Chapter 2: Research Design: Conceptual Framework and Research Methodology
2.2 Research methodology
2.2.4 Ethical considerations
La turbina de gas es el elemento principal de las instalaciones de ciclo combinado, siendo la temperatura de los gases de combustión a la entrada de la turbina el parámetro más importante en el diseño de una planta de alto rendimiento.
Otro factor importante a considerar en las turbinas de gas es el diseño del compresor. Éstos son capaces de comprimir caudales de aire con relaciones de compresión cada vez mayores para poder mantener el aumento en el rendimiento de las turbinas.
Los principales componentes de la turbina de gas son: - Compresor
- Cámara de combustión - Turbina
Acoplado al eje de la turbina de gas se encuentra el generador eléctrico.
La turbina de gas cuenta con su propio sistema de protección contra incendios (PCI), el cual emplea como agente extintor CO2.
b. Turbina de Vapor
Su principio de operación es convertir la energía térmica del vapor generado en energía mecánica.
El eje de la turbina de vapor se encuentra unido al generador.
c. Caldera de Recuperación de Calor
La caldera de recuperación de calor es la encargada de transmitir la energía calorífica contenida en los gases de escape de la turbina de gas al agua, produciendo vapor a diferentes niveles de presión y cuya energía se aprovecha en la turbina de vapor.
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Diciembre 2013
d. Generador Sincrónico
Acoplados al eje de cada turbina de gas y de la turbina de vapor se encuentran los generadores eléctricos.
La refrigeración del núcleo magnético del estátor y del rotor se realizará con hidrógeno o aire, de forma que la mayor parte de las pérdidas en el generador se disiparán a través de los intercambiadores de calor hidrógeno/aire-agua, del tipo carcasa y tubos, que se encontrarán situados en la parte exterior del mismo. Estos intercambiadores estarán provistos de acceso para facilitar las tareas de mantenimiento.
En el caso de emplear hidrógeno, la circulación del mismo se realizará a presión, mediante ventiladores axiales, con el objeto de refrigerar el rotor y el núcleo magnético del estátor y prevenir las fugas de agua en los devanados del estátor, los cuales se refrigerarán directamente con agua desmineralizada. Tanto el agua caliente de los refrigeradores de hidrógeno o aire como de los devanados del estátor, se refrigerarán en el circuito cerrado de refrigeración de componentes.
La conexión con el transformador principal se realizará por medio de barras de fase aislada, equipadas con un interruptor de generación que proporciona una mejor protección y una mayor flexibilidad de operación.
e. Transformador de Elevación de Tensión
Es el elemento que adapta la tensión del generador a la utilizada en la red de transporte. Asimismo, es el elemento de separación galvánica de la generación con la red, ya que el acoplamiento de ambos se hace a través del campo magnético creado por los arrollamientos.
El transformador es una de las fuentes de ruido más importante de la central, por lo que su ubicación, la elección de la velocidad de giro de los ventiladores de refrigeración y el diseño de la insonorización en la aspiración de los mismos deberán tenerse en cuenta para el cumplimiento de los límites de ruido.
f. Chimenea
Los gases, una vez enfriados en la caldera hasta la temperatura final adecuada saldrán por la chimenea que los descargará a la atmósfera. La altura de la chimenea será del orden de 65 m.
Esta chimenea incorpora un aislamiento para protección del personal en las zonas accesibles, con escalera de acceso y plataformas de visita y trabajo.
La velocidad de los gases de escape durante el funcionamiento en carga base estará entre 15 y 22 m/s.
La chimenea estará dotada, además, de puertas de muestreo, plataformas, accesos, iluminación, soportes, etc., instalados a la altura requerida por la legislación vigente, permitiendo la toma de muestras manuales de los gases de emisión.
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g. Planta de Tratamiento de Agua
Este sistema se encargara de obtener las características necesarias (concentración aceptable) de la calidad del agua captada, con el objeto de aportar agua a los diferentes sistemas de operación de la central que requieran de este recurso como insumo en su proceso.
La planta de tratamiento de agua constará típicamente de pretratamiento, microfiltración, ósmosis inversa y desmineralización por electrodesionización.
Sistema de pretratamiento del agua bruta por Descarbonatación. El agua bruta llegará al descarbonatador desde el río Vilcanota.
El descarbonatador trabajará a caudal variable en función de las necesidades de agua de aporte a la torre y de agua de aporte al ciclo agua-vapor.
Previo a la descarbonatación se realizará la oxidación de la materia orgánica mediante adición de hipoclorito sódico.
El descarbonatador será del tipo dinámico lamelar con recirculación de fangos, floculación, sedimentación y eliminación de fangos en una sola unidad.
En el descarbonatador se efectuarán las operaciones de descarbonatación, floculación y clarificación mediante la adición de cal, coagulante y un floculante.
El agua clarificada saldrá por el rebose del descarbonatador y pasará por gravedad al depósito de agua clarificada, para su aporte a la torre de refrigeración. Desde este depósito se bombeará también a la microfiltración para continuar con el proceso de tratamiento. Las bombas de reactivos podrán variar su caudal si varían el caudal y las condiciones del agua. La regulación de las bombas se realizará de forma automática, desde el PLC o de forma manual desde el mismo PLC o localmente. De esta manera se asegura la minimización del consumo de reactivos.
El descarbonatador recibirá, además del agua bruta, las corrientes procedentes de la recuperación del rechazo de microfiltración y de la deshidratación de fangos. Estas corrientes serán recogidas en la arqueta de recuperación de efluentes y bombeadas hasta el descarbonatador. De esta manera se asegura el reciclaje de todas las corrientes que por su calidad así lo permitan, minimizándose la captación de agua del río.
Los fangos decantados y depositados en el fondo serán concentrados en una zona de espesamiento del propio descarbonatador en donde se producirá la purga de los mismos para evitar su acumulación.
Los fangos extraídos se almacenan en un silo desde donde se bombean a un sistema de deshidratación. El fango seco se almacena en un contenedor que será evacuado por un gestor autorizado, recuperándose el agua del escurrido en el descarbonatador.
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Con el fin de eliminar los sólidos en suspensión presentes en el agua y asegurar la protección de las membranas de ósmosis inversa, ésta es sometida a una filtración.
Para separar del agua de aporte sólidos suspendidos, sustancias coloidales y materia orgánica se ha optado por un sistema basado en microfiltración.
El agua clarificada llegará a la microfiltración por medio de bombas centrífugas que aspirarán del depósito de agua clarificada. Previo a la entrada a la microfiltración se instalarán filtros autolimpiantes de cesta que se limpiarán en automático.
Periódicamente y de manera automática se producirá el contralavado de las membranas de microfiltración para eliminar los sólidos retenidos. El efluente de los contralavados se enviará a la arqueta de recuperación de efluentes, recirculándose al pretratamiento.
Eventualmente será necesario realizar un lavado químico de las membranas. Para ello se utilizará el tanque de limpieza (común a la microfiltración, ósmosis inversa y electrodesionización). Esta operación se realizará de forma manual, enviándose los efluentes químicos al sistema de tratamiento de efluentes, concretamente a la balsa de neutralización, para ser tratados.
Sistema de tratamiento de agua por ósmosis inversa
Tras la microfiltración, el agua se someterá a un proceso de ósmosis inversa para eliminar sólidos disueltos del agua de aporte.
La ósmosis inversa es un proceso que separa el agua de sales disueltas mediante filtración realizada a través de membranas semipermeables. Estas membranas tienen un comportamiento distinto frente al transporte a su través de las moléculas de agua y de los iones de la disolución, dejando pasar el agua y las partículas menores de 500 A. El agua que se obtiene es agua sin apenas sales disueltas.
El rechazo que se produce en el primer paso de ósmosis inversa está desprovisto de sólidos en suspensión pero contiene una alta concentración en sales, por lo que no se puede reutilizar en el proceso, ya que se incrementaría la concentración en sales del agua de aporte y disminuiría el rendimiento. Este efluente se envía directamente a la balsa de neutralización.
Sin embargo, el rechazo procedente del segundo paso de la ósmosis inversa, es un agua con muy bajo contenido en sales, por lo que éste efluente se reutiliza, enviándose al tanque de agua microfiltrada para producir: agua de servicios, agua potable o entrar de nuevo al sistema de ósmosis inversa.
El agua osmotizada se almacenará en un tanque. De este tanque aspirarán las bombas de alimentación a la electrodesionización.
Sistema de pulido final por electrodesionizaciónEn el ciclo agua-vapor se requiere de un agua pura, completamente desmineralizada. La electrodesionización es la última etapa de desmineralización y consiste en una separación de sales disueltas mediante intercambio iónico con resinas combinado con la filtración a través de membranas semipermeables y la electrolisis del agua.
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La ventaja de este sistema radica en la autogeneración continua de las resinas producidas por la electrólisis del agua evitándose así corrientes de efluentes y de reactivos de regeneración de resinas.
El agua desmineralizada a la salida de la planta de tratamiento de agua se almacenará en tanques de agua desmineralizada. Estos tanques dispondrán de un transmisor de nivel, de manera que por bajo nivel comienza la secuencia de arranque la electrodesionización y por alto nivel se produce la parada de las bombas de agua de aporte a la electrodesionización. El sistema de control de calidad del agua desmineralizada tratada constará como mínimo de medidores de conductividad, analizadores de sílice, sodio y TOC.
El efluente de rechazo recuperable de la electrodesionización se verterá en la arqueta de recuperación de efluentes para su envío a cabeza del tratamiento o al punto de la planta de tratamiento de agua (PTA) donde el aprovechamiento del agua sea el más apropiado. Las purgas con gases disueltos de la electrodesionización, se enviarán a la balsa de neutralización de la planta de tratamiento de efluentes para su neutralización y posterior envío al río Vilcanota.
3.5.4 Control de Calidad y Mantenimiento de las Unidades
Esta actividad consiste en realizar inspecciones según las horas de operación equivalentes, durante el mantenimiento de la central.
Se puede distinguir tres tipos de inspecciones:
- Inspecciones menores; se inspeccionará la cámara de combustión.
- Inspecciones del camino caliente; se inspeccionará la cámara de combustión y la turbina. - Inspecciones mayores; se inspeccionará la cámara de combustión, la turbina y el
compresor.
Las principales actividades que se llevan a cabo durante cada tipo de inspección se describen a continuación en el Cuadro 3.5.4-1.
Cuadro 3.5.4-1 Actividades de las Inspecciones Tipo de
Intervención Procedimiento Trabajos Principales
Inspección
Menor (CI) Desmontaje de quemadores
Inspección visual y con ensayos no destructivos de:
- Quemadores - Piezas de transición
- Piezas cámara de combustión - Álabes fijos primera rueda
Inspección boroscópica de álabes fijos y móviles.
Lavado del compresor
Inspección filtro de aire Inspección del
camino caliente (HGPI)
Se levanta la carcasa superior y se desmontan los
quemadores.
Trabajos correspondientes a la inspección del combustor
Inspección visual, líquidos penetrantes y ultrasonidos de álabes fijos y móviles, cierres.
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Tipo de
Intervención Procedimiento Trabajos Principales
Limpieza turbina de gas, compresor y filtro de aire Flushing de aceite Revisión de instrumentación Inspección Mayor (MO) Desmontaje de quemadores.
Desmontaje carcasa de: - Turbina de gas - Compresor Limpieza de: - Turbina de gas - Refrigerantes de aceite - Filtro de aire
Inspección visual y no destructiva de: - Quemadores
- Placas
- Piezas de transición - Cierres
- Álabes
Sustitución y reparación de piezas dañadas
Fuente: Dessau S&Z S.A.
Los intervalos de operación en horas equivalentes de operación (EOH) para las diferentes inspecciones en la turbina de gas desde el primer encendido hasta completar el primer mantenimiento mayor, se muestran en el Cuadro 3.5.4-2.
Cuadro 3.5.4-2 Inspecciones programadas para la turbina de gas Horas Equivalentes de Operación
(EOH) 12.000 24.000 36.000 48.000
Tipo de Inspección CI HGPI CI MO
Parte Inspeccionada Cámara de Combustión X X X X Turbina X X Compresor X
Fuente: Dessau S&Z S.A.
3.5.5 Requerimiento de personal
Durante el período de operación de la central, línea de transmisión y la subestación, la fuerza laboral requerida comprende profesionales, supervisores y operarios.
Se estima que el turno de operación lo compongan un jefe de turno y un técnico en operación. La plantilla estaría compuesta por un jefe de operaciones, seis jefes de turno y siete técnicos en operación, lo que permitiría cubrir descansos y vacaciones como personal de refuerzo en turno de mañana. Por tanto la plantilla de operación estaría formada por un total de 14 personas, para el mantenimiento se estima contar con un jefe de mantenimiento, un técnico y dos montadores por cada servicio (mecánico, eléctrico e I&C) y un técnico de Oficina de Mantenimiento. Por lo tanto, la plantilla de mantenimiento estaría formada por un total de 11 personas (un jefe de mantenimiento, cuatro técnicos y seis montadores).
En el Cuadro 3.5.5-1 se muestra la cantidad de mano de obra requerida durante la etapa de operación del proyecto, mientras que la Figura 3.5.5-1 muestra la estructura del personal durante la etapa de operación.
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Frente de trabajo Personal Años de operación
Central Térmica Mano de obra 25
Línea de Transmisión y subestación Mano de obra 03
TOTAL 28
Fuente: Dessau S&Z S.A.
Figura 3.5.5-1 Estructura del personal durante la Etapa de Operación
3.5.6 Emisiones
A. Emisiones de gases
Durante esta fase, la principal fuente de emisión de gases, son los gases de combustión de la central a la atmosfera, a continuación se detalla lo siguiente:
- Cantidad de Chimeneas: 2 chimeneas - Altura de las chimeneas: 65 metros - Diámetro de las chimeneas: 4 metros - Temperatura del gas de salida: 367 °K - Velocidad de salida del gas: 17 m/s
A continuación se detalla las coordenadas de ubicación (UTM WGS 84) de las dos chimeneas: Chimenea 1: E: 0749620 N: 8580585 Z: 18S Chimenea 2: E: 0749620 N: 8580560 Z: 18S
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En el Cuadro 3.5.6-1 se muestra las emisiones estimadas de la C.T. Quillabamba durante la etapa de operación.
Cuadro 3.5.6-1. Emisiones estimadas de la C.T. Quillabamba durante la Etapa de Operación
Parámetros Características
Cantidad de chimeneas 2
Altura de la chimeneas y/o chimeneas 65 m
Diámetro de la chimeneas y/o chimeneas 4 m
Temperatura del gas de salida (°K) 367 ºK
Velocidad del gas de salida (m/s) 17 m/s
Flujo másico gr del PM10 /Seg Despreciable
Flujo másico gr del SO2 /Seg(1) N/A
Flujo másico gr del CO /Seg 3,459 g/s
Flujo másico gr del NO2 /Seg 8,821 g/s
Flujo másico gr del O3 /Seg -
Nota: La composición de gas natural de Camisea no presenta contenido alguno en azufre. Fuente: Dessau S&Z S.A.
B. Emisiones de Efluentes