
Echarate.
Ubicación: El distrito de Echarate está situado en la zona nor-este de la provincia de la
Convención, Cusco.
Altitud media: 1,100 m.s.n.m
Distrito: Echarate
Provincia: La Convención
El terreno se adquirirá el 70% comprará la empresa y el 30% será donación de la municipalidad
distrital de Echarate, por lo cual la instalación requiere una hectárea aproximadamente, el terreno
se adquirirá de cuatro familias que cada dueño pide distintos precios de su terreno correspondiente.

Tabla 5 Costo de los terrenos
TERRENO EXTENCION m^2 PRECIO TOTAL
FAMILA BEJAR 3000 $ 21 $63000
FAMILIA GALEANO 2500 $ 15 $ 37500
FAMILIA CHAVEZ 1000 $ 12 $ 12000
FAMILIA MAMANI 500 $ 18 $9000
TOTAL $ 121500

El total se adquiere 7000 m^2 de distintas familiares en total $ 121500 en lo cual será en soles
486000.00 soles.
La donación de la municipalidad seria 3000 m^2, en total el terreno para la planta seria una
hectárea.

9.6 COSTO DE LA CIMENTACIÓN
𝑣 10 1.5 30
𝑣 300 3

Para cimiento de H°C°1:2:4 50% PD

Hormigones para 1 3
Dosificación Cemento(kg) Arena ( 3) Grava ( 3)
1:2:4 278 0.4 o.8

Agua aproxi. Para 1 3
0.2 3/ 3

factor de perdidas=1.1

Tabla 6 Costos de cimentación
Materiales Unidad Operación Total Precio por
unidad
Precio total
Cemento 𝑘 450 0.5 278 1.1 1376.1 𝑘 s/27.50 s/37842.75
Arena 3 450 0.5 0.4 1.1 99 3 s/4.00 s/396
Grava 3 450 0.5 0.8 1.1 198 3 s/3.50 s/693
Piedra 3 450 0.5 1.1 247.5 3 s/4.00 s/990
Agua 3 450 0.5 0.2 1.1 49.5 3 s/2.36 s/116.82
Total s/40038.57

9.7 MOVILIZACIÓN DE TIERRA DE 1000M2

Tabla 7 Costo de operaciones movilización de tierra
N° Descripción Unid. Cant. P.U.
Sub total
1. Cama baja de 25 Tn H.M.. 48 224.52 10776.96
2. Tractor sobre oruga de 190HP marca Komatsu H.M.. 40 257.06 10282.4
3. Volquete 6x4 330HP 15m3 H.M. 320 190.18 60857.6
4. Cargador sobre llanta 85-90 HP yd3 H.M. 80 157.21 12576.8
5. Capataz H.H. 80 10 800
TOTAL 95293.76

9.8 PREPARACIÓN DE UN ÁREA DE 300M2
Tabla 8 Costo de operaciones preparación del área
N° Descripción Unid. Cant. P.U.
Sub total
1. Motoniveladora 160 HP H.M. 2 189.10 378.2
2. Camión cisterna 4x2 agua 145-165 HP de 2000GL H.M. 0.75 128.96 96.72
3. Rodillo Komatsu de 150 HP H.M. 7.5 154.64 1082.48
4. Capataz H.H. 16 10 160
TOTAL S/1717.4

9.9 ALQUILER O COMPRA DE INSTRUMENTOS Y HERRAMIENTAS
Tabla 9 Costo de compra y alquiler de instrumentos y herramientas
N° Descripción Unid. Cant. P.U.
Sub total
1. Soldadora de Arco 230A unid 1.00 1779.90 1779.90
2. Electrodo Supercito 4.00 5/32" 25kg kg 50.00 367.00 734.00
3. Estación Total Leica Flexline TS06 2″ global 1.00 2600.00 2600.00
4. Compresora de Aire 2 HP 24 Litros unid 2.00 349.90 699.80
5. Termómetro digital de soldadura y metalurgia con
termopar superficial tipo K
unid 3.00 75.00 225.00
6. Máscara de Soldar FW44 unid 2.00 119.00 238.00
TOTAL S/ 6276.70

9.10 COSTE DE EPP"S
Tabla 10 Costo de los elementos de protección personal
N° DESCRIPCION UNID CANT P. U. SUBTOTAL
1 Zapatos de seguridad Pares 31 S/ 150.00 S/ 4,650.00
2 Casco de seguridad Unidades 31 S/ 30.00 S/ 930.00
3 Lentes Unidades 31 S/ 30.00 S/ 930.00
4 Guantes de jackson Pares 31 S/ 10.00 S/ 310.00
5 Mamelucos Unidades 31 S/ 64.00 S/ 1,984.00
6 Audifonos Unidades 31 S/ 80.00 S/ 2,480.00
7 Mascarillas con filtro Unidades 31 S/ 12.00 S/ 372.00
TOTAL S/ 11,656.00

9.11 COSTE MENSUAL PARA LA PREVENCIÓN DE CONTAGIOS POR COVID 19
Tabla 11 Costos para la prevención de contagios
N° DESCRIPCION UNID CANT P. U. SUBTOTAL
1 Alcohol Medicinal Litros 31 S/ 15.00 S/ 465.00
2 Alcohol en gel Litros 31 S/ 18.00S/ 558.00
3 Barbijos Unidad 15 S/ 2.00 S/ 930.00
4 Protectores Faciales Unidad 31 S/ 39.00 S/ 1,209.00
5 Jabon Liquido Litros 4 S/ 8.50 S/ 34.00
6 Papel Toalla Unidad 30 S/ 3.00 S/ 90.00
TOTAL S/ 3,286.00

9.12 CÁLCULO DE AÑOS DE RECUPERACIÓN DE INVERSIÓN

Tabla 12 Cálculo de años de recuperación de la inversión
Horas
12
Mw
15.6
Mw
22.8
Mw
16.8
Mw
30
Mw
21.6
Mw
6
MW
13.8
Mw
19.2
Mw
19.8
Mw
23.4
Mw
25.8
Mw
16.8
Mw
total, kw/h
5 60 60000
2 31.2 31200
1 22.8 22800
3 50.4 50400
1 30 30000
1 21.6 21600
1 6 6000
2 27.6 27600
2 38.4 38400
2 39.6 39600
1 23.4 23400
1 25.8 25800
2 33.6 33600
24 TOTAL 410400

total/día 410400
total/mes 12312000
Costo
kw.h
S/0.6616 total/soles mes S/8,145,619.2000
total/soles año S/97,747,430.4000

Coste de instalación S/160,050,000.00
Años de recuperación 10 años
55

10. CONCLUSIONES

• El 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 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 las diferentes fases
de la instalación, como también diferentes costos de materiales, insumos, servicios
necesarios para la instalación

11. RECOMENDACIONES

1. 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
2. Tener conocimientos de cursos de turbomáquinas 1 y 2 y termodinámica 1 y 2 para la
compresión de la turbina de gas
3. 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
4. Tener conocimiento de los diferentes contaminantes que emite el uso de combustibles para
el funcionamiento de la turbina gas
5. 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

12. BIBLIOGRAFÍA

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RENAVE. (13 de septiembre de 2021). Turbinas de gas. Obtenido de
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⚫ M. Wilcox, R. K. (2012). Technology Review of Modern Gas Turbine Inlet Filtration
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⚫ 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)

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• https://www.elagoradiario.com/desarrollo-sostenible/cambio-climatico/aumento-
oxido-nitroso-atmosfera/
• https://www.greenfacts.org/es/glosario/mno/oxidos-nitrogeno-nox-oxido-nitrico-no-
dioxido-nitrogeno-no2.htm
• https://hrudnick.sitios.ing.uc.cl/mercados/impamb/EIA%20Electrico_archivos/Page
1246.htm
• https://repositorio.segemar.gov.ar/handle/308849217/2116;jsessionid=DEC9853D20
730CF64540CB45E31ADA5B
• http://revistas.sena.edu.co/index.php/rtyp/article/view/1557/1719
• https://www.isamex.org/intechmx/index.php/2018/10/09/estrategias-de-control-para-
reducir-emisiones-de-co2-en-centrales-termoelectricas/

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https://www.isamex.org/intechmx/index.php/2018/10/09/estrategias-de-control-para-reducir-emisiones-de-co2-en-centrales-termoelectricas/
https://www.isamex.org/intechmx/index.php/2018/10/09/estrategias-de-control-para-reducir-emisiones-de-co2-en-centrales-termoelectricas/
59

13. ANEXOS

ÍNDICE DE FIGURAS
ÍNDICE DE TABLAS
OBJETIVO GENERAL
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1. ANTECEDENTES
1.1 Turbinas de gas
1.1.1 Principio de funcionamiento
1.1.2 Tipos de turbinas de gas
1.1.3 Partes Principales De La Turbina De Gas
1.1.4 Funcionamiento De Las Turbinas De Gas
1.1.5 Principales Averías En Turbinas De Gas
2. DEMANDA Y CURVAS DE CARGA
2.1 Estimación De La Población En El Distrito De Echarate
2.2 Situación Económica
2.3 Potencia Consumida Por