Diseño de un sistema para el mejoramiento del desempeño mecánico y energético de turbinas a gas de uso industrial

El objetivo principal de este proyecto es diseñar un sistema para mejorar la eficiencia energética de una turbina a gas que opera en la ciudad de Cartagena entregando aproximadamente 11MW cuando en condiciones ISO debería generar 15MW. Esta falta de potencia se debe a la baja masa de aire que entra en nuestro sistema debido a la alta temperatura y humedad del ambiente en la ciudad. Para mejorar la capacidad de entrega de la turbina y acercarla a las condiciones de diseño, se propusieron diferentes alternativas para solucionar la diferencia entre las condiciones ISO y las operacionales. En primer lugar, se estudiaron las alternativas más clásicas, como el enfriamiento evaporatorio, sin embargo, éstas fueron descartadas al seguir los procedimientos recomendados por ASME dado que las condiciones climáticas no permiten una mejora significativa para el sistema. La segunda alternativa estudiada fue la compresión húmeda, teóricamente, esta alternativa debería ser la seleccionada ya que puede presenta mayores incrementos de eficiencia con bajos costos. Sin embargo, esta propuesta decae porque su poca viabilidad técnica al requerir datos que no están disponibles debido a los acuerdos de confidencialidad entre la empresa y el fabricante de la turbina. Y por último tenemos los chillers, clasificados en mecánicos y de absorción. El principal atractivo de estos equipos es la capacidad de aprovechar el calor residual de las plantas, pero también suponen costos más elevados. Después de analizar cada una de las alternativas y discutir sus ventajas, se decidió implementar la solución del chiller mecánico, ya que el chiller de absorción requiere equipos adicionales como unidades de control de temperatura. Una vez se conoció la carga térmica del sistema, se seleccionaron los equipos necesarios como intercambiadores de calor, torre de enfriamiento, entre otros, con el fin de estimar los costos de operación e inversión, y con base en ello se estimó el valor de la TIR y VAN.The main objective of this project is to design a system to improve the energy efficiency of a gas turbine operating in the city of Cartagena delivering approximately 11MW when under ISO conditions it should generate 15MW. This lack of power is due to the low air mass entering our system due to the high temperature and humidity of the environment in the city. To improve the turbine delivery capacity and bring it closer to the design conditions, different alternatives were proposed to solve the difference between ISO and operational conditions. First, the most classical alternatives were studied, such as evaporative cooling; however, these were discarded when following the procedures recommended by ASME since the climatic conditions do not allow a significant improvement for the system. The second alternative studied was wet compression; theoretically, this alternative should be the one selected since it can present greater efficiency increases with low costs. However, this proposal falls down because of its low technical feasibility since it requires data that is not available due to confidentiality agreements between the company and the turbine manufacturer. Finally, we have the chillers, classified into mechanical and absorption chillers. The main attraction of this equipment is the ability to take advantage of the waste heat from the plants, but they also involve higher costs. After analyzing each of the alternatives and discussing their advantages, it was decided to implement the mechanical chiller solution, since the absorption chiller requires additional equipment such as temperature control units. Once the thermal load of the system was known, the necessary equipment such as heat exchangers, cooling tower, among others, were selected in order to estimate the operating and investment costs, and based on this, the TIR and VAN were estimated

Libro de Proyectos Finales 2021 primer semestre

PregradoIngeniero CivilIngeniero de SistemasIngeniero ElectricistaIngeniero ElectrónicoIngeniero IndustrialIngeniero Mecánic