MONOGRAFÍA-COMPLETA-CENTRALES-TÉRMICAS.docx

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FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA CENTRALES ELÉCTRICAS II

1 INTRODUCCIÓN Centrales termoeléctrica t ermoeléctricas s Instalació Instalación n que produce energía eléctrica eléctrica a partir de la combustión la combustión de de carbón, fuel-oil o gas en gas en una caldera diseñada al efecto. En el siguiente informe trataremos de explicar el funcionamiento de las mismas. Para Para ello ello hare haremo moss hinc hincap apié ié en sus sus comp compon onen ente tes, s, dife difere rent ntes es tipo tiposs de combustibles, procedimientos usad usados os para para la gene genera racción ión eléc eléctr tric ica a  sus sus consecuencia en el medio ambiente. ambiente. !aremos e"emplos de algunas centrales térmicas en #rgentina e ilustraciones de sus funcionamientos para una me"or comprensión. Funcionamiento de una Central térmica El funcio funcionam namien iento to de todas todas las centra centrales les térmic térmicas, as, o termoe termoeléc léctri tricas cas,, es seme"ante. El combustible se almacena en parques o depósitos adacentes, desde donde se suministra a la central, pasando a la caldera. $na %e& en la caldera, los quemadores pro%ocan la combustión del carbón, fuel-oil o gas, generando energía calor ífica. ífica. Esta con%ierte a su %e&, en %apor a alta temperatura el agua que circula por una extensa red formada red formada por miles de tubos que tapi&an las paredes de la caldera. En el primer cuerpo 'alta presión( ha centenares de )labes o paletas de pequeño tamaño. El cuerpo a media presión posee asimismo centenares de )labes pero de maor tamaño que los anteriores. El de ba"a presión, por *ltimo, tiene )labes a*n m)s grandes que los precedentes. El ob"eti%o de ob"eti%o de esta triple dispos disposici ición ón es apro%e apro%echa charr al m)ximo m)ximo la fuer&a del del %apo %apor, r, a que que este este %a perdiendo presión progresi%amente, por lo cual los )labes de la turbina se hacen de maor tamaño cuando se pasa de un cuerpo a otro de la misma., +a que ad%ertir, por otro lado, que este %apor, antes de entrar en la turbina, ha de ser cuidadosa cuidadosamente mente deshumid deshumidificad ificado. o. En caso contrario, contrario, las pequeñís pequeñísimas imas gotas otas de agua en suspensión que tran ransportaría serían lan&adas a gran gran%e %elo loci cida dad d cont contra ra los los )lab )labes es,, actu actuan ando do como como si fuer fueran an pro proec ectitile less  erosionando las paletas hasta de"arlas inser%ibles. i nser%ibles. CENTRALES TÉRMICAS A VAPOR

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2 FUNCIO FUNCIONAM NAMIE IENTO NTO DE UNA CENTRA CENTRAL L TRMIC TRMICA A El %apor se produce en una caldera que quema carbón, se expansiona en el cilindro de la m)quina  escapa luego a la atmósfera. El agua alimenta en forma continua la caldera para sustituir el %apor producido. $na me"ora de los primeros tiempos fue utili&ar un condensador para apro%echar el condensado del %apor  el calor residual, bombeando esta agua de nue%o a la caldera. # tra%és del condensador condensador se hace circular agua procedente de un río, lago, océano, po&o, torre refrigerante u otra fuente importante para dar lugar a la condensación. En la instalación mas sencilla de la bomba que se utili&a para impulsar el agua de alimentación a la caldera %enciendo la presión de la misma, es también una m)quina de %apor. os gases secos del hogar arrastran con sigo una cantidad considerable de calor  reducen la efecti%idad de la con%ersión de la energía calorífica del combustible en energía del %apor. En un generador de %apor moderno el agua de alimentación de la caldera se hace pasa pasarr prim primer eram amen ente te por por un econ econom omi& i&ad ador or llam llamad ado o así así porq porque ue ahor ahorra ra combustible utili&ando el calor de los gases de combustión para aumentar la temp temper erat atur ura a del del agua agua ante antess de entr entrar ara a en la cald calder era. a. En gene genera ral,l, el economi&ador es un ha& hori&ontal de tubos de di)metro mas pequeño que la caldera, para lograr así una me"or transmisión de calor,  se sit*a en el camino de los gases de combustión después de que estos abandonan la caldera. Para seguir enfriando los gases de combustión se añade con frecuencia un cale calent ntad ador or de aire aire.. Pued Puede e ser ser de tipo tipo tubu tubula larr o rege regene nera rado dorr. anto nto el econ econom omi& i&ad ador or como como el cale calent ntad ador or de aire aire aume aument ntan an la resi resist sten enci cia a a ala ala circulación de los gases a tra%és de la caldera por lo que se requiere disponer de un %entilador para %encer dicha resistencia  audar al tiro de la chimenea. Este Este %ent %entila ilado dorr se deno denomi mina na %ent %entila ilado dorr de tiro tiro intro introdu duci cido do  pued puede e ser ser accionado por un motor o una turbina de %apor. a resistencia que constitue el calentador de aire  el equipo del hogar hacen necesario un segundo %entilador denominado %entilador de tiro for&ado, para impulsar el aire de combustible al hogar. a alimentación del agua de la caldera debe regularse de manera que la cantidad que penetre en la caldera sea igual a la cantidad de %apor producido, lo cual exige un regulador del agua de alimentación. omo el %apor producido por la caldera tendría una temperatura ba"a si solo se produ"era %apor saturado, se instala un recalentador para recalentar el %apor

CENTRALES TÉRMICAS A VAPOR

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producido utili&ando para ello el calor de la combustión. !e esta forma pueden obtenerse en calderas modernas temperaturas de %apor de /00 a /123. En algunas calderas de gran capacidad puede instalarse adem)s un segundo recalentador. El hogar o la parte de la caldera moderna en la que tiene lugar la combustión puede tener paredes refrigeradas por aire o mas com*nmente pare parede dess refr refrig iger erad adas as por por agua agua.. a circu ircula laci ción ón en la cald calder era a se logr logra a disponiendo adecuadamente los tubos de descenso o alimentación  los tubos asce ascend nden ente tess que que son son tubo tuboss del del hoga hogar. r. a cald calder era a se aísl aísla a con con bloq bloque uess refrac refractar tarios ios dispue dispuesto stoss en %arias %arias capas capas  se acaba acaba median mediante te murete muretess de ladrillo, pl)stico o acero. !e esta forma la caldera moderna a %isto aumentado su rend rendim imie ient nto o des desde que empe empe&&ó hasta sta alcan lcan&&ar el 4/ al 156 156 con producciones que alcan&an los /78.555 9g.'%apor(:h. En la cald calder era a se pued pueden en quem quemar ar gran gran di%e di%ers rsid idad ad de comb combus ustitibl bles es.. on on combustibles gaseosos son necesarios mecheros de gas. on combustibles sólidos se emplean alimentadores de di%erso tipo o pul%eri&adores. on hogar de alimentación autom)tica se requiere que el combustible tenga un tamaño de term termin inad ado o  este este se quem quema a parc parcia ialm lmen ente te en susp suspen ensi sión ón'a 'alilime ment ntad ador or de lan&amiento( o bien extendido sobre una parrilla'parrilla mó%il( en la c)mara de comb combus ustió tión. n. uan uando do se util utili& i&a a carb carbón ón pul% pul%er eri& i&ad ado, o, el carb carbón ón se muel muele e primeramente hasta formar un pol%o en el molino pul%eri&ador  después se impulsa con aire a presión en el hogar quem)ndose en suspensión. os os comb combus ustitibl bles es sóli sólido doss requ requie iere ren n un equi equipo po cons consid ider erab able le para para su manipulación, tales como descargadores de barca&as o bien %agones tol%a para carbón transportado por ferrocarril, trituradores  quebrantadores para dar el tamaño deseado al carbón  un extenso sistema de transporte de cinta para lle%ar el carbón a las carboneras sobre los molinos pul%eri&adores o para almace almacena" na"e. e. ambién mbién se neces necesita ita maqui maquinar naria ia ba"o ba"o la forma forma de tracto tractores res,, %agonetas uni%ersales, %agones, cucharas de arrastre, etc., para transportar el carbón almacenado  para lle%arlo a la caldera. os combustibles gaseosos  líquidos no necesitan un equipo para mane"o de las ceni&as como es el caso de los combustibles sólidos. Estos *ltimos exigen la eliminación de la ceni&a. a ceni&a puede eliminarse bien en estado seco o en estado liquido.


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;e necesitan %arias bombas como auxiliares de una instalación de calderas siendo la principal la bomba de alimentación de la caldera que ha de

suministrar el agua a la caldera de acuerdo con lo requerido por la producción de %apor exigida por la carga. El agua necesaria para humedecer la ceni&a es suministrada por una bomba de agua para ceni&a que la toma del río o de alg*n lago. El agua de refrigeración de co"inetes se suministra por bombas de ser%icio. ;e utili&an bombas para agua de po&o, para agua potable, agua de usos sanitarios  algunas %eces para agua de refrigeración de co"inetes. as bombas de agua depurada se utili&an para eliminar el agua que ha sido depurada o filtrada  suministrar esta agua para ser utili&ada en la central. as bomb ombas de agua res residua idualles elimi limin nan el agua gua de fuga fuga  la bomb ombean ean nue%amente al lago o río. a turbina de %apor puede aumentar su rendimiento de di%ersas formas< a presión de %apor  su temperatura pueden aumentarse hasta un limite fi"ado *nicamente por la metalurgia moderna. El %acío en el condensador puede reducirse hasta =25 a =/5 mm.:+g mediante un equipo de %acío adecuado. #simismo puede extraerse %apor de la turbina en di%ersos puntos para obtener el %apo %aporr nece necesa sari rio o para para prec precal alen enta tarr el cond conden ensa sado do del del cond conden ensa sado dor. r. El condensado del condensador de la turbina es bombeado a tra%és de estos calentadores de agua de alimentación dispuestos en serie hasta que alcan&a el econ econom omi& i&ad ador or  la cald calder era. a. El rend rendim imie ient nto o de la turb turbin ina a de %apo %aporr pued puede e me"orarse en un >5 a >/6 mediante di%ersos escalones de extracción.

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DI"#O"ICIÓN $E $ENERAL DE DE LA LA CENTRAL

ransformación ransformación de la energía En la central termoeléctrica se obtiene la producción de energía eléctrica partiendo de la energía térmica del combustible. Esta transformación de energía se efect*a en cuatro etapas< >. ransformación ransformación de energía latente del combustible en calor. 8. ransformación ransformación del calor en energía potencial del %apor.


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2. ransf ansfor orma macción ión de la ener energí gía a pote potenc ncia iall del del %apo %aporr en ener energí gía a mec)nica. 7. ransformación ransformación de la energía mec)nica en energía eléctrica. as dos primeras transformaciones se reali&an en la sala de calderas, donde la combustión del carbón o fuel-oil produce gases calientes que hacen e%aporar el agua, mientras que las dos *ltimas transformaciones ocurren en la sala de m)quinas  precisamente el calor se expansiona en la turbina que acciona el alternador. En la cent centra rall típi típica ca se dist distin ingu guen en siem siempr pre e cinc cinco o circ circui uito tos, s, cu cua combu mbustió stión n per permite mite la tran transf sfo orma rmación ión de energí ergía a térm térmic ica a del combustible en la energía eléctrica. Estos circuitos son< >. ircuito del combustible. 8. ircuito del aire de combustión. 2. ircuito del %apor. 7. ircuito del agua de refrigeración. r efrigeración. /. ircuito de la energía eléctrica. 2!1!1 2!1!1 CIRCUI CIRCUITO TO DEL COM%U" COM%U"TI TI%LE %LE Este circuito difiere sobre todo en su primera parte seg*n el tipo de combustible utili&ado, carbón, fuel-oil, gas, etc. onsideramos ahora una central como combustible de carbón pul%eri&ado. ransporte del combustible< El carbón es descargado en la inmediata cercanía de la sala de calderas. uego el carbón es secado  lle%ado sobre cintas transportadoras hasta la casa de trituración, donde una m)quina trituradora reduce las dimensiones de los tro&os demasiado grandes. Para eliminar los tro&os de hierro que generalmente se me&clan con el carbón durante la extracción  el transporte, el carbón pasa por un separador magnético.


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$n sistema de cintas transportadoras lle%a el combustible hasta una tol%a, ubicada delante de la caldera . ;u capacidad es dimensionada de modo de poder alimentar la caldera durante unas horas a plena carga. Pul%eri&ación< #ntes de introducirlo en la caldera, se somete el carbón al procesamiento de pul%eri&ación, con lo cual se me"ora su combustión  se aumenta el rendimiento de la caldera. ombustión< !el molino pul%eri&ador el carbón reducido a pol%o mu fino flue a los quemadores ubicados en los cuatro rincones o en frente de la caldera. ransporte de la ceni&a< a ceni&a cae en la parte inferior de la c)mara de combustión, que tiene la forma de embudo,  de ahí deri%a a &an"as, donde una corriente de agua la arrastra a un po&o.

2!1!2 2!1!2 CIRCUI CIRCUITO TO DEL DEL AIRE DE COM% COM%U"T U"TIÓN IÓN El aire de combustión es en%iado al hogar de las caldera por medio del %entilador de tiro for&ado a tra%és del precalentador de aire que tiene por ob"eto calentar el aire apro%echando parte del calor que contienen los gases entes de pasar a la chimenea. $na parte de este aire primario, sir%e para secar el carbón en el molino  para la inección del carbón pul%eri&ado en la c)mara de combustión, mientras que la parte restante del aire, llamado aire secundario, se suministra alrededor de los quemadores para lograr un contacto íntimo con las partículas del carbón. #sí, se obtiene una combustión r)pida  una menor cantidad de productos no quemados.

2!1! 2!1!& & CIRC CIRCUI UITO TO DEL DEL 'A#O 'A#OR R En la cent centra rall de cond conden ensa saci ción ón ' %er %er sigu siguie ient nte e figu figura ra(, (, el %apo %apor r desc descar arga gado do por por la turb turbin ina a , es cond conden ensa sado do en el cond conden ensa sado dorr a super superfic ficie ie e, por medio medio del agua agua de circu circulac lación ión.. El conde condensa nsado do es aspirado por la bomba de extracción b  conducido al desgasificador q después de haber sido calentado en el precalentador t. !el tanque q el


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condensado flue ala bomba de alimentación p que manda el agua a la caldera g. El agua de alimentación e%apora en la caldera  el %apor producido %uel%e a la turbina , completando así el circuito cerrado del agua de alimentación.

2!1!( 2!1!( CIRCUI CIRCUITO TO DEL DEL A$UA A$UA DE DE CIRCULA CIRCULACIÓ CIÓN N a refrigeración de los condensadores exige una cantidad considerable de agua fría. En la instalación ilustrada anteriormente, la refrigeración de condensador c,se efect*a en circuito cerrado. El agua de circulación, que se calienta en el condensador c condensando el %apor descargado por la turbina , es enfriada a su %es en la torre de refrigeración &  luego impulsada por la bomba de circulación. 2!1!) 2!1!) CIRCUIT CIRCUITO O DE LA ENER$*A ENER$*A ELCTR ELCTRICA ICA El alternador accionado por la turbina, produce la energía eléctrica  la en%ía por medio de los cables de conexión al transformador ele%ador h instalado en la casa de alta tensión. !espués de la ele%ación de la tensión la energía eléctrica es en%iada desde la barras ómnibus a los centros de consumo atra%es de los cables alimentadores o bien por medio de líneas aéreas i.


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?lu"o de energía omo omo en cual cualqu quie ierr otra otra fabr fabric icac ació ión, n, así así tamb tambié ién n en la f)br f)bric ica a de electricidad, con%iene que el flu"o de energía entre los %arios escalones de transformación se desarrolle por el camino m)s corto,  en lo posible directo. El orden natural de las distintas partes de la central a %apor con comb combus ustitión ón de carb carbón ón pul% pul%er eri& i&ad ado o ser) ser) como como se lo desc descri ribe be a continuación< >. Parque de carbón. 8. asa de trituración. 2. ;ala de calderas. 7. asa de auxiliares. /. ;ala de m)quinas. 0. ransformadores. =. Estación de alta tensión. 2!1!+ 2!1!+ DI"#O" DI"#O"ICI ICIÓN ÓN DE LA" LA" CALDERA CALDERA" " , TUR%INA TUR%INA" " a distribución constructi%a de las centrales modernas es di%ersa, pero en general el centro del esquema se encuentra en la disposición de las calderas  de los grupos generadores. Poco tiempo después de la acer acerta tada da intro introdu ducc cció ión n de la turb turbin ina a de %apo %aporr, la pote potenc ncia ia de esta esta m)quina aumento r)pidamente, mientras que la potencia de las calderas conti continua nuaba ba siendo siendo relati% relati%ame amente nte pequeñ pequeña. a. Por consig consiguie uiente nte,, en las centrales se necesitaban desde / a 85 calderas para ser%ir a una sola turbina. as calderas se disponían por lo general, en largas alienaciones perpendiculares a la pared di%isoria de la sala de turbinas con espacio para los antehogares de cada dos calderas entre las mismas. ;olo en los grandes sistemas con buenas interconexiones eléctricas puede aceptarse el plan de una caldera por turbina. En las centrales aisladas es aconse"able pre%er una reser%a de potencia para casos de emergencia. Encontraremos fundamentalmente dos disposiciones, las cuales son<


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!isposición en paralelo< en donde la sala de calderas es paralela a la de m)quinas !isposición en < cuando el n*mero de calderas por turbinas es grande, la central tiene disposición en , o sea el e"e de la sala de m)quinas es perpendicular al de la sala de calderas. @*mero de calderas por turbina. a disposición general de la central es notablemente influenciada por el n*mero de calderas que alimentan la turbina. Este n*mero depende de las condiciones de explotación, del diagrama de carga  del factor de reser%a de la central. En la siguiente figura se ilustra como el n*mero de calderas por turbina determina la forma de la planta de la central. ;e ha ensa ensaado ado clasif clasifica icarr las planta plantass de instal instalaci acione oness exist existent entes es seg*n seg*n el n*mero de calderas por turbina.

#unque se encuentran instalaciones recientes con dos calderas por turb turbin ina a disp dispue uest stas as en , es de empl empleo eo corr corrie ient nte e la disp dispos osic ició ión n en paralelo.


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as turbinas pueden ser ubicadas trans%ersalmente , paralelas entre sí. a segunda solución es la disposición de las turbinas en fila india a disposición en  nunca se usó con una caldera por turbina. Aientras que el empleo de dos filas, est) limitado a centrales con generadores de %apor %apor partic particula ularme rmente nte anchos anchos.. uando uando se eligen eligen dos calde calderas ras por turbina, la producción de %apor est) dimensionada a menudo de manera que estando una caldera fuera de ser%icio, tres calderas puedan generar todo el %apor preciso para la carga m)xima de las dos m)quinas. # %eces con una caldera por turbina, se puede montar una caldera adicional que entre en ser%icio en caso de emergencia o de reparación de las dem)s. Btra solución consiste en la instalación de tres calderas para la alimentación de dos turbinas. El problema de la elección del n*mero de calderas por turbina depende de la confian&a que se tenga en su segu seguri rida dad d de expl explot otac ació ión. n. #ctua ctualm lmen ente te se pued puede e acat acatar ar plenamente la responsabilidad de elegir un n*mero ideal de calderas  turbinas. por lo dem)s, el n*mero de calderas depende de la calidad del combustible  del tipo de combustión.

2!2 2!2 "ALA "ALA DE CALD CALDER ERA A" omo se ha menciona do las calderas se pueden dispone r en una o dos filas. En el primer caso la caldera se puede colocar en el piso de maniobra alumbrado por la lu& del día, por estar ubicado en el lado exterior de la central, o bien se adopta la disposición contraria con el piso de maniobra alumbrado artificialmente  ubicado entrela caldera  la sala de auxiliares. as calderas en dos filas se instalan se instalan siempre con el piso de maniobra en el centro, alumbrado artificialmente. El %olumen  la superficie de la sala de calderas son mu %ariables, tienen la tendencia a disminuir al crecer la producción unitaria de %apor. El %olumen específico de la sala de calderas con una producción unitaria maor de >55 t:h %aría de /5 a >/5 m2 por t:h, mientras que su superficie específica est) comprendida entre >  7 m8 por t:h. as dimensiones de la sala de calderas estar)n dados en función de los siguientes factores<


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>. Columen de las tol%as de carbón. 8. @ecesidad de dispones de un espacio suficiente para sustituir los tubos de la caldera, del sobrecalentador, del economi&ador  de las chapas o los tubos del precalentador de aire. 2. @ecesidad de disponer de un espacio con%eniente para los tableros de medi medici ción ón  regu regula laci ción ón,,  para para las las resi resist sten enci cias as rotó rotóri rica cass de los los %entiladores. 7. !isposición de las escaleras  del ascensor del edificio,  ubicación e las plataformas  pasarelas alrededor de las calderas para el acceso de las puertas de inspección  para la maniobra de los sopladores de hollín. entre dos calderas se de"a un espacio m)s o menos igual al ancho de una de ellas.

2!& 2!& "ALA "ALA DE %OM%A OM%A" " as m)quinas m)quinas auxiliares auxiliares como bombas bombas de alimentac alimentación, ión, ele%adore ele%adores, s, precalentadores  desgasificadores se pueden instalar de %arios modos seg*n la siguiente figura.

a disposición m)s generali&ada es la ubicación de la sala de bombas b entre la da calderas a  la de m)quinas c. #sí las bombas  los precalentadores se pueden colocar con facilidad en el circuito de agua  %apor, de manera que se logran notables %enta"as de explotación con gastos de instalación relati%amente ba"os.


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2!( 2!( "ALA "ALA DE M-.U M-.UIN INA A" as turbinas se dispones por lo general en una fila con los e"es paralelos entre sí, o bien en fila india. a primer disposición es la de maor empleo, tiene la %enta"a de un menor largo de sala, lo que interesa cuando se trata de numerosa m)quinas, para reducir el recorrido de una a otra extremidad de la sala. En cuanto a la segunda disposición, tiene la %enta"a de un menor ancho de la sala  un menor costo de la gr*a. #dem)s siendo menor el largo de la gr*a resulta r esulta menor a*n su altura  entonces es menor la ele%ación de la sala. a disp dispos osic ició ión n long longititud udin inal al de las las turb turbin inas as seg* seg*n n la figu figura ra que que se encuentra a continuación tiene la %enta"a de una menor ancho de la sala  de un menor casto de gr*a. #dem)s siendo menor el largo de la gr*a resulta menor a*n su altura  entonces es menor la ele%ación de la sala. as dimensiones de la sala de m)quinas deben ser tales que permitan el desmonta"e del rotor del alternador  la sustitución de los tubos del conde condensa nsador dor.. a superf superfici icie e de la sala sala de m)quin m)quinas as depend depende e de la potencia unitaria  de la %elocidad de rotación de las turbinas. !e la siguiente figura se desprende que al crecer la potencia unitaria de 85 a >85 AD disminue su superficie específica ocupada de 8/ a 4

# efectos de esta I se tomar) como superficie de radiación el %alor correspondiente a la superficie radiante del hogar  de las c)maras del hogar en calderas pirotubulares  la proectada de la paredes del hogar en calderas acuotubulares. a superficie de con%ección %endr) dada por la superficie real bañada por el fluido transmisor correspondiente a las &onas no expuestas a la llama. Presión de diseño.-Es la m)xima presión de traba"o a la temperatura de diseño  ser) la utili&ada para el c)lculo resistente de las partes a presión del aparato. Pres Presió ión n m)xi m)xima ma de ser% ser%ic icio io..-Es Es la pres presió ión n límit límite e a la que que qued quedar ar) ) sometido el aparato una %e& conectado a la instalación receptora.


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emper mperat atur ura a de dise diseño ño.-E .-Ess la temp temper erat atur ura a pre% pre%is ista ta en las las part partes es met)licas sometidas a presión en las condiciones m)s desfa%orables de traba"o. emperaturas de ser%icio.-;on las di%ersas temperaturas alcan&adas en los fluidos utili&ados en los aparatos en las condiciones normales de funcionamiento. Cigilancia directa.-Es la super%isión del funcionamiento de la caldera por medio de un conductor que permanece de forma continua en la misma sala de calderas o en la sala de mando. Cigilancia indirecta.-Es cualquier otra forma de super%isión que difiera de la %igilancia directa. egula egulació ción n progre progresi% si%a a por escala escalas.s.-Es Es la %ariac %ariación ión de la aporta aportació ción n calo calorí rífic fica a que que perm permitite e esta establ blec ecer er un cier cierto to n*me n*mero ro de posi posici cion ones es intermedias entre los %alores m)ximo  mínimo. egulación todo:poco:nada.-Es la %ariación de la aportación calorífica correspondiente a los caudales m)ximo, mínimo o nulo sin posiciones intermedias. egu egula laci ción ón todo todo:n :nad ada. a.-E -Ess la %ari %ariac ació ión n de la apor aporta taci ción ón calo caloríf rífic ica a correspondiente a los caudales *nico constante o nulo. egula egulació ción n progre progresi% si%a a modula modulante nte.-E .-Ess la %ariac %ariación ión de la aport aportaci ación ón calorífica que puede permanecer estable en cualquier %alor comprendido entre los caudales m)ximo  mínimo. egula egulació ción n progre progresi% si%a a desli& desli&ant ante.e.-Es Es la %ariac %ariación ión de la aporta aportació ción n calo calorí rífic fica a de form forma a prog progre resi si%a %a no esca escalo lona nada da,, de un m)xim m)ximo o a un mínimo mínimo,, sin poder poder perman permanece ecerr establ estable e en ning*n ning*n punto punto interm intermed edio io bornes de salida de la unidad.

& CENT CENTRA RALE LE" " TRM TRMIC ICA" A" DE 'A#OR #OR


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as centr centrale aless térmica térmicass a %apor %apor son centra centrales les cuo cuo proect proecto o requie requiere re una una adaptación mínima al medio donde ser)n instaladas. as %arian riante tess m)s m)s desta estaccadas adas del pro proe ecto cto radi radiccan en la calid alidad ad  disponibilidad del agua de enfriamiento a utili&ar. En consecuencia su proecto sigue lineamientos bastante estandari&ados con adecuaciones menores a cada caso particular. as as cent centra rale less de %apo %aporr pres presen enta tan n cost costos os de in%e in%ers rsió ión n alto altoss pero pero cost costos os operati%os ba"os 'consumos reducidos(, lo que las hacen adecuadas como centrales de base. # título de e"emplo<

Potencia 'AF( In%ersión 'uGs:HFinstalado( Bperac.  Aantenim. 'uGs:HFi-año( onsu onsumo mo prop propio io '6( onsumo específico '9cal:HFh( Cida *til 'años(

255 =55

>/5 455

>55 4/5

05 155

4

4

1

>>

/

/

0

0

885 5

825 5

8/5 5

805 5

2/

2/

2/

2/

a %aria %ariaci ción ón del del cons consum umo o espe especí cífic fico o con con la carg carga a es poco poco sens sensib ible le,, por por e"emplo<

6 de Pnom nom >55 >55 9cal:HFh 82> /

4/ 827 5

=> 821 5

/= 870 5

/5 8/5 5

En gene genera rall las las unid unidad ades es turb turbo% o%ap apor or no son son oper operab able less por por deba deba"o "o de un determinado porcenta"e '8/ a 756( de Pnom. debido a problemas con la estabilidad de llama en las calderas.


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os principales componentes de una central de %apor son los que se detallan a continuación.

&!1 &!1 CON ONDE DEN" N"A ADOR ;u finalidad es extraer el calor latente del %apor de escape de la turbina, constituendo la fuente fría del ciclo. a temperatura del agua de enfriamiento determina el grado de %acío que puede lograrse. !ebe tenerse presente que la presión parcial del %apor saturado ba"a de 8/ mm +g a 8=3 a >8 mm +g a >03. uego cuanto m)s fría el agua de enfriamiento maor el grado de %acío alcan&able  maor la potencia extraible de la turbina.

&!2 #RECA #RECALEN LENTA TADOR DORE" E" DE A$UA ;e disponen a ambos lados de la bomba de alimentación de caldera. alientan el agua a partir de extracciones de %apor, sin me&cla de agua  %apor, inectando inectando el condensado en puntos apropiados del ciclo.

&!& &!& %O %OM% M%A" A" DE ALIM ALIMEN ENTA TACIÓ CIÓN N Producen el salto de presión necesario para que el agua ingrese a la caldera. ienen habitualmente un acoplamiento hidr)ulico de manera de %ariar el caudal de ingreso a la caldera en función de las condiciones de carga.

&!( &!( ECO CONO NOMI MI/A /ADO DOR R a función del economi&ador es calentar el agua de alimentación de la caldera hasta una temperatura próxima a la de ebullición a efectos de e%itar tensiones térmicas en la caldera  me"orar la eficiencia. Es un interc intercamb ambiad iador or de tubos tubos como como el sobrec sobrecale alenta ntador dor o el recale recalenta ntador dor,, ubicado en el punto m)s frío de los humos.


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( ANALI" ANALI"I" I" DE DE UNA UNA CENTRA CENTRAL L TERMI TERMICA CA DE 'A 'A#OR (!1 (!1 E.UI E.UI#O #O" " #RIN #RINCI CI# #ALE"

?igura 8.2< Equipos principales


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# continuación se enumeran las instalaciones principales que constituen el rupo I de la entral érmica de a obla< >.- #lmacenamiento de carbón 8.- ol%as de almacenamiento 2.- Aolinos 7.- Juemadores /.- alderín 0.- +ogar caldera =.- urbina 4.- ondensador 1.- #lternador >5.- orre refrigeración >>.>>.- ubería ubería condensador : orre orre >8.- ransformador ransformador >2.- alentadores agua ciclo >7.- Precipitador electrost)tic


FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

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CENTRALES ELÉCTRICAS II

(!2 (!2 Desc Descri0 ri0ci cin n de la #lan #lanta ta


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(!& (!& COM%U OM%U"T "TI% I%LE LE a central est) diseñada para quemar combustibles minerales fósiles, sólidos  líquidos. ;e trata principalmente de hullas  antracitas pobres para usos térmicos, de características< alta ceni&a 'estéril(, ba"o poder calorífico  ba"o %ol)til 'reacti%idad(. El carbón en su maor parte procede del mercado nacional, de las cuencas carb carbon oníf ífer eras as próx próxim imas as del del cent centro ro-n -nor orte te de la pro% pro%in inci cia a de eón eón.. En la actualidad se completa completa el suministro con con partidas de carbón carbón internacional, internacional, de importación. Principales suministradores suministradores nacionales de carbón carbón  porcenta"e de suministro<

;.#. ;.#. +ull +uller era a Ca Casco sco eon eones esa a 'iñ 'iñer era a Aata Aatalla llana na((

0/6 0/6

arbones la Calcue%a 'a Aagdalena(

06

+ullera de ;abero  #nexas, ;.#. ';abero(

06

Btros pequeños suministradores

826

os os comb combus ustitibl bles es líqu líquid idos os se empl emplea ean n ocas ocasion ional alme ment nte e para para apo apoar ar  esta estabi bilili&a &arr la comb combus ustitión ón 'fue 'fueló lóle leo( o(  en los los arra arranq nque uess frío fríoss 'gas 'gasól óleo eo(. (. Knicamente con este combustible se puede alcan&ar el 25 6 de la carga térmica de caldera. (!&!1 CARACTER*" CARACTER*"TICA TICA" " DEL DEL COM%U"TI%L COM%U"TI%LE E DE DE DI"EO DI"EO P#LAEB; !E #@LI;I; arbono '6 en peso sobre seco( +idró eno 6, s:s @itró eno 6, s:s #&ufre 6, s:s eni&as 6, s:s +umedad 6, s:b Poder calorífico su al: s:s CENTRALES TÉRMICAS A VAPOR

$PB I 0/,> 8,1 >,7 >,1 8/,/ >8,5 0.555

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(!( CAR%ONEO CAR%ONEO , ALMACENAM ALMACENAMIENTO IENTO DE COM%U COM%U"TI%LE "TI%LE El almacenamiento  mo%imiento de carbón se hace en un parque com*n para los dos grupos. El sistema esta diseñado con un tamaño que permite mo%er el carbón necesario para la alimentación diaria de los grupos 'carboneo( en un solo turno de traba"o.

El carbón local se entrega mediante cinta transportadora 'capacidad para 155 t:h(  el de otras procedencias, procedencias, nacional nacional o internacional, se sir%e en camión. !espués de los controles de recepción, se destina a la alimentación de los grupos grupos o su apilado. apilado. Para este traba"o traba"o,, existe existen n %arias %arias maquina maquinass destacadas<


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a rotopala rotopala con capacida capacidad d media de >.>55 >.>55 t:h  m)xima de >.285 t:h. iene iene dos modos de traba"o< recogida  apilado, en direcciones contrarias. El apilado se emplea cuando el carbón que entra en la central est) demasiado h*medo o necesita ser homogenei&ado. as &onas acti%as de las par%as que atiende la rotopala pueden alcan&ar una longitud de m)s de 255 m.  una capacidad de >85.555 t, a cada lado.

El almacenamiento de gasóleo se reali&a en un tanque enterrado de 25 m2, para el grupo I. #dem)s se ha añadido una nue%a reser%a adicional con un tanque aéreo de =/ m2 que puede emplearse en ambos grupos por medio de trasiegos 'gra%edad o bombeo(.

os circuitos de gasóleo  fuelóleo tienen calentadores  bombas para mo%er el combustible hasta el anillo de quemadores de la caldera,  su posterior retorno a los depósitos de almacenamiento. almacenamiento. o odas las líneas de fuelóleo est)n aisladas térmicamente  utili&an %apor de acompañamiento para m)s f)cil fluidi&ación  trasiego.


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(!) (!) E.UI E.UI#O #O" " DE MOL MOLIE IEND NDA A !esp !espué uéss del del parq parque ue,, el carb carbón ón lleg llega a a la cald calder era, a, pasa pasand ndo o por por los los comp compon onen ente tess prin princi cipa pale less de un circu ircuitito o cons constititu tuid ido o por por tol% tol%as as de almacena almacenamiento miento,, alimentado alimentadores, res, trituradores trituradores,, molinos, molinos, clasificad clasificadores ores  quemadores< as tol%as tienen una capacidad de /.555 t en el grupo I 'autonomía de 20 horas para el el consumo a plena plena carga con las 4 tol%as llenas(. !esde las tol%as '8 por molino(, el carbón flue hacia los alimentadores %olumétricos de cint cintas as de %elo %eloci cida dad d regu regula lada da,, que que perm permititen en dosi dosific ficar ar el carb carbón ón necesario para atender la demanda demanda de carga de de caldera. En el grupo I ha 7 molinos, pudiéndose alcan&ar la plena carga con un molino en reser%a. odos los molinos son de bolas, con carcasa cilíndrica hori&ontal abierta por los extremos para que salga el carbón  el aire de arrastre. Est)n accionados por motores eléctricos de media tensión. En el molino se produce la pul%eri&ación final por el choque continuo con las bola bolas, s, en la rota rotaci ción ón de todo todo el con" con"un unto to.. uan uando do se alca alcan& n&a a una una granulometría mu fina, la me&cla de carbón  aire primario de arrastre, pasa a los clasificadores situados en los extremos del molino. #llí se sepa separa ran n las las part partíc ícul ulas as m)s m)s grue gruesa sas, s, que que reto retorn rnan an al moli molino no para para completar la molienda.


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(!+ CALDERA En la caldera, o generador de %apor, se produce el %apor que ha de alimentar las turbinas, así como como %apor auxiliar auxiliar para usos di%ersos. di%ersos. !icha cald calder era a tien tiene e las las sigu siguie ient ntes es cara caract cter erís ístitica cas. s. ?ue ?ue dise diseña ñada da para para permanecer a la intemperie, sin sin edificio de de protección. El plan plano o de sime simetr tría ía long longititud udin inal al es perp perpen endi dicu cula larr al e"e e"e de los los turbogeneradores. En la dirección de flu"o aire-gases se disponen los elemen elementos tos princi principal pales< es< %entil %entilado adores res de tiro tiro for&ad for&ado, o, hogar hogar,, &ona &ona de recuperación de calor, precalentadores, precipitadores, %entiladores de tiro inducido  chimeneas. !ispone de dos etapas de sobrecalentamiento  recalentamiento 'primario  final(. a caldera est) formada por paredes de agua tubulares, cerrando un recinto estanco donde se produce la combustión 'hogar(. oda la caldera, como una unidad rígida, se encuentra suspendida de un marco de %igas %igas  soportes soportes del techo, techo, que que permiten permiten la dilatación dilatación libre hacia aba"o. El hogar es de tiro equilibrado 'presión ligeramente inferior a la atmosférica(, con %entiladores %entiladores de tiro for&ado for&ado e inducido.

os quemadores se encuentran dispuestos en dos líneas trans%ersales 'paredes anterior  posterior(, para formar la &ona de radiación. Por la forma de la llama, que hace hace un recorrido de ba"ada ba"ada  subida, se se dice que los quemadores son del tipo en MFN. Esta &ona se re%iste de material refractario para proteger los tubos  aumentar la temperatura del hogar. #sí se fa%orece la combustión combustión de los carbones carbones de ba"a reacti%idad.

En los mismos quemadores existen lan&as concéntricas para inectar los combustibles líquidos atomi&ados con aire aire o agua. En la parte inferior del hogar esta la tol%a, que termina en el desescoriador  un sistema de sello hidr)ulico para para el cierre inferior de la caldera.

+a unos unos precal precalent entado adores res regener regenerati ati%os %os de aire aire dispue dispuesto stoss en los conductos de salida de gases para apro%echar el calor residual de los gase gasess de comb combus ustitión ón  cale calent ntar ar el aire aire nue% nue%o o de alim alimen enta taci ción ón a la caldera. os materiales utili&ados en los tubos son aleaciones altamente CENTRALES TÉRMICAS A VAPOR

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resistentes a las temperaturas  los desgastes producidos por los los gases de combustión.

a caldera del grupo I, de tecnología ?oster, tiene un gran %olumen de agua, especialmente en el calderín donde se produce la separación de fases aguaO%apor. En consecuencia este grupo tiene gran inercia térmica  lenti- tud en las %ariaciones de carga.


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(!3 #RECI# #RECI#ITA ITADOR DORE" E" ELECTR ELECTRO"TO"T-TIC TICO" O" os precipitadores son filtros que se encargan de reducir la emisión a la atmósfera, de partículas de la corriente de gases de combustión. El principio de funcionamiento consiste en la creación de un campo eléctrico de alto potencial, capa& de cargar negati%amente las partículas de ceni&a en la propia corriente de gases , por atracción electrost)tica, depositarse en las placas colectoras de polaridad positi%a. # inter%alos regulares unos martillos golpean unos unques montados sobre los marcos de las placas colectoras  cae la ceni&a a las tol%as inferiores. !e aquí se se extrae mediante transporte neum)tico para lle%arla a los silos de almacenamiento pro%isional.

os precip precipita itador dores es tienen tienen un sistem sistema a de contr control ol electr electróni ónico co que que permite permite optimi&ar su funcionamiento para reducir las emisiones  el consumo eléctrico. # la salida de los filtros, sobre lo propios conductos de gases, unos equipos de medida de la opacidad informan continuamente a la sala de control del estado de funcionamiento de los precipitadores. precipitadores. o odos estos controles aseguran aseguran que, en cond condic icio ione ness norm normal ales es,, los los rend rendim imie ient ntos os de los los filt filtro ross sean sean mu alto altoss 'superiores 'superiores al 11,/ 6(  la concentración concentración de partículas partículas en gases de emisión emisión inferiores a los limites permitidos.


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(!4 C5IMENEA" EA" os os gase gasess de esca escape pe de la comb combus ustitión ón,, una una %e& enfr enfria iado doss en los los precalentadores hasta cerca de >25  filtrados en los precipitadores, son aspirados por los %entiladores de tiro inducido  descargados a la atmósfera por las chimeneas.

a construcción de las chimeneas es de doble pared< la interior con tramos de idéntica sección  altura, construida con material refractario,  el fuste exterior de hormigón de sección decreciente  construido en una sola pie&a por fraguado continuo.

as chimeneas son diseñadas para asegurar, en todo momento, que los gases emitidos no %an a afectar afectar la calidad del del aire ambiente, a ni%el ni%el del suelo. El c)lculo de la altura de la chimenea se reali&a mediante modelos matem)ticos, en función de los requerimientos ambientales de emisión e inmisión. a dispersión  difusión de gases hace reducir la concentración de contaminantes a %alores mu ba"os. Esto se logra por la sobrele%ación del del pena penach cho o en la alta alta atmó atmósf sfer era, a, fa%o fa%ore reci cido do por por la temp temper erat atur ura, a, la %elocidad de los gases  la altura de la chimenea '>85 m en el grupo I(.


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(!6 "I"TEMA "I"TEMA DE E7TRA E7TRACCI CCIÓN ÓN DE CENI/A CENI/A" " , E"COR E"CORIA IA os residuos de la combustión del carbón est)n formados por materiales inertes que reciben el nombre de ceni&a o escoria en función de su densidad, granulometría e instalaciones de recogida. uanto m)s alto es el contenido en ceni&a del carbón, maor ser) la cantidad de residuos inertes generados, por unidad de producción. a ceni&a es un residuo que resulta de la combustión del carbón  su compo composic sición ión elemen elemental tal esta esta formad formada a por óxidos óxidos  sales sales de metale metaless 'maoritariamente silicio, silicio, aluminio  hierro( estabili&ados estabili&ados en su estado de de oxidación mas alto. a ceni&a %olante esta formada por partículas mu finas  ligeras arrastradas por la corriente de gases de combustión. ras su separación, la ceni&a se extrae de los precipitadores electrost)ticos  transporta hasta los silos de almacenamiento temporal '8 por grupo, de 8.555 m2 de capacidad( por %ía neum)tica.

os silos disponen de filtros de mangas autolimpiantes para separar el aire aire de transp transport orte e de las partíc partícula ulass de ceni&a ceni&a,, compre compresor sores es de aire aire auxiliar, sistemas para la fluidificación  desli&amiento, etc. etc. Para reducir la emisión difusa de partículas, la descarga al camión se hace por %ía seca o h*meda, con una conexión telescópica de dos tubos concéntricos, que permite recuperar el aire despla&ado de la cisterna en el momento de la descarga. El destino final de la ceni&a es el reciclado, alcan&ando un %alor comercial importante en la industria cementera. El resto se deposita en el %ertedero controlado de la central.

a escoria, por el contrario, es un material menos abundante, de maor densidad  formado por agregados %oluminosos que resultan de la fusión de part partíc ícul ulas as de ceni ceni&a &as. s. a esco escori ria a se form forma a en el hoga hogarr a alta altass temperaturas  se precipita por gra%edad, en la parte ba"a de caldera 'desescoriador(. ;e extrae por arrastre con agua, hasta los silos de almacenamiento pro%isional. El destino final también es el reciclado en porcenta"es crecientes o el %ertido a escombrera.


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(!18 #AR.UE #AR.UE DE CENI/A" , E"CORIA" El %ertedero se sit*a frente a la central, a /55 m de la margen derecha del río Qernesga, limitado al sur por el arroo eboc)n 'o emedios(  al norte por el monte cua ladera suroccidental se encuentra ocupada por el depósito. a ceni&a  escoria en su maor parte se recicla en la industria ceme cement nter era. a. #l %ert %erted eder ero o lleg llega a sólo sólo la cant cantid idad ad no apro apro%e %ech chad ada a comercialmente. El transporte hasta el %ertedero se hace en camión de bañera cerrada. ;e ha pre%isto un sistema de explotación en terra&as, con recubrimiento de tierra para e%itar que se le%ante pol%o. Knicamente en el frente acti%o,  en las operaciones directas de descarga de camiones, se genera pol%o. Para paliar el problema se ha pre%isto la humidificación de la &ona con camión de riego. as superficies que no %an a cubrirse en fases futuras de la explotación o las &onas de ladera, se estabili&an con tier tierra ra %ege %egeta tall  se plan planta tan n espe especi cies es %ege %egeta tale less autó autóct cton onas as,, para para su recuperación paisa"ística.


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os terrenos recuperados también se destinan a acti%idades recreati%as. #sí, en la cima de la &ona m)s antigua de la escombrera se ha creado un campo de de tiro al al plato. En el año >.114 >.114 se reali&ó la re%isión del del plan de explotación, cuo ob"eti%o fue la introducción de me"oras ambientales, teni tenien endo do en cuen cuenta ta la cara caract cter eri& i&ac ació ión n hidr hidrog ogeo eoló lógi gica ca,, in%en in%enta tari rios os geológicos, clim)ticos, edafológicos, %egetación, fauna, paisa"e, etc.

!e este plan resultó la nue%a obra 'año >.111( para la recogida de aguas de escorrentía de llu%ias, con una red de drena"e a distintos ni%eles  dos balsas de decantación de gran capacidad '8./55 m2 *tiles(. El tamaño de las balsas asegura la calidad del agua %ertida, pues estando llenas  a un régimen de precipitación m)ximo diario 'periodo de retorno 8 años(, el tiempo de residencia mínimo es de >0 horas.


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(!11 EL CICLO A$UA9'A#OR ELECTRICIDAD

,

LA

#RODUCCIÓN

DE

El ciclo aguaO%apor es de tipo regenerati%o tradicional, constando de una etapa de recalentamiento en el %apor  siete calentadores en el agua de alimentación de caldera.

as as unid unidad ades es est) est)n n dise diseña ñada dass para para segu seguir ir cual cualqu quie ierr prog progra rama ma de %ariación de carga, modificando la apertura de las %)l%ulas de control de entrada a la turbina 'presión constante( o %ariando la presión del agua de alimen alimentac tación ión de calde caldera ra 'presi 'presión ón desli& desli&ant ante(, e(, alcan&an alcan&ando do el m)ximo m)ximo rendimiento a la carga nominal de diseño.


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(!12 "I"TEMA DE CONDEN"ADO , A$UA DE ALIMENTA ALIMENTACIÓN a línea línea de agua agua en ba"a ba"a pres presió ión, n, desd desde e el cond conden ensa sado dorr hast hasta a el desg desgas asifific icad ador or,, incl inclui uido doss cinc cinco o cale calent ntad ador ores es,, form forma a el sist sistem ema a de condensado. En la dirección del flu"o de agua continua el sistema de agua de alimentación, formado por la línea de alta presión, desde las bombas de alimentación hasta el economi&ador 'caldera(, incluidos los dos dos calent calentado adores res restan restantes tes.. En el grupo grupo I los calent calentado adores res de alta alta presión est)n dispuestos en dos líneas paralelas del /5 6 'total 7(.

os principales elementos de estos sistemas de agua, son< 

El condensador est) formado por paquetes hori&ontales de tubos de aleaci aleacione oness de cobre, cobre, dispues dispuestos tos en ca"as ca"as '8(, &onas &onas '7(  haces tubulares '4( para lograr un me"or rendimiento. Por el lado interior de tubos pasa el agua de circulación para refrigeración 'dos pasos(  por el lado carcasa se condensa el %apor de escape de la turbina de ba"a presión.



as ca"as est)n comunicadas interiormente  se mantienen a una presi resió ón mu ba"a a"a '75 '75 O 45 mm de +g(. g(. Esta Esta %aria ariab ble de funcionamiento es mu importante para el rendimiento del grupo  se asegura con sistemas de eectores.



as bomba mbas de conde ndensa nsado '8 x >556( 56( son %ertic rtical ales es,, multietapa, con siete rodetes montados sobre el e"e  aspiración e impuls impulsión ión simple simple.. Est)n Est)n accion accionada adass por motore motoress eléctr eléctrico icoss de media tensión.

El calentamiento del agua se reali&a en siete calentadores en serie. os cuatro primeros corresponden a los calentadores de ba"a presión, del sistema de condensado, que se atienden desde extracciones de %apor de la turb turbin ina a de ba"a ba"a pres presió ión. n. os os dos dos cale calent ntad ador ores es sigu siguie ient ntes es 'desgasificador  calentador de agua de alimentación( utili&an %apor de las extraccio extracciones nes correspon correspondient dientes es de la turbina de media presión. presión. El *ltimo calentador utili&a %apor recalentado frío de salida de la turbina de alta presión. CENTRALES TÉRMICAS A VAPOR

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os calentadores son de superficie, permitiendo el intercambio de calor a tra%és de las paredes met)licas de los tubos que separan el %apor de las extracciones  el agua 'condensado o alimentación(. os os calentadores calentadores tienen una disposición de tubos en M$N, hori&ontales o %erticales 'alta presión(. El material de los tubos es de admiralt en los de ba"a presión  acero al carbono en los de alta. El lado de %apor est) di%idido en %arias &onas< desrecalentado, condensación  subenfriamiento de drena"es. El condensado resultante se conduce en cascada al calentador anterior, hasta llegar finalmente al desgasificador o al condensador.

El desgasificador, o desaireador, tiene 2 funciones principales<



#lmacén de agua en un tanque cilíndrico hori&ontal, que asegura el fun funcionamien iento estable de las las bombas de agua de alimentación.



alentador, mediante el %apor de la extracción que se distribue por tubos perforados situados deba"o del ni%el de agua.



!esgasificador del condensado entrante, que se atomi&a  cae, encontr)ndose en contracorriente el %apor saturado que sale a la atmósfera arrastrando los gases disueltos incondensables.

a energía que utili&an las bombas de agua de alimentación es eléctrica. as motobombas est)n compuestas por %arios elementos en serie< 

Qomb Qomba a de refu refuer er&o &o de %elo %eloci cida dad d cons consta tant nte, e, cua cua misi misión ón es aumentar la presión en la aspiración de la bomba principal.



Aotor eléctrico hori&ontal



Cariador de %elocidad, que act*a seg*n la demanda de carga.



Qomba principal, centrifuga hori&ontal, de aspiración simple  / etapas de impulsión. #lcan&a una %elocidad m)xima de /.555 rpm.



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(!1& TUR%INA" a turb turbin ina a prin princi cipa pall esta esta dispu dispues esta ta en tand tandem em de tres tres cuer cuerpo poss independientes unidos por un e"e com*n. En el primer cuerpo se alo"a la turbina de alta presión, de un solo flu"o axial. El segundo  tercer cuerpo lo forman las turbinas de media  ba"a presión, de doble flu"o. El cuerpo de alta presión es de doble estator. El rotor es de acero for"ado en una sola pie&a. Para un me"or rendimiento térmico a cargas parciales, este cuerpo dispone de una sección de acción pura, compuesta por una corona de toberas en el estator  su correspondiente corona de paletas 'rueda urtis( en el rotor. as dem)s secciones de expansión '85 etapas( son de reacción.

El rotor del cuerpo de media presión es de acero for"ado de una sola pie&a. pie&a. El estato estator, r, de fundic fundición ión aleada aleada,, tiene tiene doble doble c)mar c)mara a axial axial partida< la entrada de %apor se reali&a por el centro  se despla&a hacia los extremos, para equilibrar las fuer- &as axiales. as etapas de expansión '>4 en cada sentido( son de reacción. El cuerpo de ba"a presión tiene un triple estator de acero. #l ser %apor de menor presión, los alabes son de gran tamaño alcan&ando en la ultima corona 404,/ mm. En el escape escape de la carcasa interior se se disponen difusores aerodin)micos aerodin)micos para reducir las perdidas en el el camino del %apor al condensador. condensador. a turbina dispone de un co"inete de empu"e alo"ado entre el cuerpo de alta  media que absorbe los empu"es axiales transitorios  sir%e de punto de control de la posición del )rbol. os co"inetes radiales absorben esfuer&os en dirección radial  est)n dispuestos en los extremos de cada cuerpo. Para la protección  control de la turbina a cargas parciales, existen %arias %)l%ulas combinadas, de cierre  control, a la entrada del cuerpo de alta  en el de media El cierre de los cuerpos cilíndricos con el exterior se reali&a con paquetes de anillos, a modo de laberinto, para minimi&ar las fugas de %apor.En la cabe&a del e"e de turbina est) montado un %irador hidr hidr)u )ulic lico, o, acci accion onad ado o por por acei aceite te del del sist sistem ema a de lubr lubric icac ació ión. n. El sistema %irador consiste en un motor, en este caso hidr)ulico, que hace girar lentamente la turbina cuando no esta en funcionamiento. CENTRALES TÉRMICAS A VAPOR


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Esto e%ita que el rotor se cur%e, debido a su propio peso o por expansión térmica, en parada.

(!1(EL (EL "I"TEMA ELCTRICO: ALTERNADOR; TRAN"FORMADORE" DE #OTENCIA , "U%E"TACIÓN El alternador %a directamente acoplado al e"e de la turbina, girando solidariamente a rpm con ella. iene de%anados en el estator  el rotor, refrigerados por hidrogeno. El sistema de aceite de sello asegura la estanqueidad de los cierres. a excitación del generador es del tipo de diodos CENTRALES TÉRMICAS A VAPOR


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girat irato orios rios sin escob cobilla illas, s, con una exci excita tatr tri& i& pilo piloto to de im)n m)n permanente, acoplada al e"e del turbogenerador.

os os inte interr rrup upto tore ress de gene genera raci ción ón son son de mand mando o neum neum)t )tic ico o  refrig refrigera eració ción n for&ad for&ada a de aire. aire. Est)n compue compuesto stoss de tres polos polos separados. ;u posición es intercalada en el conducto principal de barra barrass de fase fase aisl aislad ada, a, entre entre el gene genera rado dorr  el tran transf sfor orma mado dor r prin princi cipa pal.l. El inte interru rrupt ptor or es capa capa&& de corta cortarr las las inte intens nsid idad ades es de cortocircuito producidas en caso de falta de cualquiera de sus lados. a sincroni&ación de los grupos con la red exterior de 755 HC se reali& reali&a a desde desde la sala sala de contro controll con equipo equiposs de sincro sincroni& ni&aci ación ón autom)tica o manual, que cierran el interruptor en el momento en que que el grup grupo o alca alcan& n&a a las las cond condic icio ione ness de tens tensió ión n  frec frecue uenc ncia ia requeridas por la red.

os transformadores son de doble arrollamiento de entrada  salida, bañados en aceite  refrigerados por %entilación for&ada de aire. ;e distinguen los transformadores<



Principal, formado por una unidad trif)sica en el grupo I. Est) situado en la fachada principal del edificio de turbina. as salidas de alta tensión se conectan al parque de 755 HC.



#uxiliar. +a un transformador trif)sico, situado "unto al princi principal pal,,

compar compartie tiendo ndo inst instala alacio ciones nes cont contrai rainc ncend endios ios,,

pre%ención  recogida de derrames. a energía eléctrica producida en los turbogeneradores se transmite a la red nacional a tra%és de un parque de >5 calles, di%idido por el río Qernesga< 4 calles se encuentran en la margen i&quierda, frente a la central  otras 8 en la margen derecha, añadidas con la construcción del grupo II por ra&ones de espacio. a central esta interconexionada con líneas de 755 HC a a Audarra '8(, ada, ;oto CENTRALES TÉRMICAS A VAPOR


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de ibera, ompostilla  uardo  con líneas de >28 HC a eón '8(, Qarrios de una  Aansilla. El parque tiene una capacidad para soportar un trafico de hasta casi /.555 AF.

(!1)EL U"O DEL A$UA En una una cent centra rall térm térmic ica a el agua agua no es una una mate materi ria a prim prima a que que inter%iene para formar parte del producto, sino que se utili&a como medio que soporta el proceso, con una gran capacidad de reciclado. El diseño del ciclo del agua permite la utili&ación en cascada en los distintos ser%icios  fa%orecer el menor consumo por unidad de producción.

on la construcción del grupo II  para asegurar el abastecimiento de agua de refrigeración a la central, se construó a 2/ 9m. aguas arriba, sobre el río asares, afluente del Qernesga, una presa de gra%edad de planta recta  un embalse *til de 0,8 +m2 'altura de la pres presa a de 28 m.(, m.(, ampl amplia iada da a 2/ +m2 por la onf onfed eder erac ació ión n +idrogr)fica del !uero mediante una presa superpuesta.



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a captación de agua se hace en el río Qernesga, mediante bombas que aspiran del a&ud construido con el grupo I. El retorno al río del agua no consumida, se hace 855 m aguas aba"o.

!os tercios del total de agua captada por la central se consumen, fundamentalmente por cambio de fase  transferencia a la atmósfera 'aprox 'aproxima imadam dament ente e >.555 >.555 m2:h( que result resulta a de los procesos procesos de refrigerac refrigeración ión e%aporati%os. e%aporati%os. El resto se de%uel%e de%uel%e al río con la misma carga mineral de origen.

a captación de agua m)s importante es para atender<



ircuitos semicerrados, como la reposición de ni%el en los circuitos de refrigeración.



ircuitos abiertos sin consumo, de un solo paso, como el agua de ser%icios del grupo II.



Peq Pequeñ ueñas

canti antid dades des

a

circ ircuito uitoss

sin reto retorrno, no,

como

tratam tratamien iento to de agua agua de aporta aportació ción, n, agua agua cruda, cruda, riegos riegos  baldeos. especto a los efluentes, en la central existen distintos equipos  sistemas que utili&an agua  generan corrientes residuales<



En general, el uso del agua no modifica los par)metros de calidad físico-químicos  las aguas residuales se entregan, sin ning*n ning*n tratamiento, a la red general general de drena"es, interna de la central.



uando un circuito hace un uso del agua que produce alguna alteración de sus características, se reali&an los tratamientos específicos locales para recuperar la calidad perdida, antes



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del %ertido a la red general de drena"es. Estos Estos son los casos de las aguas sanitarias que se procesan en la planta de tratamie miento de aguas negras ras o de los efluentes de rege regene nera raci ción ón de las las plan planta tass de agua agua de apor aporta taci ción ón  condensado,

recogidos



tratados

en

la

balsa

de

neutrali&ación, antes del %ertido a la red r ed interior.



#l final de la red se trata el >55 6 del agua residual recogida en la central, en el sistema de tratamiento de efluentes pre%io al %ertido al río Qernesga.

(!1+ REFRI$ERAC RACIÓN IÓN

#RINC INCI#AL


,

"ECUNDAR DARIA! IA!


39


"I"TEMA DE A$UA DE CIRCULACIÓN a torre de refrigeración del grupo I tiene la particularidad de ser la primera primera construcc construcción ión de este tipo 'hiperbólica 'hiperbólica,, de tiro natural( natural( que se hi&o en una central térmica española. os circuitos de agua de circ circul ulac ació ión n o refr refrig iger erac ació ión n prin princi cipa pale les, s, son son circ circui uito toss de agua agua semicerrados, con los siguientes caudales importantes, por grupo  características<

El %olumen de agua existente en la balsa de la torre '>5.555 m2( refr refrig iger era a el cond conden ensa sado dorr  pro% pro%oc oca a en la torr torre e la e%ap e%apor orac ación ión necesaria para disipar el calor retirado 'alredor de /55 m2:h(. Para que no se superen los límites químicos de estabilidad de las sales pres presen ente tes, s, que que incr incrus usta tarí rían an  ensu ensuci ciar aría ían n las las supe superf rfic icie iess m)s m)s calientes donde se da el intercambio de calor, ha que abrir la purga de desconcentración '255 a /55 m2:h, seg*n la época del año(.

Por ultimo ultimo,, para para compen compensar sar los cauda caudales les anteri anteriore oress perdid perdidos os  mantener un ni%el constante en la torre, se necesita un caudal de agua de reposición que los compense. El agua de aporte procede dire direct ctam amen ente te del del río. río. #mbas mbas torr torres es cuen cuenta tan n con con sist sistem emas as de distribución del agua por canales  tuberías que permiten un reparto homogéneo en su superficie. Para lograr la formación de finas gotas que aumente la superficie de contacto aguaOaire  el rendimiento, se dispone de un sistema que hace chocar los chorros de agua con difusores est)ticos  separadores de gotas. Para su explotación, también se dispone de sistemas de %aciado, rebosaderos, purgas controladas con %)l%ulas autom)ticas, sistemas de b-pass para ba"as temperaturas, re"illas de protección en las aspiraciones de las bombas, etc.

El flu" flu"o o de aire aire se esta establ blec ece e por por tiro tiro natu natura ral,l, aud audad ado o por por la geometría de su su construcción  las diferencias de de densidad entre el aire frío que entra por aba"o  el caliente que sale por su parte superior. El contacto agua-aire se establece a contracorriente en el relleno, donde el agua cede su



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calor, en forma de calor latente de e%aporación. El aire arrastra el %apor de agua alcan&ando la saturación 'humedad relati%a del >55 6( , por ello, sus penachos presentan el aspecto característico de nubes blancas.

El rupo I tiene circuitos de refrigeración auxiliares< abierto de un solo paso 'agua cruda( o cerrado con recirculación e intercambiadores no e%aporati%os 'agua de ser%i- cios  refrigeración de componentes(.

En la ma maoría oría de los los circu ircuititos os se añad añaden en prod produc ucto toss para para el tratamiento de las aguas para e%itar sus características agresi%as, me"orar la disponibilidad  el rendimiento de las instalaciones.



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(!13#LANTA DE A$UA DE A#ORTACIÓN El sistema de tratamiento de agua de aportación tiene como ob"eti%o purificar el agua bruta procedente del río, con el fin de producir agua desminerali&ada 'sin sales( para la reposición de pérdidas en los ciclos agua-%apor  los circuitos cerrados de refrigeración

que

la

utili&an. El sist sistem ema a lo cons constit titu uen en los los subs subsis iste tema mass de pret pretra rata tami mien ento to,, desminerali&ación  equipo de regeneración<



El pretratamiento tiene por misión el acondicionamiento pre%io del del agua agua  elim elimin inar ar su dure dure&a &a,, carb carbon onat atos os,, sóli sólido doss en suspensión, materia org)nica  sílice coloidal.



El

agua

filtrada

se

bombea

a

las

cadenas

de

desminerali&ación '8(, donde se somete a un tratamiento de elim elimin inac ació ión n de toda todass las las sale saless disu disuel elta tas, s, por por medi medio o de interc intercamb ambio io iónico iónico.. ada ada cadena cadena dispon dispone e de un lecho lecho de resina catiónica, otro aniónica  un tercero de afino mixto. 

El fin de un ciclo de ser%icio puede ser programado o por supera superació ción n de los limite limitess prefi" prefi"ado adoss de carga carga iónica iónica.. as resinas catiónicas se regeneran con acido sulf*rico diluido, en dos etapas,  las aniónicas con sosa diluida, en una sola etapa. En la regeneración ión la direc rección de agua es ascendente. Esto permite obtener una me"or calidad  reducir el cons onsumo de agua gua  reac reacti ti%%os. a *lti ltima eta etapa de regeneración se hace mediante recirculación, también para lograr un maor ahorro de agua.



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(!14#LANTA DE TRATAMIENTO DE A$UA" NE$RA" as aguas residuales procedentes de la red de uso sanitario de la central se tratan en una planta de oxidación total con turbina de aire, decantaci decantación ón  filtración filtración terciaria. terciaria. iene iene una capacida capacidad d para /=5 habitantes equi%alentes equi%alentes '/ m2:h(  un rendimiento de diseño del< 

1= 6 para la eliminación de materia org)nica '251 mg:l de !QB/ a la entrada  >5 mg:l en la salida(.



12 6 para los sólidos en suspensión '78= mg:l a la entrada  25 mg:l a la salida(.

(!16%AL"A DE NEUTRALI/ACIÓN as as agua aguass proc proced eden ente tess de las las rege regene nera raci cion ones es de las las resi resina nass cati catión ónic icas as  anió anióni nica cass de la plan planta ta de trat tratam amie ient nto o de agua agua de aportación, contienen excesos de acido  sosa, que modifican su p+. p+. Btra Btrass corri corrien ente tess simi simila lare ress con con posi posibi bililida dad d de tene tenerr su p+ alte altera rado do,, son son las las proc proced eden ente tess de los los dren drena" a"es es del del labo labora rato torio rio químic químico, o, las de los sistem sistemas as de muestr muestreo, eo, almac almacena enamie miento nto de productos químicos  otras procedentes de la planta de tr atamiento. El agua de todas estas procedencias es recogida en la balsa de neutrali&ación '2/5 m2(, donde se hace el a"uste de p+, mediante la dosificac dosificación ión contro controlada lada de reacti%os reacti%os.. !ispone !ispone del del equipo equipo auxiliar auxiliar necesario< Instrumentos de medida de ni%el, p+-metros  bombas %erticales para la recirculación, homogenei&ación  descarga a la red interna de drena"es. El sistema puede operarse en modo manual  autom)tico.



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(!28OTRA" IN"TALACIONE" DE TRATAMIENTO #RE'IO En caso caso de derr derram ame e acci accide dent ntal al de prod produc ucto toss org) org)ni nico cos, s, como como combustibles líquidos 'fuel, gasoil(, aceites o grasas, existen %arios sistemas de retención de flotantes '#.P.I., '#.P.I., cubetos  separadores( en las las &ona onas de desc escarga arga,, alma almaccena enamien miento to  calent lenta amien miento to.. ?undamentalmente est)n basados en la menor densidad  flotación de estos líquidos.

a bals balsa a de deca decant ntac ació ión n del del parq parque ue de carb carbón ón se util utili& i&a a para para sedimentar el carbón en suspensión arrastrado por las escorrentías del parque.

Existe un sistema de la%a-ruedas de camiones a la salida del parque de carbón, antes de regresar a la red %iaria externa.

(!21 "I"TEMA DE TRATA TRATAMIENTO DE 'ERTIDO" L*.UIDO"

En el punto final de la red general de drena"es, las aguas son depuradas depuradas en el sistema sistema de tratamiento tratamiento de efluentes, efluentes, diseñado diseñado para para reduci reducirr la concen concentra tració ción n de sólido sólidoss en suspe suspensi nsión, ón, homogenei&ar  %erter al río las aguas residuales de la central por un *nico punto sometido a control analítico continuo.

En la cabecera del sistema se recogen por gra%edad, los efluentes líquidos de la central, para su tratamiento. Por otro lado, las aguas de refrigeración procedentes de las purgas de las torres  el exceso del agua de ser%icios del grupo II, se aportan en cola del proceso, para apro%echar el efecto amortiguador de sus sales.



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El proceso b)sico se hace en tres etapas< la aportación de agua que lleg llega a al po&o po&o de cabe cabece cera ra 'irre 'irregu gula larr en calid calidad ad  cant cantid idad ad(( se bomb bombea ea a las las bals balsas as de deca decant ntac ació ión, n, dond donde e se some somete te a la sedimentación natural para retirar los sólidos m)s densos. # la salida de la balsa balsa de regu regula laci ción ón,, a sobre sobre una corrie corrient nte e de cauda caudall cons consta tant nte, e, se elim elimin inan an los los sóli sólido doss en susp suspen ensi sión ón lige ligero ros, s, por por coagulaciónOfloculación con auda de aditi%os químicos. a salida del decantador, antes del %ertido final al río, se une a las corrientes procedentes de las purgas de los circuitos de refrigeración, para apro%echa apro%echarr su capacida capacidad d amortiguadora amortiguadora  de dilución, dilución,  asegurar asegurar una maor homogeneidad de su calidad.

Igua Iguall que que para para otra otrass )rea )reass de la gest gestió ión n ambi ambien enta tal,l, como como las las emisiones, inmisiones o residuos, el ontrol Integral de estión Aedio edioam ambi bien enta tall perm permit ite e la %igil igilan anccia cont contin inu ua de %alor alores es instant)neos o acumulados  el control de alarmas de los %ertidos líquidos. Para que tengan el car)cter pre%enti%o necesario, existen rangos de alarma inferiores '45  15 6 del limite limi te legal( que aseguran la detección preco& de cualquier anomalía.


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) CONCLU"IONE" ;e han obtenido los conocimientos necesarios para el buen entendimiento de los procesos de transformación de energía que se lle%an a cabo en la unidad de producción érmica de Capor

;e detallo el proceso  la función de cada uno de los elementos que inte inter% r%ie iene nen n en el proc roceso. eso. ;e ha obten btenid ido o una una %isió isión n globa loball del funcionamiento de las centrales térmicas a %apor

;e han obtenido los recursos necesarios para la reali&ación de c)lculos de< - endimiento de la caldera. - endimiento del ciclo. - endimiento de la inst instal alac ació ión. n. - anto nto por por cien ciento to de exce exceso so de aire aire.. - )lc )lcul ulo o de la combustión. - endimiento planta desulfuración

Por *ltimo decir que la estancia en la entral nos ha ser%ido para saber cómo funciona la Industria érmica a ni%el profesional  para encararnos hacia un futuro en la Industria.


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+ %I%LIO$RAF*A a maoría de la información se ha obtenido en la central, mediante libros propiedad de Endesa. ;e detallan a continuación< - urbina  ciclo. aldera. - #lternador  su excitación. - ;istema de agua de alimentación Precipitador electrost)tico. - ;istemas auxiliares. - ;istema de extracciones  drena"es de los calentadores. ambién se ha obtenido información de los siguientes libros< he QRF ompan S;team its generation and useS. 7>T Ed. Bhio, 855/. I;Q@< 5-1017/=5->-8. 9. #U#PB$, SQoilers for PoDer and ProcessS. >T Ed. Qoca aton ?, 8551 I;Q@< 1=4->-7855-=/20-0. ?. A. ;EI ;EI@ @E E;; ;;,, +. V. ;EI ;EI@ @E E;; ;;,, !.. !.. F#9 F#9E E.. S+ig S+igh h Pressure QoilersS. 2T Ed. +omeDood, Illinois. I;Q@< 1=4-5-4801-7255-8. Por *ltimo *ltimo tambié también n se ha obteni obtenido do inform informaci ación ón de manera manera intera interacti% cti%a a medi median ante te un !C! !C! faci facililita tado do por por la empr empres esa< a< - Pro Proec ecto to de la plan planta ta desulfuración '8/ O 20(


MONOGRAFÍA-COMPLETA-CENTRALES-TÉRMICAS.docx

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