Centrales 2013-II 5
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CENTRALES TERMOELÉCTRICAS
Mag. Ing. Wilmer Jara Velásquez
Sesión 5 2013-II
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SEGUNDO TRABAJO
• Resolver el siguiente problema:
• Presentarlo en cd e impreso en formatoIMRYD (no se aceptará ningún trabajo fuerade este formato)
• Los mismos grupos del anterior trabajo
•
Fecha de entrega: 29/01/2014
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GRUPO
• Un generador de una central termoeléctrica de gas trifásico, conectado en estrella de 6.6 kV,posee una impedancia síncrona de 0.4 + j6 Ω/fase. Determine:
• La regulación de voltaje de la máquina cuando suministra una potencia de 1 Mw a la tensiónasignada con factor de potencia de :
a) 0.866 inductivo
b) Unidadc) 0.866 capacitivo.
• Construya el respectivo diagrama fasorial
• ¿Para qué sirve la regulación del generador?
La regulación de voltaje (RV) de un generador eléctrico se define por la ecuación:
RV =−
x 100 %
donde Vsc es la tensión en vacío y Vpc la tensión a plena carga del generador.
• En la sección discusión de resultados deberá explicar por que el factor de potencia hace que
los resultados sean distintos.
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Grupo
• Un generador trifásico posee una impedancia síncronade 0 + j 5 Ω y está conectado a una barra infinita depotencia de 6600 voltios. El voltaje en vacío de lamáquina es de 6 kV. El generador está conectado en
estrella.a) Calcule la potencia activa máxima que en estas
condiciones podrá suministrar la máquinasin que exista pérdida de estabilidad.
b) Hallar también la corriente de armadura y elfactor de potencia para dicha carga
c) Construya el diagrama fasorial
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Grupo
• Un generador de una central hidroeléctrica de1.5 MVA, 3 Kv, 50 Hz conectado en estrella,tiene una reactancia síncrona de eje directo
Xd = 2 Ω y una reactancia síncrona en el eje encuadratura Xq = 1.5 Ω
a) Calcule el voltaje interno cuando trabaja aplena carga con factor de potencia 0.8inductivo.
b) Construya el diagrama fasorial respectivo.
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Grupo
• En una fábrica textil se han instalado tres generadores de vapor (calderas)para suministrar el vapor necesario para el proceso y también para utilizarsus residuos como fuente de energía. Como se presenta un exceso decapacidad, la fábrica ha instalado tres turbinas generadoras de 5 MW parabeneficiarse de la situación. Cada generador tiene 4.16 Kv, 6.25 MVA,factor de potencia de 0.8 en atraso, dos polos, conexión en estrella,
reactancia síncrona de 0.75 Ω y una resistencia de armadura de 0.04 Ω.Los generadores 1 y 2 tienen la característica de frecuencia-potencia conla pendiente Sp de 2.5 MW/Hz y el generador 3 con una de 3 Kw/Hz.a) Si la frecuencia en vacío de cada uno de los tres generadores
se gradúa en 61 Hz. ¿Cuánta potencia estarán entregando las tresmáquinas, si la frecuencia real del sistema es de 60 Hz?
b) ¿Qué se tendría que hacer para que los tres generadoresentregaran sus potencias real y reactiva nominales, en unafrecuencia total de funcionamiento de 60 Hz?
c) ¿Cuál sería el voltaje generado internamente de los tres generadoresen estas condiciones?
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LA TURBINA DE GAS
• Las turbinas de gas y devapor son máquinastérmicas que intercambianenergía con un fluido que
sufre cambios importantesde volumen dentro de lamáquina. (fig , turbina ciclosimple y abierto)
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REDUCTOR DE VELOCIDAD
• Las turbinas de gas giran a grandesvelocidades (22300 RPM) por lo cual necesitanun reductor de velocidad (trenes de
engranajes) en dos etapas (6000 y 1800RPM)y de esta manera acoplarse al generadoreléctrico.
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CICLO CHENG
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CENTRAL TÉRMICA
SANTA ROSA
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MOTOR PRIMO
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CICLOS COMBINADO GAS-VAPOR
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¿Por qué los Ciclos Combinados Gas-Vapor son
los que lideran la generación termoeléctrica?
• Son las de máxima eficiencia.• Las más amigables con el ambiente.• Bajo costo de la potencia instalada
800US$/kW.• Rápida implementación (1.5-2años)• Pueden variar de configuración
usándose ya sea como ciclo simple degas o combinado con vapor.
• Ideales para trabajar en semibase obase
• En el Perú tienen prioridad en eldespacho de gas natural y poseen elmenor costo medio de generación detodas las centrales.
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EFICIENCIA DEL CICLO COMBINADO GAS-VAPOR CON POSTCOMBUSTIÓN
• Las calderas de recuperación de calor para unciclo combinado gas-vapor pueden diseñarse demanera que, en lugar de ser puramente
convectivas y recuperar el calor de los gases deescape del ciclo de alta, permitan unacombustión suplementaria (postcombustión)
• Termodinámicamente, la principal diferencia con
los ciclos combinados sin postcombustión es queno todo el calor se aporta en la parte de altatemperatura del ciclo.
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Eficiencia ciclo combinado (CC) conpostcombustión
• Wtg , trabajo de la tgas
• Wtv, trabajo de la tvapor
• Qtg, calor de la tgas
• Qcs, calor de poscomb
• Aunque baja la eficiencia,económicamente se justificacuando se quiere dar picos depotencia y cuando se requiera
cantidades de vapor variableen una configuración decogeneración.
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CICLOS CON MÁS NIVELES DE PRESIÓN
• El ciclo con un nivel tiene una serie de limitaciones, siendola más importante la capacidad de extracción de calor.
• El ciclo con un nivel de presión no es capaz de disminuir engran medida la temperatura de escape de los humos(120ºC). Con el fin de reducir esta temperatura y laspérdidas en el acoplamiento de los ciclos Brayton yRankine, se puede aumentar a dos o más niveles de presiónde vapor en la caldera, como vemos en la siguiente figura.
• Además los ciclos con un nivel de presión tienen pérdidasexergéticas importantes debido a la diferencia detemperatura que existe en el intercambio de calor en lacaldera.
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CICLOS CON MÁS NIVELES DE PRESIÓN
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REGENERACIÓN
• En los ciclos combinados no es muy común la regeneración como loes en los ciclos de vapor, donde es frecuente encontrar turbinas conextracciones de vapor a distintas presiones entre la presión devapor vivo y la de condensación.
•
Los calentadores son imprescindibles en los ciclos de potenciaconvencionales como las centrales de carbón y petróleo, no así enlos ciclos combinados.
• En las plantas convencionales se mejora el rendimiento global si seeleva la temperatura del agua mediante calentamiento en varias
etapas.
• En ciclos combinados la temperatura de agua de alimentación ha deser lo más baja posible para enfriar los humos al máximo.
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RESUMEN DE PARÁMETROS DEDISEÑO EN CICLOS COMBINADOS
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PROBLEMA
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GUIARSE DE ESTE PROBLEMA
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a) Calculando las entalpías del ciclocombinado (ciclo de gas)
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Hallando las entalpías del ciclo devapor
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a) Hallando la relación de flujos devapor y aire
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b) Calculando la eficiencia del CC
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