Diseño y dimensionamiento de una central de ciclo combinado de 400MW

[ES]El propósito de utilizar un ciclo combinado (CC) en la producción de energía es generar energía eléctrica a un menor coste por kWh, a mayores eficiencias, con una inversión razonable por MW instalada y una amortización más corta, a su vez minimizando el impacto ambiental. Se pueden instalar en diferentes configuraciones, dependiendo del tamaño de la instalación, el propósito, las eficiencias deseadas y la inversión. El principal objetivo de este proyecto es llevar a cabo el diseño y dimensionamiento correcto de una planta de ciclo combinado cuyo único propósito es de generar energía eléctrica.[EU]Ziklo konbinatuko zentralaren erabileraren helburua energia elektrikoaren ekoizpena da, kostu txikiagoan kWh-rekin, eraginkortasun handiagoetan, MW-ko instalazioaren kostua murriztuz, amortizazio laburragoa lortuz, eta ingurumen-inpaktua minimizatuz. Konfigurazio ezberdinetan instalatu ahal izango dira, instalazioaren tamainaren, helburuaren, nahi den eraginkortasunaren eta inbertsioaren arabera. Proiektu honen helburu nagusia ziklo konbinatuko zentralaren diseinua eta tamaina egokitzea da.[EN]The purpose of using a gas turbine combined cycle (GTCC) in the power generation is to generate electric power at lower cost per kWh, higher efficiencies, with a reasonable investment per MW installed and a shorter payback, while minimizing the environmental impact. They can be arranged in different configurations, depending on the size of the installation, the purpose, the desired efficiencies, and the amount invested. The main issue held on by this project is carrying out a design and the sizing of a GTCC power plant with the sole purpose of generating electrical power

Estudio de las emisiones de CO2 en una instalación de turbina de gas con diferentes combustibles

El uso de las turbinas de gas en ciclo combinado es una de las alternativas más aceptadas en los últimos tiempos. Existen muchas razones por las que se está investigando sobre la posibilidad de usar otro tipo de combustibles como alternativa al característico, gas natural (metano). Entre otras, se pueden citar: la evolución del precio y la disponibilidad en una zona de algún tipo de gas de síntesis [17] así como estrategias medioambientales y de emisiones [10], [18], [20]. En la bibliografía se encuentran estudios, en los que de forma rigurosa se establece la relación entre la eficiencia de una instalación, usando balances característicos del Segundo Principio de la Termodinámica, y aspectos muy diversos como análisis de los gases de combustión [14], posibilidad de recalentamiento de los gases [19], temperaturas de gasificación [23] y temperatura de llama [18] etc. Estos estudios siempre toman como combustible el metano. En este estudio se presenta un análisis de las emisiones de CO2 (toneladas emitidas) por energía eléctrica producida (MWh) en la instalación de turbina de gas en ciclo combinado usando como combustible los primeros elementos de los hidrocarburos alcanos desde el metano, que se toma como referencia, hasta el heptano. Esto permite la determinación de las emisiones para distintos combustibles con distintas composiciones. Como parámetros relacionados directamente con la eficiencia de la instalación, se han contemplado para cada combustible diferentes temperaturas de entrada a la turbina de gas y distintas relaciones de compresión. Finalmente se obtienen una serie de curvas que relacionan la eficiencia y las emisiones con el número de carbonos presentes en el combustible. El análisis realizado pretende ser un elemento de discusión, basado en aspectos puramente termodinámicos, para la toma de decisione

Ingeniería del conocimiento: Análisis de ciclos de gas

En el marco de la investigación que se centra en estudiar los roles asignados al trabajo práctico, al trabajo de laboratorio, y a los experimentos en la cátedra de Termodinámica, materia de formación básica en ingeniería, se pretende aplicar y extender la funcionalidad de un sistema experto capaz de determinar la factibilidad de funcionamiento de una máquina térmica desde el punto de vista termodinámico, mediante el análisis del diseño de un ciclo de potencia, el ciclo Joule Brayton; y ofrecer a estudiantes de Termodinámica, en especial, una herramienta innovadora que les permita aprender principios fundamentales del dominio, en base tanto a sus aciertos como a sus errores, detectando diseños físicamente imposibles y proporcionándoles las explicaciones que un buen asistente de laboratorio les brindaría.Eje: Tecnología informática aplicada en educaciónRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Ingeniería del conocimiento: Análisis de ciclos de gas

En el marco de la investigación que se centra en estudiar los roles asignados al trabajo práctico, al trabajo de laboratorio, y a los experimentos en la cátedra de Termodinámica, materia de formación básica en ingeniería, se pretende aplicar y extender la funcionalidad de un sistema experto capaz de determinar la factibilidad de funcionamiento de una máquina térmica desde el punto de vista termodinámico, mediante el análisis del diseño de un ciclo de potencia, el ciclo Joule Brayton; y ofrecer a estudiantes de Termodinámica, en especial, una herramienta innovadora que les permita aprender principios fundamentales del dominio, en base tanto a sus aciertos como a sus errores, detectando diseños físicamente imposibles y proporcionándoles las explicaciones que un buen asistente de laboratorio les brindaría.Eje: Tecnología informática aplicada en educaciónRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Propuesta metodológica para la aplicación de simuladores de proceso en las asignaturas de Ingeniería de Procesos

Uno de los objetivos más importantes del currículo de Ingeniería de Procesos es la formación de profesionales, que basados en la integración de sus conocimientos, sean capaces de abordar el diseño y la optimización de procesos, y adopten además, una posición crítica y de evaluación de aquellos ya diseñados. Para el logro de éste objetivo, es necesario procurar que los estudiantes alcancen los seis niveles cognitivos planteados en la Taxonomía de Bloom para los objetivos educacionales los cuales se explican en el capítulo 2.viii, 45 p., + anexos (129 p.)Contenido parcial: Simulación de procesos -- Competencias que debe desarrollar un ingeniero de procesos -- Desarrollo de la propuesta metodológica -- Experiencias personales de los autores en la elaboración de la guía para los estudiantes

Simulación termodinámica y análisis de sensibilidad de centrales de ciclo combinado de 1 y 2 niveles de presión

En el presente proyecto, se ha llevado a cabo el estudio y análisis de las centrales térmicas basadas en los ciclos combinados gas-vapor con calderas de recuperación de calor de uno y dos niveles de presión. Partiendo de una simulación inicial de cada ciclo, se ha realizado un análisis de sensibilidad de los parámetros característicos más efectivos y sensibles que influyen en la producción de potencia y rendimiento de estas centrales. El proyecto se puede dividir en dos partes: una primera parte teórica, con objeto de asentar los conocimientos básicos con los que se caracterizan los ciclos combinados, y otra en la que se detalla el proceso que se ha seguido para la simulación de éstos, tanto el procedimiento de cálculo como las hipótesis que se han tenido en cuenta. Tras una pequeña introducción de la evolución y desarrollo de los sistemas de generación de energía a lo largo de la historia, se han determinado las formas de energía más utilizadas, detallando que ventajas e inconvenientes presentan y por qué a día de hoy la energía basada en combustibles fósiles sigue siendo la más eficiente. Después, se han establecidos los principios y leyes termodinámicas básicas que han sido empleadas a lo largo del proyecto y, a partir de las cuales, se han fundamentado las hipótesis y procedimientos de cálculo de la simulación y optimización. Posteriormente, se han introducidos los conceptos y fundamentos elementales de la base que sostiene a los ciclos combinados: los ciclos termodinámicos Brayton, y Rankine. Y, por último, se ha tratado los ciclos combinados, juntos con los componentes y configuraciones que pueden presentar, así como las características y parámetros más importantes a considerar en el diseño y análisis de este tipo de centrales. Tras la parte teórica, se han establecido las hipótesis con las que se ha trabajado en la simulación termodinámica de los ciclos con calderas de recuperación de calor de uno y dos niveles de presión, posteriormente detallando el método de resolución que se ha seguido y finalmente se ha analizado el impacto que tienen ciertos parámetros en el rendimiento y en la producción de potencia neta del ciclo.Ingeniería en Tecnologías Industriales (Plan 2010

Diseño de la planta de utilidades de un proceso de incineración de residuos sólidos urbanos – un caso de estudio: Risaralda, Colombia

Según la definición dada por Medina et al [2], los residuos sólidos urbanos (RSU), son los materiales desechados por los domicilios, incluyendo los que se generan en la actividad comercial y de servicios. Según Lin et al [3] los RSU se clasifican en los subgrupos: papel, cartón, plástico, vidrio, metal, textiles, materia orgánica, otros, clasificación necesaria para realizar estudios del aprovechamiento energético de los RSU. Organizaciones gubernamentales como [4], [5], han demostrado intereses para reducir el volumen de los residuos urbanos generados por la actividad doméstica, el comercio y la industrialización, buscando nuevas alternativas para la preservación del medio ambiente. Existen diferentes técnicas que permiten recuperar el recurso energético de los residuos, a estas se les conoce como Waste-to-Energy, por sus siglas en inglés (WTE, Recuperación de energía de los residuos) que simultáneamente minimizan el volumen de desechos y los vertederos [6]. Una de las técnicas WTE es la incineración: una tecnología de combustión directa en la que el material de alimentación se transforma directamente en energía [7], Donde los principales compuestos emitidos son: CO2 (dióxido de carbono), N2O (óxido nitroso), NOx (óxidos de nitrógeno), NH3 (amoniaco) y C (carbono) [8]

Análisis de los Parámetros Termodinámicos de un CICLO RANKINE con Turbina a Vapor Funcionando a una Altura de 3825 m.s.n.m.

La finalidad del presente proyecto consiste en el análisis de los parámetros termodinámicos del ciclo de Rankine con turbina a vapor funcionando a una altura de 3825 m.s.n.m. que es de gran importancia para determinar la generación de energía eléctrica. Un aumento o disminución de la temperatura, presión y volumen afecta a la eficiencia del ciclo Rankine esto se traduce en grandes pérdidas de generación de energía, consumo de combustible y mantenimiento. En primer lugar, se determinará los parámetros atmosféricos que influyen en el funcionamiento del ciclo Rankine. Estos parámetros son: presión atmosférica, temperatura ambiente, humedad relativa. En segundo lugar, se determinará los parámetros de trabajo del ciclo Rankine que son: presión, temperatura y volumen. El estudio de la energía interna del vapor sobrecalentado se hará determinando las entalpías, entropías y volumen de los estados de trabajo del ciclo Rankine. De los resultados obtenidos se hará el cálculo de trabajo neto y la eficiencia térmica del ciclo Rankine funcionando en una altura de 3825 m.s.n.m. Finalmente se hará un análisis comparativo del funcionamiento del ciclo Rankine a nivel de 3825 m.s.n.m. con el funcionamiento a nivel de 100 m.s.n.m. Los resultados obtenidos nos ayudarán a definir las conclusiones claras del funcionamiento del ciclo Rankine y la importancia que éste tiene para la factibilidad de generación de una central térmica en altura de 3825 m.s.n.m.Tesi

Integración de la tecnología fresnel en centrales térmicas de ciclo combinado

Un estudio sobre la influencia en la potencia y en el rendimiento de un ciclo combinado al incorporar la tecnología fresnel termosolar ha sido desarrollado en la primera parte del proyecto. Para ello hemos utilizado el simulador de ciclos termodinámicos CyclePad. El ciclo combinado inicial con el que partimos en el estudio consta de tres niveles de presión con recalentamiento y con una configuración de caldera de recuperación de calor vertical. Los tres niveles de presión tienen unos valores de 114,4 bares en el circuito de alta, 30,2 bares en el circuito de presión intermedia y 4,6 bares en el circuito de baja. Simulando el ciclo combinado inicial tenemos unos valores de potencia de 389.49 MW y un rendimiento térmico global del ciclo de 60,52%. Con la modificación de la configuración del ciclo combinado inicial observamos mejorías en las prestaciones del ciclo. Este nuevo ciclo combinado integrado que difiere respecto al inicial en tener un precalentador en la caldera y en tener un intercambiador de calor con el campo solar que aporta un calor suplementario sin coste térmico alguno nos aumenta tanto el valor de la potencia como el del rendimiento térmico. Nuestros nuevos valores son una potencia de 391,4 MW y un rendimiento de 61,935%. Estos aumentos significativos aportan unos muy buenos beneficios a tener en cuenta. Un estudio comparativo de la influencia de diferentes tipos de refrigeración en los álabes de una turbina de gas en la actuación termodinámica de una planta de ciclo combinado es presentado en la segunda parte del proyecto. Siete tipos de refrigeración involucrando aire y vapor como refrigerantes y utilizando tanto técnicas de circuito abierto como circuito cerrado han sido estudiadas. El circuito abierto incorpora convección interna, refrigeración de película y refrigeración por transpiración. El circuito cerrado de refrigeración sólo incluye refrigeración por convección interna. Se ha llegado a la conclusión que el circuito cerrado con refrigeración a vapor ofrece las mejores prestaciones posibles con mayor trabajo especifico y en consecuencia con mayor rendimiento del ciclo combinado. En cuanto a los otros tipos de refrigeración en orden descendente en cuanto a prestaciones tenemos a: transpiración a vapor, convección interna a vapor, transpiración por aire, por película a vapor, por película con aire y convección interna por aire.Ingeniería Técnica en Mecánic

Estudio de la hibridación de ciclos combinados con sistemas de almacenamiento de energía por aire comprimido (Compressed air energy storage, CAES): Aplicación en Canarias.

Este Trabajo Fin de Grado (TFG) aborda el análisis y diseño de diferentes sistemas sistemas de Almacenamiento de Energía de Energía por Aire Comprimido (CAES) para configurar una hibridación con uno de los ciclos combinados de la central térmica de Granadilla, Tenerife. Asimismo, se ha realizado un estudio energético de la hibridación del sistema de Almacenamiento por Aire Comprimido con la Turbina de Gas (CAES-GT) y con el Ciclo Combinado (CAES-CC). La hibridación se ha planteado en el ciclo combinado Nº2 de la central térmica de Granadilla. Para ello, se ha empleado el software de simulación de procesos químicos, DWSIM, para programar y simular el ciclo combinado (CC). Una vez se ha obtenido los cálculos del análisis del sistema CAES, se modela en DWSIM, junto al ciclo combinado, para hacer un análisis de sensibilidad a la hibridación y obtener los resultados del estudio energético. Se ha realizado dos estudios de sistemas CAES (según la carga y según la descarga), con la idea de aprovechar los vertidos de energías renovables de la isla de Tenerife. De ellos se obtienen diferentes parámetros de funcionamiento, así como el volumen de almacenamiento del aire comprimido. El sistema CAES final elegido para la hibridación (según la descarga) aprovecha el calor de la compresión en la fase de carga para calentar el aire en la fase de descarga. Esto se consigue mediante el uso de un circuito de Therminol-VP1 (TH-VP1). No obstante, es necesario un aporte de energía renovable con el que incrementar la temperatura de este aceite sintético tras la fase de carga, para que el aire de descarga alcance la temperatura adecuada antes de entrar en la cámara de combustión de las turbina de gas del ciclo combinado. El principal efecto de la hibridación CAES-GT y CAES-CC, es el aumento de la potencia neta manteniendo el caudal másico de combustible de las turbinas de gas. En consecuencia, se disminuye tanto el consumo específico de combustible como la emisión de gases de efecto invernadero y aumenta el rendimiento de los ciclos. Por tanto, se ha realizado un estudio de un sistema de almacenamiento de energía, que ayudaría a la integración de las energía renovables en Tenerife y mejoraría la seguridad del sistema eléctrico canario, aprovechando uno de los grupos de generación ya existente.This Final Degree Project tackles with the analysis and design of different CAES sytems to configure a hybridization with one of the combined cycles of the Granadilla thermal power plant, Tenerife. Likewise, an energetic study of the CAES-GT and CAES-CC hybridization has been carried out. Hybridization has been proposed in combined cycle Nº2 of the Granadilla thermal power plant. For this, the chemical process simulation software, DWSIM, has been used to program and simulate the combine cycle. Once the CAES system analysis calculations have been obtained, it’s modeled in DWSIM, together with the combine cycle, to execute a hybridization sensitivity analysis and obtain the results of the energy study. Two studies of CAES systems have been carried out (according to the charge and according to the discharge), with the idea of taking advantege of the surplus of renewable energies from the island of Tenerife. Different operating paramaters are obtained from them, as well as the storage volume of the compressed air. The final CAES system chosen for hybridization (according to the discharge) harnesses the heat of the compression in the charge phase to heat the air in the discharge phase. This is achieved through the use of a Therminol-VP1 circuit, however, a contribution of renewable energy is necessary with which to increase the temperature of this synthetic oil after de chargin phase, so that the discharge air reaches the right temperature, before injecting to the combustion chamber of the combined cycle gas turbines. The main effect of CAES-GT and CAES-CC hybridization is the increase net power while maintaining the gas turbine’s fuel mass flow rate. Consequently, the specific fuel consumption and the emission of the greenhouse gases are reduced and the performance of the cycles is increased. Therefore, a study of an energy storage system has been carried out, which would help the integration of renewable energy in Tenerife and improve the security of the Canarian electricity system, taking advantage of one of the existing generation groups