Central termoeléctrica Ricardo Zuloaga

Introducción

Una central termoeléctrica de tipo vapor es una instalación industrial en la que la energía química del combustible se transforma en energía calorífica para producir vapor, este se conduce a la turbina donde su energía cinética se convierte en energía mecánica, la que se transmite al generador, para producir energía eléctrica. Para que se cumpla este proceso es necesario el uso de una caldera, la cual es la que dará origen al vapor de agua, y así este tendrá la potencia para mover las turbinas.

La automatización de una central termoeléctrica solo es viable si al evaluar los beneficios económicos y sociales de las mejoras que se podrían obtener al automatizar, estas son mayores a los costos de operación y mantenimiento del sistema. La automatización de un proceso frente al control manual del mismo proceso, brinda ciertas ventajas y beneficios de orden económico, social, y tecnológico.

Evolución de la electricidad en Venezuela.

La Industria Eléctrica venezolana nació a finales del siglo XIX, producto del esfuerzo de inversionistas privados para atender las necesidades de los principales centros poblados.

En el año 1895, el ing. Ricardo Zuloaga funda la C. A. La Electricidad de Caracas, y en 1897, pone en funcionamiento dos unidades generadoras de 420 Kw., 50 Hz., en la planta "El Encantado", instalada en el curso del río Guaire. La energía era transportada a la ciudad capital a través de una línea de transmisión a una tensión de 5000 V.

Durante los primeros años del siglo XX, se formaron empresas aisladas de generación y transmisión de energía eléctrica en las ciudades más importantes del país. Muchas de ellas eran propiedad particular de un individuo o de una familia, algunas fueron empresas municipales o estatales que posteriormente pasaron a formar parte del núcleo de empresas del gobierno.

La técnica de esos tiempos estaba principalmente basada en aprovechamiento hidráulico utilizando ríos relativamente pequeños, aunque a veces la caída neta era considerable. El uso de la electricidad era casi exclusivamente para el alumbrado y por consiguiente las potencias instaladas eran pequeñas. Por ejemplo, la instalación en 1929 de la planta hidroeléctrica de Naiguatá, por la compañía Unión Venezolana de Electricidad, que contaba con dos generadores de 680 Kw. cada uno, fue considerada en su tiempo como una instalación de gran envergadura.

Hasta el año 1950, la E. de C. contaba sólo con pequeñas unidades de generación hidroeléctrica y algunas plantas diesel. Entre 1950 y 1959 se ponen en servicio las 5 unidades termoeléctricas a vapor de la planta Arrecifes con una capacidad total de 175 MW. Entre 1956 y 1966, las primeras seis unidades de Tacoa con un total de 340 MW. Y entre 1978 y 1981, las tres unidades de 400 MW. C/u de la Ampliación Tacoa, que fueron repotenciadas a 460 MW. C/u en 1992 y 1993.

La Electricidad de Caracas.

Misión:

La Electricidad de Caracas es una empresa privada, filial de la Corporación AES, dedicada a proveer el mejor servicio eléctrico y comprometida a responder las expectativas de sus clientes, trabajadores y accionistas, contribuyendo así a elevar la calidad de vida de la sociedad venezolana.

Visión:

Ser una empresa reconocida nacional e internacionalmente como líder innovador, proveedora de un servicio eléctrico de alta calidad, con personal y tecnologías excelentes, financieramente sólida y factor fundamental del sector eléctrico venezolano.

Valores:

• Poner la seguridad primero.

• Actuar con integridad.

• Honra sus compromisos.

• Esforzarse por la excelencia.

• Disfrutar el trabajo.

Ambiente:

La conservación ambiental, es parte del compromiso corporativo. Por ello, las prácticas de trabajo están integradas con la ejecución de actividades de conservación y defensa del ambiente, bajo el esquema de desarrollo sustentable.

La gestión ambiental está orientada a: estudio y cumplimiento de los requerimientos legales; el uso de estadísticas; el manejo adecuado de los aspectos ambientales; la realización de estudios de impacto; el desarrollo de auditorias; la promoción de la educación conservacionista y la participación comunitaria.

Parte de las actividades de generación de energía eléctrica que se realiza se utiliza la tecnología del combustible de gas natural, produciendo emisiones atmosféricas más limpias y reduciendo los posibles impactos negativos. Asimismo, en las áreas de transmisión y distribución, se minimiza la producción de los residuos a través del manejo adecuado de los desechos generados y el uso racional de los recursos.

Uno de los logros más importante de la gestión ambiental desarrollada, es la desincorporación de los desechos tóxicos de aceites dieléctricos bifeniles policlorinados (PCB). A través de un proyecto de identificación y exportación de materiales (1991 - 2000), se destruyeron más de 500 toneladas de transformadores y condensadores, en coordinación con la empresa francesa EMC Services, autorizada mundialmente para cumplir con estas labores.

Seguridad:

El objetivo permanente y prioritario es la seguridad y se extiende fuera del ámbito laboral y proyectándose hacia las empresas contratistas, las familias y las comunidades cercanas de la empresa.

En ese sentido, y para el logro de altos niveles de seguridad, la EDC se fundamenta en los siguientes principios:

• La seguridad, la higiene y la prevención de incidentes y accidentes son una responsabilidad individual que forma parte del trabajo diario y que debe estar integrada en todas las tareas que se realizan.

• La participación activa en la toma de decisiones del Programa de Seguridad es clave para el éxito.

• El cumplimiento de las Normas de Seguridad es responsabilidad de todos, así como el reporte de condiciones de riesgo, la utilización de los equipos de protección personal y la realización de las pruebas correspondientes para evitar situaciones de riesgo.

• La investigación de los accidentes e incidentes es indispensable para emitir conclusiones, recomendaciones y hacer seguimientos. Los mismos no son producto del azar y debe evitarse la posibilidad de ocurrencia de contingencias similares.

Planta generadora “Ricardo Zuloaga”.

Planta termoeléctrica que consta de tres unidades turbogeneradoras de 400 Megawatts cada una que contribuye con el abastecimiento de electricidad de la Gran Caracas.

El vapor utilizado para producir el movimiento de las turbinas proviene del calentamiento de agua de mar previamente tratada, de manera tal que aprovechan al máximo el recurso tan extenso con el que cuentan gracias a su apropiada ubicación en la costa Venezolana.

Igualmente, sus instalaciones constan de inmensas calderas por donde circula el agua calentándose en varias etapas hasta generar el vapor (Calderas Acuotubulares).

Las normas de seguridad están primero, los visitantes son bien instruidos antes de ingresar a la planta y son previamente dotados de cascos y lentes de seguridad para poder realizar el recorrido de manera confiable.

Calderas Acuotubulares:

Las calderas acuotubulares (el agua está dentro de los tubos) son usadas en centrales eléctricas y otras instalaciones industriales, logrando con un menor diámetro y dimensiones totales una presión de trabajo mayor.

En estas calderas, los tubos longitudinales interiores se emplean para aumentar la superficie de calefacción, y están inclinados para que el vapor a mayor temperatura al salir por la parte más alta, provoque un ingreso natural del agua más fría por la parte más baja. Originalmente estaban diseñadas para quemar combustible sólido, pero hoy en día y en la planta se queman el combustible fuel-oil Nº 6 y gas natural.

La producción del vapor de agua depende de la correspondencia que exista entre dos de las características fundamentales del estado gaseoso, que son la presión y la temperatura.

A cualquier temperatura, por baja que esta sea, se puede vaporizar agua, con tal que se disminuya convenientemente la presión a que se encuentre sometido dicho líquido, y también a cualquier presión puede ser vaporizada el agua, con tal que se aumente convenientemente su temperatura.

Accesorios:

Los accesorios son indispensables para la seguridad, para la economía y para la comodidad. Los accesorios externos incluyen los indicadores de nivel y grifos de prueba, drenes y válvulas de purga (de la superficie y del fondo), válvulas de seguridad o de alivio, grifos de ventilación (purga de aire) y trampas de vapor, conexiones para muestras de agua, válvulas de retención (protección contra retroceso), tapones fusibles, silbatos, sopladores de hollín e inyectores de aire por encima del fuego.

Entre los accesorios de medición de para el control de las condiciones de operación de la caldera, están incluidos los manómetros, indicadores del nivel de agua, termómetros, medidores de caudal para vapor y aparatos de alarma.

Sobrecalentadores de vapor:

Los Sobrecalentadores o llamados también indistintamente recalentadores de vapor, son elementos que permiten elevar la temperatura del vapor producido dentro de la caldera, manteniendo constantemente la presión del mismo; transforman el vapor saturado en vapor recalentado haciendo disminuir el peligro de que esté se condense dentro de la máquina, ya que le vapor que llega a la fuente de consumo lo hace en estado más seco. Mediante el empleo de recalentadores, se puede llevar la temperatura del vapor hasta 350 ºC aproximadamente.

Economizadores:

Los economizadores son serpentines en donde se calienta el agua que va a ingresar a la caldera, utilizando como elemento calefactor a los mismos gases de combustión.

Al ser mayor la temperatura del agua que ingresa la caldera, menor será la cantidad de calor necesaria para producir su vaporización. Además al darle una mayor utilización a los gases de combustión, se consigue aumentar el rendimiento de la caldera.

Precalentadores de aire:

El objeto de los precalentadores de aire es calentar el aire que se envía al hogar para la combustión, aprovechando parte del calor contenido en los humos antes que éstos lleguen a la chimenea. El calor así recuperado, que vuelve al hogar, representa economía del combustible y le aumento del rendimiento de la caldera.

Las ventajas son:

• Aprovechamiento de calor que en otra forma se perdería, lo que significaría aumento del rendimiento de la unidad generadora de vapor.

• La combustión es más completa.

• Aumenta la producción de la caldera.

Las desventajas son:

• Fuertes corrosiones del lado de los gases de la combustión.

• La elevación de temperatura facilita la fusión de la escoria. Por esto puede haber problemas en la explotación de ciertos carbones para los cuales la temperatura de fusión (de las cenizas) no se alcanzaría sin el precalentador de aire, y es sobrepasada con el empleo de este aparato.

Manómetros:

El manómetro es un aparato destinado a medir la presión que reina en la caldera. El conocimiento de esa presión es necesario desde el punto de vista de seguridad y del funcionamiento económico de la unidad generadora de vapor.

En la actualidad se emplea dos tipos generales de manómetros, el de láminas, y el de resorte tubular.

El primero se basa en la elasticidad de una lámina ondulada sometida, en una cara, a la presión de la caldera, y en la otra, en la presión atmosférica.

El segundo tipo llamado también manómetro de Bourdor, se basa en la tendencia a enderezarse, que experimenta un tubo de bronce curvado, de sección elíptica, cuando la presión que le aplica en su interior es superior a la atmosférica.

Quemadores:

Los quemadores son accesorios principales en las calderas. Su objeto es mezclar el aire con el combustible o viceversa para luego introducirlo a presión en forma de llama incandescente al interior de la caldera.

Indicadores de nivel:

La caldera esta provistas, de dos aparatos que permitan conocer la altura del nivel de agua, constituido por un indicador de tubo de cristal. Este consiste esencialmente de un tubo V en posición vertical y cuyas extremidades se comunican con la cámara de vapor y con la cámara de agua de la caldera, así el agua que está última y la que hay en el tubo se encuentra en le mismo nivel. El grifo debe abrirse periódicamente para expulsar las sustancias extrañas que se depositan en el fondo del tubo.

Válvulas de seguridad:

La misión de las válvulas de seguridad es evitar que la presión de la caldera sobrepase el valor normal de trabajo para la cual se ha proyectado y construido, es decir, que protege a la caldera de presiones excesivas.

Medidores de cauda:

En las instalaciones generadoras de vapor se usan aparatos para medir y registrar los caudales de vapor, del agua de alimentación y del aire para la combustión.

Medidor de temperatura:

Con este medidor registrador se obtiene el valor de la temperatura media de los gases que abandonan la superficie de calefacción de la caldera.

Válvula de cierre:

Son válvulas que permiten el pasaje del agua a la caldera, e impiden el retroceso de la misma. Estas válvulas son accionadas a mano.

Accesorios complementarios:

Tapones de limpieza: permiten efectuar el retiro de impurezas.

Válvulas de vaciado: permite efectuar el vaciado de la caldera.

Turbinas de vapor:

La turbina puede ser más pequeña, más ligera y más barata que una máquina de vapor de vaivén de la misma potencia, y puede ser de un tamaño mucho mayor que las máquinas de vapor convencionales. Desde el punto de vista de la mecánica, tiene la ventaja de producir directamente un movimiento giratorio sin necesidad de una manivela o algún otro medio de convertir la energía de vaivén en energía rotatoria. Como resultado de ello, la turbina de vapor ha reemplazado a las máquinas de vaivén en las centrales generadoras de energía eléctrica, y también se utiliza como una forma de propulsión a chorro.

Las turbinas de vapor se utilizan en la generación de energía eléctrica de. En las aplicaciones de cogeneración que requieran tanto calor (el utilizado en un proceso industrial) como electricidad, se genera vapor a altas presiones en una caldera y se extrae desde la turbina a la temperatura y la presión que necesita el proceso industrial. Las turbinas de vapor pueden utilizarse en ciclos (escalones) combinados con un generador de vapor que recupera el calor que se perdería. Las unidades industriales se utilizan para poner en movimiento máquinas, bombas, compresores y generadores eléctricos. La potencia que se obtiene puede ser de hasta 1.300 MW.

La turbina de vapor no fue inventada por una única persona, sino que fue el resultado del trabajo de un grupo de inventores a finales del siglo XIX. Algunos de los participantes más notables en este desarrollo fueron el británico Charles Algernon Parsons y el sueco Carl Gustaf Patrik de Laval. Parsons fue responsable del denominado principio de escalones, mediante el cual el vapor se expandía en varias fases, aprovechándose su energía en cada una de ellas. De Laval fue el primero en diseñar chorros y palas adecuados para el uso eficiente de la expansión del vapor.

Funcionamiento de la turbina de vapor:

El funcionamiento de la turbina de vapor se basa en el principio termodinámico que expresa que cuando el vapor se expande disminuye su temperatura y se reduce su energía interna. Esta reducción de la energía interna se transforma en energía mecánica por la aceleración de las partículas de vapor, lo que permite disponer directamente de una gran cantidad de energía. Cuando el vapor se expande, la reducción de su energía interna en 400 cal puede producir un aumento de la velocidad de las partículas a unos 2.900 km/h. A estas velocidades la energía disponible es muy elevada, a pesar de que las partículas son extremadamente ligeras.

Descripción detallada de las partes de la central y su funcionamiento:

El combustible se almacena en tanques adyacentes, también tienen una línea de gas natural que viene desde la refinería de Anaco, desde donde se suministra el combustible a la central, pasando a la caldera, en la que se provoca la combustión. Esta, se emplea para calentar el agua, que se encuentra en la caldera, y producir el vapor. Este con una alta presión, hace girar los alabes de la turbina, cuyo eje rotor gira solidariamente con el de un generador que produce la energía eléctrica; esta energía se transporta mediante líneas de alta tensión a los centros de consumo. Por su parte, el vapor es enfriado en un condensador y convertido otra vez en agua, que vuelve a los tubos de la caldera, comenzando de nuevo el ciclo.

El agua en circulación que refrigera el condensador expulsa el calor extraído a la atmósfera a través de las torres de refrigeración, grandes estructuras que identifican estas centrales; parte del calor extraído pasa a al mar.

Las torres de refrigeración son enormes cilindros contraídos a media altura (hiperboloides), que emiten constantemente, vapor de agua (que se forma durante el ciclo) no contaminante, a la atmósfera. Para minimizar los efectos contaminantes de la combustión sobre el entorno, la central dispone de una chimenea de gran altura (llegan a los 300 m) y de unos precipitadores que retienen las cenizas y otros volátiles de la combustión.

Conclusión

Gracias a esta visita, pudimos conocer de cerca y entrar en contacto con los distintos dispositivos que son utilizados y manipulados día a día por el ingeniero en su desarrollo profesional dentro de una planta, y de esta manera contribuir con el aprendizaje práctico de todos nosotros complementando la teoría que nos instruyen en nuestro centro de estudios, así como también contribuir con el acercamiento entre estudiantes y las grandes empresas e industrias del país.

Bibliografía

“Generación de vapor” de Marcelo Mesny

“Maquinas motrices” de Ramon A. Del Fresno

“Calderas, tipos, características y sus funciones”

* http://www.laedc.com.ve/