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DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Índice __________________________________________________________________________________________________________ CAPITULO 1: Introducción 1.1 Introducción a las centrales de ciclo combinado…………………………….I-1 1.2 Descripción general de una planta de ciclo combinado…………………….I-7 1.2.1 El ciclo de la turbina de gas…………………………………………I-8 1.2.2 El ciclo de la turbina de vapor ...……………………………………I-9 CAPITULO 2: Objeto, alcance y objetivos 2.1 Objeto y alcance………………………………………………………………..II-1 2.2 Objetivos………………………………………………………………………...II-3 CAPITULO 3: Descripción de la central de Ciclo Combinado 3.1 Emplazamiento y características generales………………………………..III-1 3.2 Equipos y componentes principales de la central………………………….III-2 3.2.1 Turbinas de gas……………………………………………………..III-3 3.2.2 Calderas de generación de vapor 3.2.3 Turbina de vapor ……………………………...III-4 …………………………………………………III-6 3.2.4 Condensador....……………………………………………………..III-6 3.2.5 Alternador……………………………………………………………III-8 ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página 1 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Índice __________________________________________________________________________________________________________ 3.2.6 Transformadores……………………………………………………III-8 3.3 Descripción de los edificios…………………………………………………..III-9 3.3.1 Edificio de turbinas………………………………………………….III-9 3.3.2 Edificio de calderas de recuperación ………………………...III-10 3.3.3 Edificio eléctrico……………………………………………………III-11 3.3.4 Otros Edificios……………………………………………………..III-12 3.4 Descripción de los distintos sistemas de la central………………………III-15 3.4.1 Sistemas del ciclo térmico……………………....………………..III-17 3.4.2 Sistema de refrigeración……………………………………....….III-21 3.4.3 Sistemas de combustibles…………….………………………….III-23 3.4.4 El sistema HVAC………….……………………………………….III-25 CAPITULO 4: Introducción a la ventilación natural 4.1 Conceptos básicos de la ventilación natural……………………………….IV-1 4.1.1 Ventilación natural………………………………………………….IV-1 4.1.2 Ventilación mecánica………………………………………………IV-2 4.1.3 El objetivo de la ventilación………………………………………..IV-3 4.2 Principios de la ventilación natural………………………………………….IV-3 ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página 2 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Índice __________________________________________________________________________________________________________ 4.2.1 Efecto del viento…………………………………………………….IV-3 4.2.2 Efecto chimenea……………………………………………………IV-6 4.2.3 Efecto combinado del viento y de la diferencia de temperatura…………………………………………………………………IV-9 4.3 Diseño de la ventilación natural……………………………………………IV-10 4.3.1 Caudal de ventilación…………………………………………….IV-10 4.3.2 Flujo provocado por fuerzas térmicas…………………………..IV-12 4.3.3 Flujo provocado por el viento……………………………………IV-13 4.3.4 El diseño de la ventilación natural………………………………IV-14 4.3.5 Inconvenientes de la ventilación natural………………………..IV-16 CAPITULO 5: Cálculo de cargas térmicas 5.1 Hipótesis de cálculo……………………………………………………………V-1 5.2 Datos de partida………………………………………………………………..V-5 5.3 Cálculo de la carga térmica del edificio principal…………………………V-10 5.3.1 Sala del tanque de aceite de lubricación………………………..V-10 5.3.2 Cargas térmicas en el sector de la turbina de vapor…………..V-12 5.3.3 Cargas térmicas en el sector de las turbias de gas……………V-18 ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página 3 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Índice __________________________________________________________________________________________________________ 5.3.4 Cargas térmicas en el sector de las calderas de recuperación y bombas de agua de alimentación………………………………………..V-25 5.4 Caudal de ventilación del edificio principal ……………………………..V-29 CAPITULO 6: Introducción al modelo usado 6.1 Filosofia de diseño…………………………………………………………….VI-1 6.2 Comportamiento térmico de la nave de turbinas…………………………..VI-2 6.3 Presentación del programa ESP-r…………………………………………..VI-3 6.3.1 Introducción…………………………………………………………VI-3 6.3.2 Principios básicos de ESP-r……………………………………….VI-4 6.4 Estructura y funcionalidad de ESP-r………………………………………..VI-5 6.4.1 Estructura de los directorios de ESP-r…………………………..VI-5 6.4.2 Estructura de archivos de ESP-r…………………………………VI-6 6.4.3 Interfaz gráfica de ESP-r…………………………………………..VI-7 6.4.4 Descripción de los módulos de ESP-r……………………………VI-8 6.5 La estrategia del modelado…………………………………………………VI-14 6.5.1 Consejos básicos de modelado…………………………………VI-15 6.5.2 La estrategia al usar ESP-r………………………………………VI-15 ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página 4 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Índice __________________________________________________________________________________________________________ CAPITULO 7: El modelo de redes de ventilación 7.1 Introducción…………………………………………………………………...VII-1 7.2 Modelo de una sola zona……………………………………………………VII-2 7.2.1 Hipótesis del modelo………………………………………………VII-2 7.2.2 Datos considerados……………………………………………….VII-2 7.2.3 Esquema del modelo………………………………………………VII-4 7.2.4 Evaluación del caudal de ventilación natural y de la temperatura interna………………………………………………………………………VII-5 7.2.5 Conclusiones del modelo………………………………………..VII-18 7.3 Modelo de varias zonas de ventilación…………………………………...VII-19 7.3.1 Hipótesis del modelo……………………………………………..VII-19 7.3.2 Datos considerados………………………………………………VII-19 7.3.3 Resultados de la simulación…………………………………….VII-22 7.3.4 Conclusiones sobre el modelo de varias zonas………………VII-26 CAPITULO 8: Conclusiones 8.1 Conclusión general………………………………………………………….VIII-1 ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página 5 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Índice __________________________________________________________________________________________________________ 8.2 Conclusiones sobre el software utilizado…………………………………VIII-2 ANEXOS Anexo A: Cálculo de la carga térmica de las tuberías………………………….A-1 Anexo B: Planos…………………………………………………………………….B-1 Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo…………………………..C-1 Anexo D: Potencia de motores eléctricos………………………………………..D-1 Anexo E: Instalación de ESP-r…………………………………………………….E-1 Anexo F: Bibliografía………………………………………………………………..F-1 ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página 6 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 1: Introducción __________________________________________________________________________________________________________ 1.1 Introducción a las Centrales de Ciclo Combinado En el último siglo, el consumo de energía eléctrica en España no ha dejado de aumentar de manera creciente, y la tendencia seguida indica que la demanda de energía eléctrica, tanto a nivel nacional como a nivel mundial, va a seguir aumentando de manera progresiva en los próximos años. El siguiente gráfico muestra la estimación de la demanda eléctrica para el año 2006. Además, la saturación del parque eléctrico español impide que se añadan nuevos grupos de generación de energía eléctrica a los ya existentes, y la energía eléctrica importada tampoco permite satisfacer la demanda. Para solucionar este problema es necesario usar nuevas formas de generación eléctrica, basadas en tecnologías que sean limpias y eficientes. La búsqueda de fuentes de energía limpias, económicas y rentables es, por tanto, uno de los objetivos más importantes que países y compañías eléctricas se han propuesto cumplir en este siglo. Es necesario reducir las emisiones para evitar el efecto invernadero, la lluvia ácida y el deterioro general del medio ambiente. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página I - 1 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 1: Introducción __________________________________________________________________________________________________________ La situación de las tecnologías que utilizan combustibles fósiles, como carbón y gas-oil, está muy condicionada por la Directiva Europea sobre Emisiones y su número no puede aumentar. La tecnología nuclear sería una buena alternativa si no sufriera el rechazo social y la moratoria en la construcción de centrales nucleares. Por último, la energía hidráulica no ha crecido y las energías renovables solar, fotovoltaica, eólica y de biomasa, aunque son una realidad, no tienen el impacto suficiente en la generación eléctrica para cubrir las necesidades actuales. Estos hechos han provocado que en la última década los esfuerzos para aumentar la generación de energía en España se hayan centrado en las centrales de ciclo combinado, que usan como combustible principal gas natural. Los ciclos combinados representan a día de hoy una tecnología madura en la generación eléctrica a partir de combustibles fósiles y son una alternativa firme para competir con la energía nuclear. Su empleo puede justificarse más profundamente mediante las ventajas que ofrece su uso. ! Tienen un elevado rendimiento superior en la mayoría de los casos al 55%. ! El impacto medioambiental es reducido. Esto es posible por el uso de gas natural como combustible. De esta manera se emiten muy pocos óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno y partículas sólidas. En contraste con ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página I - 2 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 1: Introducción __________________________________________________________________________________________________________ otras formas de generación de energía más convencionales, la tasa de emisión de CO2 por kWh generado muy baja. ! El consumo de agua de refrigeración también es muy reducido ahorrando alrededor de un 70% de agua frente a un ciclo clásico. ! Debido a que es una tecnología en auge y que existe una gran competencia entre los fabricantes de equipos, resulta una inversión asequible. En media, la inversión para un grupo de 400 MW es de 150 millones de euros. ! Los plazos de ejecución de proyectos de centrales de ciclo combinado son cortos, de aproximadamente 2 años. La estandarización de los grupos y los avances en el diseño, la planificación y el montaje permiten reducir estos plazos. Además, se puede prever una puesta en servicio escalonada que permite aprovechar la turbina de gas aunque la turbina de vapor no se encuentre operativa. A pesar de las ventajas de la propia tecnología, existen unos factores externos que pueden condicionar estas ventajas a la hora de contruir un ciclo combinado, y todos ellos dependen de alguna forma del gas natural. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página I - 3 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 1: Introducción __________________________________________________________________________________________________________ El gas natural El gas natural es el combustible principal de las centrales de ciclo combinado. Debido al auge de este tipo de centrales en España el consumo de gas natural en el sector de generación de energía se ha incrementado notablemente, como se muestra en la siguiente figura. Figura 1.1 Evolución del consumo de Gas Natural por mercados La situación de España y el gas natural no representa un escenario cómodo. España sólo produce el 1% del gas natural que consume. Prácticamente todo el gas natural que se usa en la generación de energía proviene del mercado de importación, siendo el principal abastecedor de gas ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página I - 4 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 1: Introducción __________________________________________________________________________________________________________ natural Argelia. Además, la situación geográfica de España es un inconveniente, ya que está lejos de los principales productores mundiales de gas natural. Figura 1.2 Evolución de los aprovisionamientos de Gas Natural ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página I - 5 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 1: Introducción __________________________________________________________________________________________________________ Figura 1.3 Consumo de Gas Natural en España por países importadores España necesita una buena red de infraestructuras de transporte de gas así como la necesidad de plantas de regasificación, pero este desarrollo está condicionado por la elevada extensión territorial, así como por la distribución de la población y la industria. Otro factor importante tiene que ver con la construcción masiva de centrales de ciclo combinado, para las que no está garantizado el suministro del gas. Para minimizar riesgos sería necesario disponer del mayor número posible de suministradores de gas natural, algo que en la actualidad no es verdad ya que más de la mitad del gas que se consume en nuestro país procede de Argelia. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página I - 6 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 1: Introducción __________________________________________________________________________________________________________ En cuanto al contexto político, aunque el mercado eléctrico se ha liberalizado y permite la planificación libre de la construcción de nuevos grupos de generación, el mercado del gas natural está en proceso de liberalización, existiendo todavía contratos poco flexibles. Esto vuelve a plantear dudas sobre el suministro y el precio del combustible. Conclusión A pesar de los inconvenientes señalados, las centrales de ciclo combinado presentan ventajas evidentes y se convierten en una alternativa competitiva a las centrales nucleares para hacer frente a la demanda eléctrica creciente. Al mismo tiempo, se inscriben en un plan de reducción de las emisiones contaminantes conforme al protocolo de Kyoto, sin suponer una inversión adicional desmesurada. 1.2 Descripción general de una planta de ciclo combinado Se denomina ciclo combinado a un ciclo de potencia que utiliza dos turbinas, una de turbina de vapor y una turbina de gas de manera combinada. Ambas turbinas están acopladas a un generador eléctrico para producir energía eléctrica. Esta energía se obtiene mediante la transformación de la energía ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página I - 7 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 1: Introducción __________________________________________________________________________________________________________ termodinámica de los gases y el vapor en energía mecánica a su paso por las turbinas, y esta energía mecánica es posteriormente transformada en energía eléctrica mediante el generador. El uso combinado de las turbinas permite aprovechar la energía contenida en los gases a la salida de la turbina de gas de tal manera que se pueda generar vapor a muy altas presiones, con la entalpía suficiente para poder ser expandido en la turbina de vapor. Así pues, es posible alcanzar un rendimiento global de la instalación cercano al 60 %. 1.2.1 El ciclo de la turbina de gas En operación normal del ciclo, la turbina de gas acciona el compresor, el cual aspira aire de la atmósfera. Este aire, después de pasar por un filtro, es comprimido e introducido junto al gas natural en la cámara de combustión. Los gases que resultan del proceso de combustión salen a muy alta presión y temperatura. Pasan directamente a la turbina de gas donde se expanden. La expansión genera una cantidad de trabajo suficiente como para accionar los ejes de transmisión al compresor de aire, a las dos turbinas y al generador eléctrico. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página I - 8 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 1: Introducción __________________________________________________________________________________________________________ Al salir de la turbina de gas, el contenido energético de los gases de combustión es todavía alto. Los gases pasan por una caldera de recuperación de calor que aprovecha dicho contenido para transformar el agua del ciclo de turbina de vapor, en vapor de alta temperatura. Los gases son finalmente evacuados a la atmósfera por medio de una chimenea. 1.2.2 El ciclo de la turbina de vapor El vapor generado se expande en la turbina de vapor que está acoplada a un alternador. El vapor de descarga de la turbina de vapor se condensa en un condensador principal, y el agua condensada se bombea a la caldera de recuperación. El calor cedido por el vapor en la condensación es absorbido por el sistema de agua de circulación. El sistema de agua de circulación se encarga de suministrar el agua fría necesaria para evacuar el calor no aprovechable en la producción de energía eléctrica. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página I - 9 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 1: Introducción __________________________________________________________________________________________________________ Figura 1.4 Esquema del ciclo combinado de gas y vapor ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página I - 10 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 2: Objeto, alcance y objetivo. __________________________________________________________________________________________________________ 2.1. Objeto y alcance Este proyecto tiene como objeto el sistema de ventilación en una central térmica de ciclo combinado. El sistema de ventilación tiene la función principal de evacuar el calor producido por los equipos presentes en el edificio. Además, es necesario para mantener unos niveles de temperatura y humedad adecuados, y para garantizar la renovación del aire interior. Una central eléctrica de ciclo combinado está compuesta por distintos edificios, y cada uno de ellos tiene sus propias necesidades de ventilación y climatización. En este proyecto se estudiarán únicamente el edificio de turbinas y el edificio de calderas de recuperación. Estos dos son los edificios principales de la central, donde se alojan los equipos principales de generación, y entre ellos no existe ningún tipo de separación, formando un único espacio. El objetivo principal es estudiar la posibilidad de implantar un sistema de ventilación natural en los edificios de turbinas y calderas de una central de ciclo combinado. El diseño de las aberturas necesarias para provocar la ventilación natural se tendrán en cuenta la geometría y disposición del edificio, las condiciones climatológicas del emplazamiento y las cargas térmicas internas. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página II - 1 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 2: Objeto, alcance y objetivo. __________________________________________________________________________________________________________ El cálculo del tamaño y posición de las aberturas se llevará a cabo a partir de una aplicación informática libre. Inicialmente, el cálculo de cargas térmicas junto a las condiciones interiores y exteriores será necesario para determinar el caudal de ventilación necesario en el edificio. Posteriormente, mediante un modelo simplificado, se simularán las distintas alternativas de ventilación natural posibles para el edificio, comparando cada una de ellas y eligiendo, si existe, la que más ventajas aporte. Se estudiará finalmente si la solución propuesta es viable económica y técnicamente, y si cumple con las necesidades de ventilación de la central de ciclo combinado. El objetivo final de este proyecto es estudiar si es posible un sistema de ventilación natural en el edificio de turbinas y calderas de la central, y en caso afirmativo, presentar un método fiable para dimensionar este tipo de sistemas. 2.2. Objetivos Sobre la base de lo anteriormente expuesto, se plantean los siguientes objetivos que han sido desarrollados durante la elaboración del presente proyecto. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página II - 2 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 2: Objeto, alcance y objetivo. __________________________________________________________________________________________________________ Crear un modelo simplificado que resulte suficientemente ! aproximado para llevar a cabo el cálculo de los flujos de aire presentes en el edificio. Calcular las cargas térmicas presentes en ambos edificios. Para ! su estimación se emplearán conocimientos básicos de transmisión de calor y documentación diversa de varios fabricantes. ! Elegir una herramienta informática que se adapte de la mejor forma a nuestras necesidades, y que además tenga un amplio historial de validación contrastada. ! Simular el modelo propuesto con el software elegido. Analizar los resultados obtenidos y comprobar que se acercan a la realidad del sistema. ! Proponer un nuevo diseño del sistema de ventilación de la central, en caso de que los resultados resulten favorables. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página II - 3 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ 3.1 Emplazamiento y características generales La central estudiada se sitúa en el margen de un río de caudal suficiente tal que permita su utilización como foco frío. La altura del terreno en el que está situada es de 344 m por encima del nivel del mar. Se establecen las siguientes condiciones exteriores de proyecto para el diseño del sistema de ventilación obtenidas de la norma UNE – 100 – 001 – 01 “Condiciones climáticas para Proyectos” de marzo de 2001, correspondiente a una localidad cercana a la central. Condiciones para Verano (nivel percentil estacional 2,5%) o Temperatura bulbo seco 23,2ºC o Temperatura bulbo húmedo 19ºC o Variación diaria de temperatura 6,5ºC Condiciones para Invierno (nivel percentil estacional 97,5%) o Temperatura bulbo seco en Invierno 3.8ºC o Humedad Relativa en Invierno: 100 % El nivel percentil corresponde al porcentaje del número de horas durante las cuales las temperaturas son iguales o superiores a las indicadas. Para el ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-1 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ verano se incluyen las 2928 horas de los meses de junio, julio, agosto y septiembre (122 días) Para el invierno, se incluyen las 2160 horas de los meses de diciembre, enero y febrero (90 días). Esta misma norma también define para la localidad estudiada las condiciones de viento del proyecto, que son las siguientes: Dirección dominante del viento: Noroeste Velocidad del viento: 4,0 m/s 3.2 Equipos y componentes principales de la central La central estudiada es una central de ciclo combinado de configuración multieje 2x1 de 817,50 MW de potencia neta. Su cometido es la producción de electricidad, sin cogeneración, a partir de la combustión de gas natural, con un rendimiento del 57,70 %. Los componentes principales de la central son: - Turbinas de gas. - Calderas de generación de vapor por recuperación de calor. - Turbina de vapor. - Condensador. - Alternador. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-2 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ - Transformadores. 3.2.1 Turbinas de gas La turbina de gas es la parte esencial de las instalaciones de ciclo combinado para generación de energía eléctrica, siendo de gran relevancia en el diseño su potencia y la temperatura de los gases de combustión a la entrada de la turbina para la obtención de un alto rendimiento. Debido a la especial configuración de esta central, se disponen de dos turbinas de gas 270 MW de potencia cada una. También es de gran importancia el compresor utilizado, ya que es necesario que sea capaz de comprimir caudales de aire con elevadas relaciones de compresión para mantener el aumento en el rendimiento de las turbinas. En operación normal, el caudal movido por el compresor es de 620 kg/s. El trabajo obtenido en la etapa de alta presión de la turbina acciona el compresor, y el de la etapa de baja presión o de potencia acciona el correspondiente alternador. En operación normal, las turbinas funcionan con gas natural. Sin embargo, en el caso de falta de suministro de este combustible, existe la posibilidad de que funcione con gasoil. En ambos casos, se realizará un control de las emisiones de NOx mediante quemadores específicos. Dichos ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-3 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ quemadores son quemadores de bajo NOx secos (Dry Low NOx Combustion) en caso de funcionamiento con gas natural, y con inyección de agua si se emplea gasoil. 3.2.2 Calderas de generación de vapor La caldera de generación de vapor por recuperación de calor está especialmente diseñada para optimizar el funcionamiento de la turbina de gas y, por lo tanto, del ciclo combinado. Consiste en un generador de vapor sin post combustión con tres niveles de presión con circulación natural de los gases de escape de la turbina en sentido horizontal a través de los tubos verticales de circulación de agua de alimentación a la caldera. Los componentes principales de la caldera de recuperación de vapor se reparten en componentes de alta, media y baja presión. En baja presión, se encuentran un economizador, un calderín, un evaporador y un sobrecalentador. En media presión, además del economizador, calderín, evaporador y sobrecalentador de media presión, existe un recalentador en dos etapas, una de baja temperatura y otra de alta temperatura. En alta presión, se encuentran un economizador de baja temperatura en dos etapas, un economizador de temperatura intermedia y otro de alta ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-4 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ temperatura. Además, existen un calderín y un evaporador de alta presión a los cuales se añaden un sobrecalentador en tres etapas de baja, media y alta temperatura. Desde el punto de vista del sistema de gases, la salida de la turbina de gas está conectada con un conducto de gases que los lleva por todos los intercambiadores de calor del sistema de agua-vapor. A la salida de dicho conducto, se encuentra la chimenea con su silenciador. En operación normal, los tres niveles de generación de vapor son los siguientes: Alta presión: 565,3ºC y 16,1 bar Media presión: 314,4ºC y 29 bar Baja presión: 311ºC y 5,4 bar La regulación de las temperaturas de alta y media presión se efectúa mediante atemperación con agua procedente de las bombas de agua de alimentación. En cuanto a los gases de combustión de la turbina de gas, entran en la caldera a unos 624,8ºC y salen por la chimenea a unos 84,4ºC. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-5 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ 3.2.3 Turbina de vapor La turbina de vapor está compuesta de dos cuerpos correspondientes a los niveles de presión alta y media/baja de la caldera de recuperación de calor con las correspondientes válvulas de control y parada. El cuerpo de baja presión, vinculado con el de media presión mediante un ‘cross-over’, es de doble flujo pero no tiene control de la admisión. Cada etapa dispone de un sistema de by-pass del 100% que permite, mediante atemperación del vapor, su descarga al condensador. La operación de este sistema es automática cuando la presión cae por debajo de su punto de consigna y se utiliza durante los arranques y operaciones a baja carga para derivar vapor al condensador. La potencia de la turbina de vapor, conjunto de los dos cuerpos, es de 295 MW. 3.2.4 Condensador El condensador seleccionado es un condensador de superficie con entrada vertical con un paso único de flujo de vapor, el agua de refrigeración pasa a través de dos haces tubulares de doble paso de agua de circulación, construidos con tubos de acero inoxidable y placas tubulares macizas de acero inoxidable, cajas de agua de entrada y salida, ambas situadas en la misma cara y cajas de retorno en la opuesta, pozo de condensador integrado en el ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-6 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ cuerpo, cuello del condensador compuesto de una junta de expansión tipo fuelle de acero inoxidable entre el condensador y faldón de escape de la turbina. Recibe el vapor expansionado en la turbina de vapor y lo condensa al entrar en contacto con la parte exterior de los tubos recorridos por agua de circulación. Durante el arranque, paro y condiciones anormales de funcionamiento, el aporte de vapor se realiza desde las estaciones de derivación de Alta, Media y Baja Presión, consistentes en sendas válvulas de reducción de presión y estaciones de atemperación que acondicionan el vapor hasta un nivel entálpico aceptable. Está diseñado para una presión de condensación del vapor de alrededor de 50 mbar. El condensado recogido en el pozo situado en la parte inferior del condensador es aspirado por las bombas de extracción de condensado y utilizado de nuevo para la alimentación de la caldera. El condensador cuenta con una cámara en la que se mezcla el vapor de borboteo (“sparging”) con el condensado almacenado en el pozo del condensador, reduciéndose de esta manera la concentración de oxígeno en el condensado. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-7 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ 3.2.5 Alternador Los alternadores son trifásicos, de 544 MVA, conectados en estrella, refrigerados por hidrógeno y fabricados de acuerdo con normas IEC. El aislamiento de rotor y estator del generador es de clase "F”. Genera electricidad a 19±5% kV a una velocidad de 3000 rpm y frecuencia 50 Hz Dispone de un sistema de excitación de tipo estático y regulador de tensión automático. Así mismo dispone de sistemas de sincronización manual y automática. El sistema de arranque es estático y está montado en cabinas independientes. Este sistema está formado por un transformador de aislamiento y un módulo de control. 3.2.6 Transformadores La central dispone de un transformador principal (TP) por cada grupo que eleva la tensión de salida del generador de 19 kV hasta la tensión requerida para su conexión a la subestación de 400 kV. Estos transformadores son de 330/440/550 MVA, ONAN ONAF/OFAF La central dispone de dos transformadores auxiliares (TAG) uno por cada grupo de 19/6,9 kV 28/35 MVA ONAN/ONAF que alimentan a las dos barras de media tensión de grupo. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-8 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ Cada grupo dispone de tres transformadores 6,6 kV/420 V de 2500 kVA, alimentados desde las barras de media tensión que suministran energía a algunos de los sistemas de baja tensión de grupo, una pareja de transformadores más de idénticas características para alimentar los servicios comunes de la central y dos de 150 kVA AN para la zona de toma de agua. 3.3 Descripción de los edificios En este apartado, se enumeran los edificios mas importantes de la central de ciclo combinado. 3.3.1 Edificio de Turbinas El edificio de turbinas de la central de ciclo combinado es un edificio de planta poligonal, con unas dimensiones aproximadas de 124 metros de largo, 24,5 m de largo en la zona de turbina de vapor y 39,5 m de ancho en la zona de la turbina de gas, y una altura aproximada de 26,5 m. El edificio alberga los equipos principales de la central que son la turbina de vapor, las turbinas de gas, el condensador y el alternador. La zona de la turbina de vapor posee tres elevaciones principales, plantas baja, intermedia y de maniobra a las cotas +0,0000, +7,000 y +12,000 aproximadamente, existiendo entre ellas rejillas de paso de aire. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-9 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ El edificio de turbina limita al norte con el edificio de calderas de recuperación, al sur con el edificio eléctrico y la zona de transformadores, al este con el exterior y al oeste con el edificio de control. En la parte del edificio donde se ubican las turbinas de gas se encuentra los conjuntos turbina de gas – generador. El generador va montado sobre un pedestal de hormigón de elevación +4,590m. La turbina de gas va montada sobre unos apoyos de hormigón situándose su eje a una elevación de +5,474m. En la planta correspondiente a la cota +0,000m se encuentran las bombas de condensado, las bombas de vacío del condensador, las válvulas de control y parada del sistema de vapor principal (MSCV, Main steam stop/control valves), las válvulas del sistema de vapor recalentado (CRV´s, Combined Reheat Valves), la unidad de procesamiento de aire y las bombas de refrigeración auxiliar entre otros equipos. 3.3.2 Edificio de Calderas de recuperación El edificio de calderas de la central es un edificio de planta poligonal de dimensiones aproximadas 71 m de largo, 32 m de ancho y 40 m de altura. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-10 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ El edificio de caldera limita en su fachada sur con el edificio de turbinas, y en las fachadas norte, este y oeste con el exterior. En su interior se encuentran situadas las dos calderas de recuperación de calor, las bombas de agua de alimentación y gran parte de las tuberías del sistema de vapor principal. Dentro del edificio de caldera se encuentra los paneles de muestreo químico, que disponen de su propio sistema autónomo de aire acondicionado suministrado con el equipo. 3.3.3 Edificio Eléctrico El edificio eléctrico se encuentra situado al Sur del edificio de turbinas. Es un edificio de planta rectangular de dimensiones aproximadas 40 m de largo, 14 m de ancho y 10 m de altura. Todas sus fachadas limitan con el exterior. Dispone de dos elevaciones principales a las cotas +0,000, donde se encuentran la sala de cables y la sala de baterías, y +3,700 donde se encuentran la sala eléctrica y la sala de electrónica. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-11 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ 3.3.4 Otros edificios En este apartado se describen brevemente el resto e edificios que forman parte de la central pero que no son de importancia en este proyecto. - Caseta de dosificación química. - Edificio de control. - Edificio de oficinas, administración y almacén. - Edificio de servicios eléctricos auxiliares. - Casa de bombas de PCI y edificio de servicios generales. - Caseta eléctrica tanques gas-oil. - Edificio de control de accesos. - Edificio de caldera auxiliar. La caseta de dosificación química se sitúa en las proximidades de la fachada norte del edificio de turbinas y la fachada oeste del área de calderas de recuperación de calor (HRSG). Todas sus fachadas limitan con el exterior. Se considera unas dimensiones para este edificio de 7 m de ancho por 10 m de largo y una altura de 5,5 m. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-12 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ El edificio de control alberga en su interior las salas de control y de comunicaciones, desde las cuales se lleva a cabo la operación de la planta así como distintas dependencias para el personal. Es un edificio de planta rectangular de dimensiones aproximadas 618 m2 de superficie y 6 m de altura. Todas sus fachadas limitan con el exterior. El edificio de oficinas de la central se sitúa en el extremo sur-este del complejo. Es un edificio de planta rectangular y de dimensiones aproximadas 38 metros de largo, 24 metros de ancho y 4 metros del alto. Todas sus fachadas limitan con el exterior. El almacén se encuentra a una elevación de +0,000 m, mientras que el resto del edificio se encuentra a una elevación de +0,500 m. El edificio de servicios eléctricos auxiliares se sitúa en la proximidades de la fachada sur de las torres de refrigeración. Todas sus fachadas limitan con el exterior. Es un edificio que alberga equipamiento eléctrico, de planta rectangular de dimensiones aproximadas de 25 m de largo por 10 m de ancho. La casa de bombas de PCI y edificio de servicios generales se sitúa en el extremo norte del complejo de la central. Todas sus fachadas limitan con el exterior. Es un edificio de planta rectangular de dimensiones aproximadas de 23 m de largo por 6 m de ancho. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-13 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ La caseta eléctrica del área de tanques de gas-oil se sitúa en las proximidades del edificio de control de accesos en el extremo sur del complejo de la central. Todas sus fachadas limitan con el exterior. Es un edificio que alberga equipamiento eléctrico, de planta rectangular de dimensiones aproximadas de 4 m de ancho por 8 m de largo. El edificio de control de accesos se sitúa en el extremo sur-este del complejo de la central. Es un edificio de planta rectangular de dimensiones aproximadas de unos 12 m2 de superficie y 5 m de altura. El edificio de caldera auxiliar se sitúa en las proximidades de la fachada oeste del área de calderas de recuperación de calor (HRSG). Todas sus fachadas limitan con el exterior. Es un edificio, de planta rectangular de dimensiones aproximadas 15 m de largo por 7 ancho. En su interior se encuentra ubicada la sala eléctrica en la que se sitúa el panel de control de la caldera auxiliar. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-14 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ 3.4 Descripción de los distintos sistema de la central La central de ciclo combinado esta formada por una componentes que no son independientes entre ellos. Así pues, existen una serie de sistemas que nos permiten vincular dichos componentes. De esta manera, la caldera de recuperación de calor está vinculada a la turbina de vapor por el sistema de vapor, el condensador con el foco frío por el sistema de agua de circulación. Los diferentes sistemas que se definirán a continuación son estos: - Sistemas del ciclo térmico. - Sistemas de refrigeración. - Sistemas de combustible. - Sistemas auxiliares de planta. - Sistemas de tratamiento de aguas y efluentes. - Sistemas de drenajes y purgas. El sistema más importante en este proyecto es el sistema de HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning), que es el sistema que se encarga de los procesos de ventilación, calefacción y aire acondicionado, y forma parte de los sistemas auxiliares de planta. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-15 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ Aunque en este caso se estudiará un sistema de ventilación atípico en una central, como lo es la ventilación natural, se incluirá la descripción del sistema original de HVAC como una base para el análisis de la ventilación natural. Además, el resto de sistemas son necesarios ya que su configuración es clave para calcular el sistema de ventilación. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-16 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ 3.4.1 Sistemas del ciclo térmico El ciclo térmico del proceso de generación de energía eléctrica está compuesto por los siguientes sistemas. Sistema de aire-gases Este sistema consta de los conductos de admisión de aire a la turbina de gas asi como de los conductos que permiten l circulación de los gases de escape por la caldera de recuperación de calor. Se incluye en este sistema las chimeneas. Sistema de agua-vapor de caldera Este sistema consta de las tuberías que permiten al circulación del aguavapor por todos los equipos de la caldera de recuperación de calor. A estas tuberías se les añade las bombas recirculación del economizador de baja presión. Sistema de vapor y bypass y drenajes de la turbina de vapor El vapor generado en las calderas de recuperación de calor se conduce a la turbina a través del sistema de Vapor y Bypass, este sistema está formado distintos subsistemas correspondientes a los tres niveles de presión del Ciclo y al escape de la turbina de alta presión que se conduce de nuevo a las calderas ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-17 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ de recuperación para su recalentamiento y posterior expansión en la turbina de media presión. Las líneas de entrada a cada cuerpo de la turbina de vapor disponen de un sistema de bypass en cascada. Este sistema permite la evacuación de vapor de media y baja presión al condensador mediante la apertura de las válvulas de bypass durante arranques y rechazos de carga. En alta presión este vapor se descarga a recalentado frío y finalmente es evacuado al condensador mediante la válvula de bypass de media. El sistema de vapor dispone de pocillos de recogida de condensado en los puntos bajos del trazado. El condensado recogido se evacua al sistema de Drenajes de Turbina de Vapor. El sistema dispone de un tanque de recogida de condensado (el tanque atmosférico de drenajes) y el tanque de expansión del condensador. Los drenajes que se ven sometidos a vacío en alguna condición de operación se envían al tanque de expansión del condensador, el resto de drenajes se envían al tanque atmosférico. En los tanques de recogida de drenajes se produce la expansión de los mismos, parte de éstos se vaporizan evacuándose a la atmósfera o al condensador. La parte líquida se recoge en el fondo de los tanques. Los tanques disponen de un control de nivel de forma que cuando aumenta el nivel, el condensado se transfiere al pozo caliente de condensador ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-18 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ Sistema de Agua de Alimentación a HRSG y Sistema de Condensado La caldera de recuperación de calor(HRSG) recibe los humos de escape de la turbina de gas para el aprovechamiento de su energía por el ciclo. La caldera consta de tres niveles de presión y, por tanto, de tres calderines que operan a presiones distintas. Está diseñada de forma que los calderines de media y alta presión se alimentan con agua procedente del de baja, siendo el sistema de agua de alimentación el encargado de realizar el trasvase. Para ello, el sistema cuenta con cuatro bombas (dos que funcionan normalmente y dos de reserva, para AP y MP por cada HRSG) que, de forma continua y regulada, impulsan agua desde el calderín de baja hacia los calderines de media y alta presión. La reposición de agua en el calderín de baja, del que aspiran las bombas de agua de alimentación, se lleva a cabo mediante otro sistema de bombeo, en este caso perteneciente al sistema de condensado. La función principal del sistema de condensado consiste, pues, en conducir agua desde el condensador hacia la sección de baja presión de la caldera. Al condensador, que opera en condiciones de vacío, habrá llegado previamente la descarga del vapor procedente del cuerpo de baja de la turbina de vapor, para su condensación en contacto con los haces tubulares por los ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-19 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ que circula agua de refrigeración, y también otras corrientes de agua que provienen de diversos sistemas del ciclo. Esos caudales de agua y el caudal de vapor, una vez condensado, se dirigen a una zona de almacenamiento denominada pozo caliente del condensador, del que aspiran las bombas de condensado. Dado que una parte del agua que las bombas de condensado introducen en la caldera se pierde, es decir, no retorna a través del condensador (caudales de purga para controlar la calidad del agua del ciclo, agua de reposición de fugas o pérdidas en equipos...), el sistema de condensado debe recibir una aportación externa para compensar, concretamente desde el sistema de agua desmineralizada. Para una regulación más fácil del nivel en el pozo del condensador, el sistema dispone además de un tanque de almacenamiento de condensado. Dicho tanque se halla conectado al condensador, de forma que permite hacer frente a transitorios de operación, bien admitiendo o bien proporcionando agua en un momento dado, según las necesidades del ciclo. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-20 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ 3.4.2 Sistema de refrigeración Sistema de agua de Circulación El sistema de agua de circulación suministra el agua fría necesaria para evacuar el calor no aprovechable en la producción de energía eléctrica, es decir, para evacuar el calor procedente de la condensación de vapor del ciclo en el condensador. El sistema está constituido por un circuito de torres de refrigeración que enfría el agua caliente que procede del condensador y de los intercambiadores del circuito abierto de refrigeración auxiliar. Este enfriamiento se realiza fundamentalmente gracias a la evaporación de parte del agua de circulación. El agua es bombeada a través del condensador hasta las torres de refrigeración por dos bombas del 50% de capacidad cada una. Sistema de refrigeración auxiliar La refrigeración auxiliar de la planta consta de un circuito abierto y de un circuito cerrado. El circuito abierto es el que enfría el agua del circuito cerrado a través de dos intercambiadores de placas(uno de reserva). En el circuito cerrado el agua enfriada es distribuida a todos los equipos auxiliares que necesiten refrigeración principalmente los enfriadores de hidrógeno de los generadores(uno por turbina), los enfriadores de aceite de las turbinas(una de vapor y dos de gas), LCI, modulo de atomización de aire, detectores de llama, ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-21 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ de aire de purgas de gas, enfriadores de purgas, compresores de aire, sellos, cojinetes y motores de las bombas de agua de alimentación, motor de las bombas de recirculación del economizador de BP y muestreos. Este circuito debe de ser capaz de evacuar el calor generado por los distintos equipos de la central mediante el agua del circuito abierto procedente de la balsa de la torre. 3.4.3 Sistemas de combustibles Sistema de gas natural Este sistema se encarga de la distribución de gas natural al módulo de gas de la turbina de gas así como a la caldera de vapor auxiliar para su uso como combustible principal. Consta de una conexión con el gasoducto de alta presión, de una estación de regulación y medida y de la línea de distribución en la cual se encuentran los filtros, calentadores, desaireador y caudalímetro y válvulas. Sistema de gasoil Este sistema se encarga del almacenamiento y distribución de gasoil para el módulo de aire de atomización de gasoil de la turbina de gas para su uso como combustible de reserva, la caldera de vapor auxiliar para su uso como combustible de reserva y el tanque diario del generador diesel de emergencia. Consta de un tanque de almacenamiento común, que se llena ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-22 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ mediante la estación de descarga de los camiones cisterna, del que sale la red de distribución. Sistema de agua desmineralizada Los dos tanques de almacenamiento de agua desmineralizada se llenan con agua procedente de los tanques de agua desmineralizada existentes por medio de dos bombas del 100%. El agua desmineralizada de aporte al ciclo se bombea a través de dos bombas 100% desde los tanques de almacenamiento a través de un colector común. Estas bombas también suministran agua para el modulo de lavado de turbina y para otros servicios. La inyección de agua desmineralizada a las turbinas de gas, la cual se realiza nuevamente con otras dos bombas del 100%, sólo es necesaria cuando el combustible utilizado es gasoil. En este caso, las bombas de inyección suministrarán el agua desde el colector común de aspiración requerida en el funcionamiento con gasoil para obtener unas emisiones con bajo NOx. Esta inyección se hace a través del modulo de inyección turbina de gas (uno por turbina). Sistema de agua potable y de servicios El agua de servicios es almacenada en los tanques de agua bruta y PCI. Esta agua es distribuida a través del grupo de presión, formado por dos bombas del 100% y un deposito de presurización, a los distintos consumidores ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-23 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ (Dosificación química, tanques de gasoil, etc.) y a las distintas zonas donde se requiera para baldeos. El tanque de agua potable almacena el agua procedente de la red municipal de agua potable y la bombea a través del grupo de presión (2 bombas del 100% y un tanque de presurización) a los distintos consumidores. Sistema de aporte y vertido El ciclo dispone de un sistema de aporte y vertido común. El sistema de aporte está compuesto toma el agua del río. El agua es bombeada a la central a través de dos bombas de aporte(ambas del 100%). Este agua de aporte se emplea para reponer el agua vertida mediante la purga de la torre, drenajes de planta, y como aporte para el tanque de agua bruta y PCI. El vertido del ciclo está compuesto por la purga de la torre, los drenajes sanitarios y los drenajes recogidos en la balsa de efluentes. Los drenajes sanitarios y los drenajes de la balsa de efluentes se tratan por separado de forma que se obtenga un vertido que cumpla con todos los requisitos medioambientales. Estas tres corrientes de vertido se conducen a la balsa de tormentas. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-24 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ 3.4.4 El Sistema HVAC El sistema de HVAC está integrado por todos los componentes que permiten la adecuada renovación y/o tratamiento del aire interior de los distintos edificios de la planta para mantener las condiciones de temperatura y humedad deseadas. En función de la procedencia del aire de renovación y del tratamiento que sufre, se clasifica el sistema de HVAC en sistema de ventilación y sistema de aire acondicionado. El sistema de ventilación consta de los componentes que permiten la renovación del aire utilizando única y exclusivamente aire exterior sin tratar, salvo una filtración en algunos casos. En caso de que se utilice aire exterior y recirculación del aire interior tratándolos para modificar su temperatura y/o su humedad, el sistema se denomina de aire acondicionado. Tanto el sistema de ventilación de la central como el sistema de aire acondicionado se puede repartir en varios subsistemas que corresponden a cada una de las salas o grupos de salas ventiladas por el mismo conjunto de componentes. Funciones del sistema Aunque los sistemas de aire acondicionado y los de ventilación tienen un ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-25 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ principio de funcionamiento diferente, los objetivos son parecidos. Se pueden destacar las funciones genéricas siguientes, que dependerán después del tipo de sala considerada: - Mantener las condiciones ambientales para el confort del personal de la central en las salas ocupadas. - Mantener las condiciones ambientales para asegurar el buen funcionamiento de los equipos y prevenir su envejecimiento. - Ayudar al sistema de protección contra los incendios. - Mantener dentro de un rango aceptable la concentración de gases y/o productos peligrosos. - Proporcionar el máximo ahorro energético. En las salas ocupadas de manera no esporádica, el sistema de ventilación y aire acondicionado debe mantener las condiciones ambientales de temperatura seca y de humedad dentro de unos márgenes de manera que se procura sensación de confort para el personal de la central. En las salas donde se encuentran equipos tales que motores eléctricos, cabinas eléctricas, etc., el sistema HVAC debe mantener las condiciones ambientales para las cuales han sido diseñados los equipos. Además de estas ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-26 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ dos funciones principales, el sistema HVAC debe ayudar al sistema de protección contra incendios en tres puntos. En primer lugar, debe respetar las distintas áreas de fuego establecidas utilizando las adecuadas compuertas cortafuegos para que, en caso de incendio, un fuego no se propague por los conductos del sistema HVAC. La resistencia al fuego de los componentes de aislamiento del sistema de ventilación debe cumplir la normativa establecida para la zona donde se ubican. Por otra parte, una vez aislado el fuego, debe proporcionar la adecuada extracción de los humos sin disminuir la concentración del agente extintor. Por último, debe preservar las vías de evacuación, principalmente las escaleras de emergencia, del fuego y de los humos manteniéndolas en sobrepresión con respeto a las salas contiguas. Otra función más específica a un cierto tipo de sala es mantener en un nivel suficientemente bajo la concentración de gases o productos peligrosos. Los gases que hay que vigilar en el edificio de turbinas son el amoniaco y el hidrógeno. Si su concentración supera un cierto limite, el amoniaco puede provocar molestias o intoxicaciones mientras que el hidrógeno presenta peligro de deflagración. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-27 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 3: Descripción de la Central de Ciclo Combinado __________________________________________________________________________________________________________ Por último, el sistema HVAC debe proporcionar el máximo ahorro energético, es decir ser diseñado de manera que se cumplan las otras funciones con el menor consumo posible de energía. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página III-28 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 4: Introducción a la ventilación natural __________________________________________________________________________________________________________ 4.1 Conceptos básicos de la ventilación natural Ventilación es el proceso por el cual se introduce aire fresco en un espacio cerrado, haciendo circular el aire en su interior. El principal objetivo de la ventilación es conservar la calidad del aire. En ocasiones, la ventilación se usa para disminuir la temperatura dentro de un área ocupada. 4.1.1 Ventilación natural La ventilación natural es el proceso de introducir y extraer aire de un espacio mediante aberturas acondicionadas (como pueden ser rejillas o ventanas) y el aprovechamiento de las fuerza del viento y de la diferencia de presión y temperatura. La ventilación natural se puede dividir en dos categorías: Ventilación natural controlada: es el desplazamiento de airea a través de aperturas específicas como pueden ser puertas, ventanas o rejillas, usando fuerzas naturales. Estas suelen ser diferencias de presiones provocadas por el viento o diferencias de temperaturas entre el interior y el exterior. Usualmente, se suele controlar por los propios ocupantes del edificio. Infiltración: es el flujo aleatorio y no controlado de aire que se introduce a través de aperturas no dedicadas a ello. Como el caso anterior, está provocado por el viento, las diferencias de temperatura y de presión. A diferencia de la ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página IV- 1 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 4: Introducción a la ventilación natural __________________________________________________________________________________________________________ ventilación natural controlada, la infiltración no puede se controlada y se hace poco deseable que otras estrategias de ventilación, aunque sigue siendo una fuente de ventilación a tener en cuenta. 4.1.2 Ventilación mecánica La ventilación mecánica o forzada es el proceso de introducir y extraer aire por medio de aparatos mecánicos, como pueden ser los ventiladores. La ventilación mecánica tiene que ser de tal manera que garantice un aporte de aire y una extracción equilibradas para el espacio que se ocupa. La ventilación mecánica es vital en muchas áreas, incluyendo la que nos ocupa, la ventilación de una central térmica de ciclo combinado. Sin embargo, en este proyecto solo se hablará de la ventilación natural. 4.1.3 El objetivo de la ventilación Mantener el confort y la salud par alas personas son las dos rezones principales para la ventilación en un edificio. Para conseguir estos dos objetivos, el sistema de ventilación tiene que ser capaz de cumplir los siguientes requisitos: Aportar un suministro suficiente de aire para cumplir con las necesidades fisiológicas de los ocupantes (un mínimo de 0,2l/s/persona es necesario) u otros seres vivos; ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página IV- 2 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 4: Introducción a la ventilación natural __________________________________________________________________________________________________________ Aportar un suministro suficiente de aire para los distintos procesos que se lleven a cabo en el edificio, ya sean industriales o agrarios ( por ejemplo, el aporte necesario de oxígeno para llevar a cabo procesos de combustión, etc); Eliminar los productos de las respiración y el aire contaminado (por ejemplo con humo de cigarrillos) que emiten los ocupantes; Eliminar los contaminantes producidos por sustancias químicas o durante distintos procesos industriales; Eliminar la carga térmica generada pro las personas, la iluminación y los equipos presentes en el espacio a ventilar; Crear cierto grado de movimiento de aire, esencial para que los ocupantes puedan percibir un cierto grado de movimiento del aire, y por tanto una sensación de confort y frescura (generalmente una velocidad de 0.1 a 0.3 m/s es necesaria para esto). 4.2 Principios de la ventilación natural. Para que el aire se mueva por el interior de un edificio, es necesario que exista una diferencia de presión entre el interior y el exterior de este. La resistencia a fluir del aire a través del edificio afectará a la cantidad de flujo de aire. En general, la ventilación natural controlada y la infiltración se basan en la ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página IV- 3 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 4: Introducción a la ventilación natural __________________________________________________________________________________________________________ diferencia de presiones en la fachada del edificio. Esta diferencia de presiones está provocada por: • El viento (o el efecto del viento); • Diferencia en la densidad del aire debido a la diferencia de temperatura entre el aire interior y exterior (efecto chimenea) • Combinación de los dos tipos de efectos, el del viento y el efecto chimenea. 4.2.1 Efecto del viento Cuando el flujo de aire se debe al viento, este entra a través de aperturas situadas en la pared expuesta al viento, y sale por las aperturas situadas en las paredes que no reciben el viento. Las posibles distribuciones de presión en este caso siguen los esquemas presentados en la figura 4.1. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página IV- 4 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 4: Introducción a la ventilación natural __________________________________________________________________________________________________________ Figura 4.1 Flujo de aire alrededor de un edificio La presión del viento es, generalmente, mayor en la parte expuesta al viento, y menor en la parte que no recibe la acción de este. El cambio de la presión producida por el viento alrededor del edificio depende de: • La velocidad y dirección del viento con respecto al edificio; • La localización del edificio y el ambiente por el que está rodeado; ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página IV- 5 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 4: Introducción a la ventilación natural __________________________________________________________________________________________________________ • La forma del edificio. Matemáticamente, la presión en la superficie del edificio se puede expresar como: (1) = presión media en la cara del edificio (N/m2 o donde Pw Pa) Po = presión estática del viento (N/m2 o Pa) vw = velocidad media del viento (m/s) = densidad del aire (kg/m3) Cp = coeficiente de presión superficial Existe poca información acerca de los coeficientes de presión para edificios con diferente geometría. En cambio, para edificios con una forma básica, o que son mucho más elevados que el resto de los edificios que el rodean, se pueden obtener valores aproximados de los coeficientes de presión en su superficie. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página IV- 6 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 4: Introducción a la ventilación natural __________________________________________________________________________________________________________ En edificios con múltiples particiones y aperturas, estará sometido a distintos tipos de presiones dependiendo de los tamaños relativos de las aperturas y de la dirección del viento. Si las aperturas son grandes en la superficie de incidencia del viento, el edificio tenderá a estar bajo presiones positivas. Lo contrario ocurre cuando estas son más pequeñas que las de salida del aire. 4.2.2 Efecto chimenea Cuando el movimiento del aire se produce por la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior, el flujo de aire se produce en una dirección vertical dentro del edificio buscando siempre el camino que menor resistencia a la circulación del aire presente. La diferencia de temperatura hace que se produzca una diferencia de densidad, y por lo tanto una diferencia de presión, que provoca el movimiento del aire. Durante el invierno, el efecto chimenea sigue el siguiente esquema: • La temperatura del interior del edificio es mayor que la del exterior; • El aire caliente dentro del edificio se eleva; • El movimiento vertical del aire produce el descenso de la presión en la parte baja del edificio; ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página IV- 7 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 4: Introducción a la ventilación natural __________________________________________________________________________________________________________ • Por el contrario, en la parte superior se produce un incremento de presión; • El aire caliente que se ha desplazado sale por la parte superior del edificio; • Este aire es remplazado por aire más frio del exterior que entra pro la parte inferior de este. Figura 4.2 Efecto chimenea Durante el verano, ocurre lo contrario cuando la temperatura del aire interior es menor que la del exterior. Por la tanto el efecto chimenea es más efectivo en invierno o cuando la temperatura dentro del edificio sea mayor que la exterior, debido por ejemplo a cargas térmicas presentes en este. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página IV- 8 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 4: Introducción a la ventilación natural __________________________________________________________________________________________________________ Figura 4.3 Efecto chimenea y distribución de presiones en distintos edificios Cuando solamente actúan las fuerzas térmicas, existe un nivel medio de presión en el que se igualan las presiones exterior e interior. A otras alturas, la presión entre el interior y el exterior depende de la distancia entre el nivel de presión neutral y la diferencia entre las densidades del aire interior y exterior. (2) = diferencia de presión debido al efecto donde Ps chimenea (N/m2 ) ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página IV- 9 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 4: Introducción a la ventilación natural __________________________________________________________________________________________________________ ! = densidad del aire (kg/m3) G = constante gravitacional = 9.81 m/s2 H = altura (m) hneutral = altura del nivel de presión media (m) = temperatura absoluta (K) (i = interna y o = T externa) 4.2.3 Efecto combinado del viento y de la diferencia de temperatura. En la mayoría de los casos, la ventilación natural depende de la combinación de la fuerza del viento y del efecto chimenea. Los distintos patrones de presión para los edificios cambian continuamente con el cambio de las magnitudes de la fuerza térmica y del viento. La figura 4 representa el efecto combinado del viento y fuerzas térmicas. La presión debida a ambos efectos se suma para determinar la diferencia de presión total resultante en la superficie del edificio. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página IV- 10 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 4: Introducción a la ventilación natural __________________________________________________________________________________________________________ Figura 4.4 Efecto combinado del viento y las fuerzas térmicas La importancia relativa del viento y del efecto chimenea en el edificio depende de la altura del edificio, la resistencia interna a la circulación de flujo vertical, la localización y la resistencia al flujo de las aperturas, el terreno y si existen construcciones que puedan hacer de escuda para le edificio. 4.3 Diseño de la ventilación natural El diseño de los sistemas de ventilación natural controlada requiere la identificación de la dirección dominante del viento, las orientaciones estratégicas y la colocación de zonas de entrada de flujo en la fachada del edificio. Estas entradas incluyen ventanas, puertas, ventiladores de techo, rejillas, etc. 4.3.1 Caudal de ventilación ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página IV- 11 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 4: Introducción a la ventilación natural __________________________________________________________________________________________________________ Al diseñar un sistema de ventilación, el caudal de ventilación es un cálculo necesario para determinar el tamaño de los ventiladores, aperturas y conducciones de aire. Los métodos que pueden ser usados para determinar el caudal de ventilación son: (a) Concentración de contaminantes máxima permitida. La siguiente ecuación puede ser usada para describir la concentración de contaminante relacionada con el flujo de ventilación para unas condiciones ambientales constantes Ci = Co + F / Q (3) = concentración de contaminantes maxima donde Ci permitida = concentración de contaminantes del aire Co exterior = tasa de generación de contaminantes en el F espacio ocupado (l/s) Q = flujo de aire (l/s) ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página IV- 12 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 4: Introducción a la ventilación natural __________________________________________________________________________________________________________ (b) Generación de calor El flujo de ventilación que se requiere para extraer el calor de un determinado espacio ocupado se puede calcular con la siguiente expresión: (4) donde H = calor generado dentro del espacio (W) Q = flujo de ventilación (l/s) cp = calor específico del aire (J/kg.K) ! = densidad del aire (kg/m3) Ti = temperatura interna del aire (K) To = temperatura externa del aire (K) (c) Renovaciones de aire Dependiendo de la normativa, se recomienda que se mantenga unos determinados caudales de ventilación, esto se expresa en las renovaciones de aire por hora, para distintas situaciones. La ventilación entonces se calcula en relación con el número de renovaciones de aire por hora, siguiendo la siguiente ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página IV- 13 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 4: Introducción a la ventilación natural __________________________________________________________________________________________________________ ecuación: (5) Donde Q = caudal de ventilación (l/s) = concentración de contaminantes en el aire V exterior ACH = renovaciones de aire por hora 4.3.2 Flujo provocado por el viento Los principales factores que afectan a a las fuerzas del viento en la ventilación son: • La velocidad media del viento; • La dirección del viento que prevalece; • La variación estacional y diaria de la velocidad y dirección del viento; ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página IV- 14 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 4: Introducción a la ventilación natural __________________________________________________________________________________________________________ • Objetos que provoquen obstrucciones locales, como edificios y árboles; • La posición y las características de las aperturas por las que circula el flujo de • aire; Distribución de los coeficientes de presión superficial para el viento. Los sistemas de ventilación natural son diseñados generalmente para velocidades del viento alrededor de la mitad de la velocidad del viento media para la estación dada. Se comprueba mediante un análisis climático que que la velocidad del viento no suele bajar de la mitad de la velocidad media en un porcentaje elevado de horas del año. La siguiente ecuación sirve para calcular el caudal de aire provocado la fuerza del viento que atraviesa una apertura: (6) where Q = flujo de aire (m3/s) A = area libre de la entrada (m2) v = velocidad del viento (m/s) ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página IV- 15 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 4: Introducción a la ventilación natural __________________________________________________________________________________________________________ = coeficiente de la apertura (se assume que es Cv de 0,5 o 0,6 para vientos perpendiculars, y de 0,25 a 0,36 para vientos con dirección diagonal) 4.3.3 Flujo de aire provocado por fuerzas térmicas Si la resistencia interna del edificio no es relevante, eel flujo de aire provocado por el efecto chimenea puede ser calculado de la siguiente manera: (7) Donde Q = caudal de aire (m3/s) = coeficiente de descarga de la entrada K (generalmente 0,65) A = area libre de la entrada (m2) = altura desde el punto medio de la entrada más h baja al punto de presión neutral (m) Ti = temperatura interna del aire (K) ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página IV- 16 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 4: Introducción a la ventilación natural __________________________________________________________________________________________________________ To = temperatura del aire externa (K) 4.3.4 El diseño de la ventilación natural Las siguientes pautas son muy importantes para planificar y diseñar un sistema de ventilación natural en edificios: • Un sistema de ventilación natural ha de ser efectivo, sin depender de la dirección del viento. Tiene que aportar una ventilación adecuada incluso cuando el viento no tiene la dirección optima para la que ha sido diseñado; • Las entradas y salidas de aire no tiene que estar obstruidas por objetos cercanos; • Las ventanas debería estar situadas en la zonas de presión opuesta, lo que incrementaría el flujo de ventilación; • Se debe dejar una cierta distancia vertical entre las distintas aperturas, de tal forma que se produzca el efecto chimenea por una diferencia clara de temperaturas; • Las aperturas en el mismo nivel y cerca del techo se deben evitar, ya que la mayor parte del flujo se escapará sin hacer efecto chimenea; • Se deben aprovechar al máximo los elementos arquitectónicos que permitan guiar el flujo de aire a través del edificio; ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página IV- 17 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 4: Introducción a la ventilación natural __________________________________________________________________________________________________________ • La topografía, el paisaje y los edificios colindantes debería usarse para conducir el flujo de aire que llega al edificio; • En climas húmedos y cálidos, la velocidad del aire debe ser maximizada en las zonas ocupadas; • Para la admisión del flujo de aire, la fachada más larga del edificio con el mayor número de entradas tiene que estar orientada de manera que reciba el viento de la dirección predominante; • Si es posible, las entradas de aire deberían ser accesibles y poder ser controladas por las personas que ocupan el edificio; • Los huecos y escaleras deben ser usadas para incrementar el efecto chimenea; • Las entradas alrededor del punto de presión media del edificio tienen que evitarse, ya que no supone una ventaja para la ventilación natural por efecto térmico; 4.3.5 Inconvenientes de la ventilación natural Un buen diseño del sistema de ventilación natural supone solo es posible cuando no existen problemas en las distintas áreas desde la etapa de diseño, hasta la etapa de construcción y funcionamiento del sistema. Estos posibles inconvenientes son: ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página IV- 18 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 4: Introducción a la ventilación natural __________________________________________________________________________________________________________ • Problemas durante el funcionamiento o Problemas de seguridad o Ruido del exterior o Polvo y contaminación del aire o Control de la humedad o Conocimiento de los usuarios sobre como obtener ventaja del sistema de ventilación natural • Problemas durante el diseño o Normativa del edificio y de protección contra incendios o Necesidades de protección acústica o Dificultad para predecir el funcionamiento del sistema. o Problemas en los controles automáticos de las entradas o Falta de herramientas de diseño adecuadas • Otros problemas o Impacto en la arquitectura y diseño del edificio o Variación de las condiciones climáticas internas ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página IV- 19 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 4: Introducción a la ventilación natural __________________________________________________________________________________________________________ o La reducción de coste del sistema de ventilación mecánica no siempre se corresponde con la gastado en el sistema de ventilación natural o Falta de diseños estándar adecuados. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página IV- 20 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ 5.1. Hipótesis de cálculo. Se muestra en este capítulo el cálculo de las necesidades de ventilación del edificio principal de la central de ciclo combinado, basándose en la disposición y operación de los equipos que la componen. El sistema de ventilación está destinado a extraer el calor del edificio. Ésta se realiza únicamente a través de la renovación del aire interior con aire exterior. Además de extraer calor el sistema permite mantener unas condiciones de trabajo adecuadas para las personas impidiendo que se sobrepasen los límites de temperaturas específicos de cada componente. El cálculo del aire de ventilación se basa en la estimación de la carga térmica interior del espacio que se desea ventilar. Este cálculo se llevará a cabo considerando que se ha alcanzado el régimen estacionario de funcionamiento de la central, es decir, una temperatura interior constante e igual a la máxima permitida, de manera que no se tengan en cuenta regímenes transitorios en el cálculo. También se suponen las condiciones exteriores más desfavorables para la extracción de calor, que coinciden con la máxima temperatura ambiente exterior de proyecto. De esta manera se adopta una postura conservadora a la hora del cálculo de la capacidad de extracción de calor del sistema de ventilación durante la mayoría de los días del año. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 1 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ Como el sistema de ventilación se diseña para la operación normal de la central, solo se tendrá en cuenta en el cálculo los equipos, tuberías, cabinas, etc. , que generan calor continuamente. Si se diera el caso de un equipo que funcionara de forma intermitente pero con una regularidad suficiente para ser considerado, entonces se le aplicaría un factor de funcionamiento. No se tiene en cuenta el efecto de almacenamiento de calor. No se hace diferencia entre las cargas térmicas por convección y las cargas térmicas por radiación. Se supone que la carga térmica por radiación se transforma instantáneamente en carga térmica por convección. Tampoco se considera para el cálculo el efecto de radiación solar sobre las paredes, aunque sí será considerado en la simulación. Estas hipótesis nos permiten determinar la carga interna dentro de una sala dada. Para calcular el caudal de aire necesario se contemplan dos posibilidades: el método de la carga térmica y el método de las renovaciones de aire. El método de la carga térmica se utiliza cuando la carga térmica determina las necesidades de ventilación, es decir, cuando el caudal de ventilación de aire mínimo requerido por la norma no es suficiente para evacuar el calor generado. Para ello se iguala la capacidad de extracción de calor del aire exterior con la carga interna: ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 2 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ . V " C P " # " !T = Q Siendo V el caudal de aire de ventilación (m3 / h) CP el calor específico del aire (kcal / kg ºC) ! la densidad del aire (kg / m3) "T la diferencia de temperatura entre el aire interior y Q la carga térmica interna (kcal / h) exterior (ºC) La diferencia de temperatura se determina como la diferencia entre la temperatura exterior máxima de proyecto y la temperatura interior máxima permitida. Se elige como valor de CP el correspondiente a las condiciones de proyecto. La densidad del aire depende tanto de las condiciones del aire exterior como de la altura del emplazamiento. El método de las renovaciones de aire se utiliza cuando el caudal de ventilación proporcionado por el método de la carga térmica no es suficiente para cumplir la normativa aplicable a calidad del aire interior. Esto ocurre ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 3 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ cuando la carga térmica interna es despreciable, y la normativa exige un caudal de ventilación mínimo. El caudal de ventilación se obtiene mediante la ecuación siguiente: . V =V !R Siendo V el caudal de aire de ventilación (m3 / h) V el volumen de la sala (m3) R la tasa de renovación del aire (renovaciones / h) En cuanto al diseño de las rejillas de toma de aire, se aplica la fórmula siguiente: . S MIN Siendo V = 3600 ! v aire SMIN la superficie de diseño de rejilla (m2) V el caudal de aire de ventilación (m3 / h) ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 4 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ vaire 5.2. velocidad paso aire por la rejilla (m / s) Datos de partida. En este apartado se presentan los datos utilizados para realizar el cálculo del sistema de ventilación. Como la central aún no está construida, estos datos se han obtenido atendiendo a la configuración prevista de los equipos y sistemas. Estos datos de partida se recogen en las tablas mostradas a continuación, estando ordenados atendiendo a la naturaleza de cada uno de ellos (plano, norma, hoja de fabricante, etc.) ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 5 2.1 2 Planta elevación +7.100 Planta elevación +12.000 Planta cubiertas - - - Temperatura de bulbo húmedo de verano 19ºC Condiciones climáticas para proyectos ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 6 Humedad relativa de invierno Temperatura de bulbo seco de invierno 3,8ºC Variación diaria de temperatura 6,5ºC Temperatura de bulbo seco de verano 23,2ºC Disposición geométrica y orientación de la central Datos UNE 100-001 de marzo de 2001 - Secciones Normas Planta elevación +0.000 - Disposición general del edificio de turbinas Planos 1 1.1 Origen Nº DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ Calidad del aire del edificio de turbinas Locales ventilados 3.1 3.2 Locales acondicionados Requisitos del proyecto 3 3.3 Origen Nº Sala del LCI: TMAX = 30ºC Saladel detanque baterías: Sala de Taceite MAX = 35ºC Sala electrónica: TMAX = 24ºC del generador diesel Casa de bomba de agua de alimentación Sala de dosificación química Sala de muestreo Salas eléctricas de turbinas y excitatriz del generador TNave MIN = 20ºC TMAX : depende de la sala Locales acondicionados: HR sin controlar Locales ventilados: TMAX = 40ºC ; TMIN = 5ºC Datos DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 7 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas Pot.: 550 kW Bombas de refrigeración de circuito cerrado 4.5 Pot.: 90 kW Bombas de vacío del condensador 4.4 Pot.: 650 kW Bombas de condensado 4.3 presión Pot.: 260 kW Bombas de agua de alimentación de media Bombas de agua de alimentación de alta 4.1 4.2 Datos de fabricantes (motores de bombas) 4 presión Origen Nº Pot.: 2250 kW __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 8 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas 30 kW Carga térmica 6.2 270 MW Potencia 6.1 3.5 kW Datos (turbina de vapor) Lube de Oil fabricante Module Compartment 6 17.1 kWm3/h 238850 Gas module Caudal de ventilación propia 4.4 kW Load shaft compartment 5.2 56.1 kW Exhaust diffuser Cargas térmicas: 5.1 438.9 kW Datos de fabricantes (turbina de gas) 5 Turbine compartment Origen Nº Datos __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 9 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ 5.3. Cálculo de la carga térmica del edificio principal. Las áreas a ventilar en el edificio de turbinas son las siguientes: - Sala del tanque de aceite de lubricación (el. + 0,000 m), - Edificio principal (sala de turbinas y sala de calderas de recuperación y bombas de agua de alimentación. (el. + 0.000 m) - Housing de la excitatriz de los generadores principales TG y TV. (El. + 0.000) 5.3.1. Sala del tanque de aceite de lubricación Esta sala abarca el tanque de aceite de lubricación del turbogenerador así como las distintas bombas que permiten su distribución y acondicionamiento. Se encuentran también una parte de las tuberías cuyo cometido es la alimentación de aceite al turbogenerador y su retorno al tanque. Potencia [kW] Eficiencia [%] Potencia Disipada [kW] Calculo de la disipación de calor Lube Oil Pump Motor no. 1 110 Lube Oil Pump Motor no. 2 110 91% 10,8 kW*(1-%Eff) / Eff 90% Reserva Emergency Brg Lube Oil Pump Motor 30 89% Emergencia Emergency Seal Oil Pump Motor 11,2 86% Emergencia Oil Conditioner Pump Motor 2,25 81% 0,56 Space Heater Lube Oil Pump Motor #1 0,1 0,1 Space Heater Lube Oil Pump Motor # 2 0,1 Reserva Space Heater Emer. DC Lube Pump Motor 0,18 Emergencia Space Heater Emer. DC Seal Pump Motor 0,075 Emergencia Equipos kW*(1-%Eff) / Eff ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 10 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ Space Heater Oil Conditioner Motor 0,06 0,06 Space Heater Vapor Extractor #1 0,06 0,06 Space Heater Vapor Extractor #1 0,06 Vapor Extractor Motor No. 1 2,25 81% 2,8 Vapor Extractor Motor No. 2 2,25 81% Reserva Reserva Total potencia disipada kW / Eff 14,4 Se recogen en la tabla los distintos motores eléctricos de los que se desprende calor, así como su condición de funcionamiento. En caso de que el motor eléctrico funcione en operación normal, se calcula la carga térmica como se explica en el anexo D. En caso de que no funcione en operación normal, se considera como carga térmica la potencia de la resistencia de caldeo que permite evitar la condensación al nivel de contactos eléctricos. La carga total resultante de los motores eléctricos es la siguiente: Q = 14,4 kW A esta carga hay que añadir la carga debida a las tuberías de aceite (Anexo B), que resulta ser de 7,2 kW; y la carga debida a la disipación del propio tanque (Anexo B), que resulta ser de 25,7 kW. Por tanto, la carga total de la sala del tanque de aceite de lubricación es de Q = 47,3 kW. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 11 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ 5.3.2. Cargas térmicas en el sector de la turbina de vapor Pérdidas interruptores de generación Según la información del dato de partida, la perdida térmica de los interruptores de generación es de Q = 5,6 kW. Pérdidas barras de fase aislada Las perdidas de barras de fase aislada, según el dato de partida, son de Q = 32,51 kW. Pérdidas generador Se considera la carga térmica por perdidas del generador igual a 34,1 kW. Iluminación La carga por iluminación es de 0,0075 kW/m2 con un rendimiento de un 50%. El sector de turbina de vapor cuenta con una superficie total de de 24.5 x 50 = 1.225 m2. Por lo tanto, la carga térmica por iluminación en al zona será de 1.225 x 0.0075 / 0.5 = 18,4 kW Cables de Potencia y CCMs ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 12 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ Se considerará como carga total de la sala de CCMs y cables de potencia 40 kW. Turbina de Vapor Para el cálculo de la carga que despide al ambiente la turbina de vapor, se considerará el dato de fabricante de 0,1 kW por MW instalado, por lo tanto la carga total de la turbina de vapor es de 30 kW. Tuberías calientes (Anexo B): Según el cálculo realizado en el anexo B, se tiene una carga térmica disipada en las tuberías de 563 kW. Condensador. El condensador se comporta como un elemento que disipa calor por radiación y convección. Esta se calcula en el anexo B, junto con la carga térmica de las tuberías. Por lo tanto, la carga calculada resulta ser de 24,9 kW. Bombas de condensado ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 13 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ Para la estimación de la carga térmica cedida al ambiente por una bomba se puede aplicar la ecuación del documento de referencia nº4 tal a partir de la potencia del motor eléctrico y su eficiencia. Considerando una potencia del motor de la bomba de 650 kW y un 95% de eficiencia: Q= Potencia # (1 ! Eficiencia) 650 " (1 ! 0,95) = = 34,2 kW Eficiencia 0,95 Al ser dos bombas las que se encuentran en funcionamiento en operación normal de la planta, la carga térmica cedida al ambiente será de: 34,2 kW x 2 = 68,4 kW. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 14 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ Bomba de vacío del condensador Considerando una potencia de la bomba es 90 kW y un rendimiento 95%, se puede estimar la carga térmica cedida al ambiente del mismo modo que el apartado anterior. Q= Potencia # (1 ! Eficiencia) 90 " (1 ! 0,95) = = 4,7 kW Eficiencia 0,95 Bomba de refrigeración. La potencia del motor es 550 kW y el rendimiento del 95%. La carga térmica estimada es de Q= Potencia # (1 ! Eficiencia) 550 " (1 ! 0,95) = = 28,9 kW Eficiencia 0,95 Secador de hidrógeno La potencia del motor es 150 kW y el rendimiento del 95% (DP.). Por lo que la carga térmica cedida al ambiente resulta Q= Potencia # (1 ! Eficiencia) 150 " (1 ! 0,95) = = 7,9 kW Eficiencia 0,95 Sistema de limpieza del condensador ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 15 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ Se considera una potencia de la bomba de 11 kW y un rendimiento del 85%. Por lo que la carga térmica cedida al ambiente resulta Q= Potencia $ (1 " Eficiencia) 11 # (1 " 0,85) = ! 2 kW Eficiencia 0,85 Panel de Muestreo Según hipótesis por comparación con otros casos se estima una carga de 2 kW para el panel de muestreo. Panel de PCI Según hipótesis por comparación con otros casos se estima una carga de 2 kW para el panel de muestreo. Monitor de gases Según hipótesis por comparación con otros casos se estima una carga de 2 kW para el panel de muestreo. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 16 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ Resumen de Cargas en el sector de la turbina de vapor: Interruptores de Generación 5,6 kW Barras de fase aislada 32,5 kW Pérdidas generador 34,1 kW Iluminación 18,4 kW Cables de Potencia y CCMs 40 kW Turbina de Vapor 30 kW Tuberías 553 kW Condensador 24,9 kW Bombas condensado 68,4 kW Bombas Vacío de Condensador 4,7 kW Bomba de Refrigeración 28,9 kW Secador de Hidrógeno 7,9 kW Sistema de limpieza del condensador 2 kW ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 17 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ Paneles y monitores 6 kW Total 857 kW 5.3.3. Cargas térmicas en el sector de las turbinas de gas Pérdidas interruptores de generación Las pérdidas de calor correspondientes a los interruptores de generación es de 13,2 kW. Pérdidas barras de fase aislada La carga térmica correspondiente es de 80,12 kW. Pérdidas generador Las pérdidas en el generador corresponden a una carga térmica de 62,5 kW. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 18 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ Iluminación La carga por iluminación es de 0,0075 kW/m2 con un rendimiento de un 50% (D P.9.1). El sector de las turbinas de gas cuenta con una superficie de 74 x 39,5 = 2.923 m2. Quedará la carga térmica por iluminación de la zona. 2.923 x 0,0075 / 0,5 = 43,8 kW Cables de Potencia y CCMs Se hace la hipótesis de que la carga térmica de los cables de potencia y CCMs es de 40 kW. Turbina de gas Carga debida a Gas Fuel Module La carga térmica es de 17.1 kW. Carga debida a Turbine Compartment Según dato de partida, la carga corresponde a 438.7 kW. Carga debida a Exhaust Diffuser Según dato de partida, la carga es de 56.1 kW. Carga debida a Load Shaft Compartment ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 19 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ Según dato de partida, la carga es de 4.4 kW. Carga debida a Lube Oil Module Según dato de partida, la carga es de 3.5 kW. Turbina gas total 520 kW (por turbina) Total 1040 kW Equipo de acondicionamiento del aire de las unidades LCI Este equipo esta refrigerado por dos unidades de aire acondicionado del 100% de capacidad, uno de reserva, que disipan al ambiente la siguiente carga térmica. Capacidad frigorífica de la máquina: 8,3 ton = 99.600 Btu/h = 29,2 kW. Consumo del equipo: 11,5 kW La carga total disipada al ambiente resulta ser 29,2+11,5= 40,7 kW por turbina Carga total por equipos de acondicionamiento de aire de las unidades LCI 40,7 x 2 = 81,4 kW. Se considerarán 82 kW. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 20 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ Equipo de acondicionamiento del aire de los Compartimentos de equipos eléctricos y electrónicos de Turbinas de Gas. Se estima la siguiente la siguiente en cada uno de los citados compartimentos: Carga Carga unitaria total (W) (W) 3 2.000 6.000 2 900 1.800 1PC local GT 1 1 230 230 1 monitor local GT 1 1 200 200 1 impresora matricial local GT 1 1 460 460 Vibration 3500 + TDX 1 200 200 Carga Carga unitaria total Descripción Equipos Cantidad CENTROS CONTROL MOTORES + DC cuadros (HMI, MK VI…) GT 1 CENTROS CONTROL MOTORES + DC cuadros (HMI, MK VI…) GT 1 1Mark VI TG-1 (I/O and controller 3 cabinets) Superficie Iluminación 2 (m ) 2 (W/m ) (W) ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 21 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ 37,8 15 Total PEECC GT 1 567 9.457 Además existiría transmisión de calor desde el ambiente del edificio de Turbinas a los compartimentos PEECC, por lo se estima que se dispondrá de unas unidades de aire acondicionado, de características similares a las del LCI. La carga total disipada al ambiente por turbina será 40,7 kW. Considerando las dos turbinas 40,7 x 2 =81,4 kW. Se considerarán 82 kW. Secadores de hidrógeno La potencia del motor es 150 kW y el rendimiento del 95% (DP. 14) Q= Potencia # (1 ! Eficiencia) 150 " (1 ! 0,95) = = 7,9 kW Eficiencia 0,95 Considerando las dos turbinas: 7,9 x 2 = 15,8 kW Paneles y monitores Panel de control del hidrógeno del generador ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 22 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ Las pérdidas del panel de control del hidrógeno del generador corresponden a 2 kW por turbina. Monitor de gases Las pérdidas del monitor de gases corresponden a 2 kW por turbina. Carga total por paneles y monitores 8 kW Carga debida a I/O cabinets Se estima por criterio de ingeniería una carga de 5 kW ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 23 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ Resumen de cargas sector de la turbina de gas: Pérdidas interruptores de generación 13,2 kW Pérdidas barras de fase aislada 80,12 kW Pérdidas generador 62,5 kW Iluminación 43,8 kW Cables de Potencia y CCMs 1040 kW Turbina de Gas 30 kW Unidades LCI 82 kW Inidades PEECC 82 kW Secadores de hidrógeno 15,8 kW Paneles y monitores 8 kW I/O Cabinets 28,9 kW Total 1473 kW ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 24 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ 5.3.4. Cargas térmicas en el sector de las calderas de recuperación y bombas de agua de alimentación Iluminación La carga por iluminación es de 0,0075 kW/m2 con un rendimiento de un 50% (D P.9.1). El edificio de la caldera de recuperación y las bombas de agua de alimentación cuenta con una superficie de 71 x 29,9 = 2.123 m2. Quedará la carga térmica por iluminación de la zona 2.123 x 0,0075 / 0,5 = 31,8 kW Cables de Potencia y CCMs La carga térmica correspondiente es de 20 kW Caldera La carga térmica cedida al ambiente de acuerdo con el dato de partida es la siguiente: Módulos: 325 kW por caldera. Considerando las dos calderas 325 kW x 2 = 650 kW Tuberías internas: 223 kW por caldera. Considerando las dos calderas 223 kW x 2 = 446 kW ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 25 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ Tuberías calientes (Anexo B): La carga térmica calculada resulta ser 525 kW Bombas de agua de alimentación de alta presión La potencia del motor es 2.250 kW y el rendimiento del 96% (DP.14). Q= Potencia # (1 ! Eficiencia) 2.250 " (1 ! 0,96) = = 93,75 kW Eficiencia 0,96 Al estar refrigeradas por agua, se considera que la carga térmica cedida al ambiente será de un 5%. Quedará con ello una carga disipada del 93,75 x 0.05 = 4,7 kW. Durante la operación normal de la planta se encuentran en funcionamiento una bomba de agua de alimentación de alta presión por caldera, por lo que la carga térmica cedida al ambiente será 4,7 kW x 2 = 9,4 kW. Bombas de agua de alimentación de media presión La potencia del motor es 260 kW y el rendimiento del 94% (DP.). Q= Potencia # (1 ! Eficiencia) 260 " (1 ! 0,94) = = 16,6 kW Eficiencia 0,94 ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 26 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ Durante la operación normal de la planta se encuentran en funcionamiento una bomba de agua de alimentación de alta presión por caldera, por lo que la carga térmica cedida al ambiente será 16,6 kW x 2 = 33,2 kW. Bombas de recirculación de caldera. La potencia del motor es 54 kW y el rendimiento del 94% (similitud con otros casos). Q= Potencia # (1 ! Eficiencia) 54 " (1 ! 0,94) = = 3,4 kW Eficiencia 0,94 Durante la operación normal de la planta se encuentran en funcionamiento una bomba de agua de alimentación de alta presión por caldera, por lo que la carga térmica cedida al ambiente será 3,4 kW x 2 = 6,8 kW. Panel de muestreo La carga térmica cedida por le panel de muestreo al ambiente, según datos de partida, resulta ser de 2kW. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 27 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ Resumen de cargas calderas de recuperación: Iluminación 31,8 kW Cables de Potencia y CCMs 20 kW Módulos de la calderas 650 kW Tuberías internas de las calderas 446 kW Tuberías 525 kW Bombas AA alta presión 9,4 kW Bombas AA media presión 33,2 kW Bombas recirculación 6,8 kW Panel de muestreo 2 kW Total 1725 kW ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 28 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ 5.4 Caudal de ventilación del edificio principal. La carga térmica total del edificio principal resulta ser de 857 kW + 1473kW + 1725kW = 4055kW m = Q / !Cp "t m = (4.055 kW x 860 kcal/h / kW) / [0,25 kcal/ ºC m3 x (40ºC – 24,9 ºC)] m # 923.788 m3/h Considerando de acuerdo a D.P.6, que parte de este caudal será aspirado por los ventiladores asociados a los módulos de la turbina de gas, según se detalla a continuación: Turbine Compartment 159.480 m3/h (DP.6) Exhaust Diffuser 44.280 m3/h (DP. 6) Load Shaft Compartment 16.200 m3/h (DP. 6) Total por turbina 220.150 m3/h (DP. 6) Total 440.300 m3/h (DP. 6) ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 29 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ En previsión de que los ventiladores de GE tengan velocidad variable y pudieran extraer un caudal inferior, se da crédito únicamente a un 55% del caudal, es decir a un caudal de 242.165 m3/h Se obtiene un caudal a extraer de 923.788 m3/h – 242.165 m3/h = 681.623 m3/h Según el reparto de cargas en los diferentes sectores del edificio principal, los ventiladores seleccionados serán los siguientes: Superficie de rejilla en el sector de turbinas El caudal del exterior será de: 400.000 m3/ h debidos a los ventiladores de extracción 477.700 m3/h debidos al caudal extraído por los ventiladores de la TG considerando los caudales siguientes Turbine Compartment 159.480 m3/h (DP. 6) Exhaust Diffuser 44.280 m3/h (DP. 6) Load Shaft Compartment 16.200 m3/h (DP. 6) Lube oil atomizing 10.200 m3/h (DP. 6) Liquid fuel 2.550 m3/h (DP. 6) ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 30 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ Gas fuel 5.950 m3/h (DP. 6) Total por turbina 238.850.m3/h (DP. 6) Total 477.700.m3/h (DP. 6) La superficie mínima de rejilla de entrada de aire, para el caudal del exterior, considerando una velocidad frontal del aire de 2,5 m/s, será de: [(400.000 + 477.700) m3/h / 3.600 s)] m3/s ÷ 2,5 m/s # 98 m2 Considerando un área libre de rejilla del 60%, se tiene un total de superficie de rejilla de 100 / 0,6 # 163 m2 De la misma manera la superficie mínima para entre-plantas, considerando una velocidad del aire de 5 m/s, será de: [400.000 m3/h / 3.600 s)] m3/s ÷ 5 m/s # 22 m2 Considerando un área libre de rejilla del 60%, se tiene un total de superficie de rejilla de 22 / 0,6 # 37 m2 Superficie de rejilla en el sector de calderas de recuperación y bombas de agua de alimentación La superficie mínima de rejilla de entrada de aire, para el caudal del exterior, considerando una velocidad frontal del aire de 2,5 m/s, será de: ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 31 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 5: Cálculo de cargas térmicas __________________________________________________________________________________________________________ [288.000 m3/h / 3.600 s)] m3/s ÷ 2,5 m/s # 32 m2 Considerando un área libre de rejilla del 60%, se tiene un total de superficie de rejilla de 32 / 0,6 # 54 m2 ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página V - 32 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 6: Introducción al modelo usado __________________________________________________________________________________________________________ 6.1 Filosofía de Diseño Para poder explicar el funcionamiento del sistema y cumplir el objetivo de este proyecto, se desarrollará un modelo que permita realizar una simulación del sistema. En el capítulo anterior se evaluó la carga térmica interna de los edificios de turbinas y calderas de recuperación, mediante datos definidos de características y configuraciones de equipos. Se supondrá que dicha carga refleja de manera correcta la realidad del funcionamiento de la central de ciclo combinado. Por tanto el modelo que se pretende desarrollar tendrá que ver con la respuesta del edificio ante dicha carga térmica. De esta manera se intentará evaluar la importancia de una serie de fenómenos que determinaran el comportamiento de la ventilación natural en el edificio: - El efecto de la variación diaria de las condiciones exteriores. - La estratificación de la temperatura. - El efecto del viento. - El efecto de la inercia térmica del edificio. - El efecto de la radiación térmica sobre las paredes del edificio. __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página VI - 1 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 6: Introducción al modelo usado __________________________________________________________________________________________________________ Para evaluar dichos efectos y llevar a cabo las simulaciones correspondientes, es necesario disponer de una herramienta informática adecuada, capaz de modelar el edificio en función del tiempo. Por tanto la simulación se llevará a cabo con el programa ESP-r, cuya descripción se realiza en los siguientes apartados . 6.2 Comportamiento térmico de la nave de turbinas El objetivo principal es evaluar el comportamiento térmico de la nave de turbinas y del edificio de calderas de recuperación al verse sometido únicamente a ventilación natural. Como se ha especificado anteriormente, se tendrán en cuenta una serie de efectos que inciden directamente en la ventilación natural. Por lo tanto, además de la carga interna, se tendrán en cuenta el efecto de la variación diaria de las condiciones exteriores, el efecto del viento, la inercia térmica del edificio y la radiación térmica sobre las paredes del edificio. Con todo ello se quiere evaluar su incidencia sobre la temperatura interior y sobre la carga térmica. Al interesar la temperatura interior y el caudal de aire interior se define como sistema de referencia el volumen interior de aire interior de los edificios. Se trata de un sistema abierto cuyas entradas son las rejillas de toma de aire exterior y cuyas salidas son las rejillas situadas en el techo de la nave. Sus condiciones de temperatura y caudal interior dependen tanto de la carga __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página VI - 2 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 6: Introducción al modelo usado __________________________________________________________________________________________________________ interna como del caudal de ventilación. Además, al tener una distribución espacial de carga y ser el edificio bastante alto, se da una estratificación de temperatura y presión que influirá en la ventilación natural. 6.3 Presentación del programa ESP-r. 6.3.1 Introducción. ESP-r es un programa de modelado y simulación dinámica de edificios, desarrollado por el Energy Systems Research Unit de la Universidad de Strathclyde, en Escocia. Este programa permite el modelado de flujos de energía y fluidos en un entorno combinado que abarca el propio edificio y las instalaciones presentes en él. El programa está compuesto por varios módulos, y cada uno cubre ciertas áreas del modelado y la simulación. ESP-r está diseñado para la plataforma Unix, aunque existen implementaciones para los sistemas operativos Solaris, Linux y Mac OS X, todos ellos basados en Unix. ESP-r es un programa bajo la licencia Open Source. ESP-r se basa en una serie de distintas herramientas de desarrollo, simulación y análisis de modelos. Estos programas son controlados por una aplicación principal llamada Project Manager que controla e invoca al resto de aplicaciones. Todas ellas comparten la misma interfaz gráfica que permite la creación y visualización del modelo. __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página VI - 3 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 6: Introducción al modelo usado __________________________________________________________________________________________________________ 6.3.2 Principios básicos de ESP-r. ESP-r es un programa que usa una interfaz gráfica que tiene una gran presencia en el proceso de creación del modelo. En general mezcla el dibujo con un sistema de CAD con el modelado orientado al objeto. El modelado orientado al objeto supone usar componentes que no solo tengan datos representativos del mismo, sino las ecuaciones que rigen su comportamiento. Por ejemplo, una superficie que forme una pared o ventana contendrá datos como el espesor, la superficie o el material que la compone, (quedando definidas otras características como densidad, conductividad y calor específico), pero además tendrá definidas de antemano las ecuaciones que rigen la transferencia de calor a través de esa superficie. El objetivo es crear un modelo de un edificio separado por zonas, conectadas entre ellas a través de componentes. Una zona se corresponde con un área o espacio que contenga el edificio y que consideremos relevante para analizar. Cada zona tiene que ser definida geométricamente a partir de vértices que definen superficies. Una zona solamente estará bien definida si esta compuesta de una serie de superficies que forman un espacio cerrado. En cada zona se pueden definir las propiedades de los materiales que la forman (paredes, ventanas), y las condiciones de la zona (temperatura, presión, carga térmica, etc.) __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página VI - 4 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 6: Introducción al modelo usado __________________________________________________________________________________________________________ Cada zona necesita estar conectada de alguna manera con otras zonas o con el ambiente. Esto se consigue a través de las conexiones. Las conexiones entre distintas zonas se producen a través de componentes, que pueden ser desde aberturas o paredes hasta conductos de ventilación. Cada uno de los componentes se puede modificar o crear de manera que se ajuste perfectamente a nuestras necesidades. 6.4 Estructura y funcionalidad de ESP-r. 6.4.1 Estructura de los directorios de ESP-r. Al crear un nuevo modelo con ESP-r, y debido a que es un programa que todavía tiene un carácter experimental, es conveniente saber los directorios y ficheros existentes debido a que puede ser posible realizar algunas modificaciones en ellos. Los directorios más importantes de ESP-r en el sistema son los que se muestran a continuación. Tendrán que estar presentes siempre que la instalación se haya realizado correctamente y es importante tenerlos en cuenta para llevar a cabo posibles modificaciones de los mismos. /usr/esru/esp-r es el directorio principal, y en él se encuentran, entre otras cosas, los archivos listados a continuación: ../bin directorio que contiene todos los módulos de ESP-r. __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página VI - 5 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 6: Introducción al modelo usado __________________________________________________________________________________________________________ ../climate directorio que contiene los archivos de datos de clima ../databases directorio que contiene las distintas bases de datos distribuidas con el programa. ../manual directorio con un tutorial para ESP-r ../training directorio que incluye todos los archivos de ejemplo de ESP-r. 6.4.2 Estructura de archivos de ESP-r. Además de los directorios de los archivos de sistema de ESP-r, el usuario tendrá un directorio separado para cada uno de los proyectos modelados con ESP-r. Es una buena idea optar por una ubicación única para los proyectos nuevos y otra para los proyectos archivados. Durante los primeros pasos de un proyecto, el módulo Project Manager creará la estructura de directorios del proyecto, que incluye los siguientes archivos: Nombre_proyecto directorio principal del proyecto ../Nombre_proyecto/cfg contiene los archivos de sistema ../Nombre_proyecto/ctl contiene los archivos de control ../Nombre_proyecto/doc contiene informes y notas ../Nombre_proyecto/nets contiene los archivos de redes ../Nombre_proyecto/temp archivos que contienen información sobre materiales con propiedades termofísicas en una simulación ../Nombre_proyecto/rad contiene archivos de conexión con Radiance __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página VI - 6 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 6: Introducción al modelo usado __________________________________________________________________________________________________________ ../Nombre_proyecto/dbs contiene las bases de datos del proyecto ../Nombre_proyecto/zones contiene los archivos de zonas ../Nombre_proyecto/images contiene los archivos de imágenes 6.4.3 Interfaz gráfica de ESP-r. La interfaz gráfica de ESP-r está formada por varias ventanas que se abren cada vez que uno de los módulos es activado desde el Project Manager. Los siguientes líneas pueden otorgar una visión más profunda de esta interfaz y mejorar la interacción entre programa usuario. Modos de pantalla: Gráfico y Texto. ESP-r suele arrancar en modo gráfico, pero también es posible usar ESP-r en modo texto ejecutando el comando prj -mode text. - La ventana superior izquierda es donde se visualiza el modelo construido, los gráficos y diagramas. - La ventana superior derecha es la ventana de menús. Durante la construcción de modelos y su simulación esta ventana mostrará distintos selecciones dependiendo de la parte en que se encuentre trabajando el usuario. - El texto y los números se introducen en la caja de diálogo en al ventana inferior. __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página VI - 7 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 6: Introducción al modelo usado __________________________________________________________________________________________________________ - Toda la información de texto que proporciona el programa se muestra en la ventana inferior izquierda. - Se abrirá una ventana cada vez que se haga uso de la ayuda o cuando se lance alguno de los módulos. Es recomendado usar siempre la interfaz gráfica de ESP-r. El modo texto no permite la visualización de gráficos y puede llegar a ser bastante confuso. 6.4.4 Descripción de los módulos de ESP-r. ESP-r está compuesto por una serie de módulos, cada uno de los cuales contribuye a ciertas áreas del proceso de modelado y simulación. La aplicación de control Project Manager es la encargada de activar los distintos módulos cuando es necesario. Los módulos comparten una interfaz común y acceden la mayoría a los mismos archivos descriptivos y bases de datos. Es conveniente conocer las características de cada uno de los módulos, ya que la simulación con ESP-r requiere el uso de varios módulos al mismo tiempo. La figura muestra un esquema de la relación entre el programa y los módulos que forman el entorno de simulación. Project Manager El Project Manager (prj) controla la descripción de los problemas de simulación __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página VI - 8 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 6: Introducción al modelo usado __________________________________________________________________________________________________________ incluyendo su forma y composición, plantas de HVAC y horarios de aplicación. También se encarga de llamar a las aplicaciones para manejar bases de datos, definir topología del problema, calcular radiación, realizar simulaciones y recopilar resultados de simulación. Simulador El simulador (bps) toma la descripción del modelo proporcionada por el Project Manager y produce una serie de librerías que pueden ser analizadas por el módulo de análisis de resultados. El motor de simulación se encarga de resolver los problemas relacionados con edificios, planta, flujos de aire, etc. , de forma conjunta o separada. Análisis de resultados El módulo de análisis de resultados (res) funciona a partir de los resultados obtenidos de la librería generada por el simulador. Este módulo permite al usuario comprobar el comportamiento de un determinado problema a través de una serie de gráficas y tablas. __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página VI - 9 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 6: Introducción al modelo usado __________________________________________________________________________________________________________ Control de la base de datos del clima El módulo de control de la base de datos del clima (clm) se usa para analizar datos climáticos. Una base de datos contiene información horaria de la temperatura de bulbo seco, irradiación directa normal u horizontal normal, irradiación horizontal difusa, velocidad del viento, dirección del viento y humedad relativa. El módulo ofrece predicción de radiación solar, ajuste de curvas al máximo y mínimo diario y análisis estadísticos, entre otras funciones. Control de la base de datos de componentes de planta Este módulo (pdb) controla los componentes de planta y permite consultar, editar, analizar y generar datos para un componente de planta. Para cada componente existe un descripción resumida que se puede consultar con sus datos. Descripción de redes de planta Éste módulo (pdf) accede a la base de datos de componentes de planta y permite ver, editar y generar archivos durante la definición de las instalaciones. __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página VI - 10 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 6: Introducción al modelo usado __________________________________________________________________________________________________________ Control de datos de construcciones. Este módulo controla las bases de datos de las contrucciones simples y compuestas. Los materiales usados en construcciones compuestas se encuentran en la base de datos de materiales. Ambas bases de datos trabajan juntas de manera interactiva. Las propiedades termofísicas necesarias para definir un material son: conductividad, densidad, calor específico, absortancia, emisividad y difusividad. Estas bases de datos pueden ser lanzadas desde el Project manager durante el modelado. Control de perfiles de eventos El módulo de control de perfile de eventos (pro) controla un determinado número de eventos, los cuales definen la variación de la ocupación e iluminación de distintas zona en función del tiempo. Estos perfiles pueden ser accedidos desde el Project Manager para definir el comportamiento de las zonas del edificio. Definición de horarios El módulo de definición de horarios (tdf) proporciona una descripción de los horarios y dependencias temporales requeridas para llevar a cabo una simulación combianda de transferencia de masa y calor. __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página VI - 11 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 6: Introducción al modelo usado __________________________________________________________________________________________________________ Tutorial Este módulo enlaza con un tutorial online que se puede encontrar en la siguiente dirección http://www.esru.strath.ac.uk/ . El contenido del tutorial muestra una descripción general de ESP-r y sus posibilidades. Factores de visión El módulo de factores de visión (mrt) calcula los factores de visión de cuerpo negro entre dos superficies. Este resultado es usado por el simulador para calcular el intercambio de radiación de baja frecuencia. El módulo también evalúa el nivel de variación de confort de la zona. El programa de factor de forma facilita el cálculo de factores de visión entre dos zonas y la colocación de sensores de temperatura media de radiación en distintas zonas para un análisis detallado del interior de edificio. Insolación y sombras El módulo de insolación y sombras (ish) tiene en cuenta la geometría básica del problema y sus obstrucciones para calcular la distribución de las sombras en superficies exteriores y la distribución de la insolación en las zonas con respecto al tiempo. __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página VI - 12 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 6: Introducción al modelo usado __________________________________________________________________________________________________________ Simulación de flujo Se pueden simular flujos de fluido de edificios y plantas a través del simulador (bps) de manera conjunta con el cálculo de transferencia de calor teniendo en cuenta además los movimientos de aire provocados por el cambio de densidad. Existe una versión independiente del simulador que es el simulador de flujo (mfs), que permite cálculos de flujos independientes de la transferencia de calor. En este módulo se incluye efectos de cambio de densidad de aire, pero la temperatura ha de ser definida por el usuario. Topología La herramienta de topología (cfg) ayuda al usuario a definir la condiciones de contorno de todas las superficies del modelo construido. El módulo lee el fichero de configuración del problema para acceder a la información de la geometría creada y, mediante un diálogo, guía al usuario a través de definición de las condiciones de contorno para esa geometría. __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página VI - 13 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 6: Introducción al modelo usado __________________________________________________________________________________________________________ 6.5 La estrategia de modelado Al empezar un nuevo modelo de ESP-r, hay que diferenciar de manera precisa entre lo que tiene que ser incluido en el modelo, y lo que puede ser incluido en el modelo. Para cada zona del modelo del edificio se deben establecer los ficheros de geometría, construcciones y operaciones. Además de estos ficheros básicos, también se pueden añadir al proyecto los siguientes tipos de ficheros: fichero de sombras/insolación, control de persianas, factores de visión, flujo de aire, planta y sistemas, control de cargas térmicas, coeficientes de convección, etc.. Cada uno de estos archivos puede ser creado y editado a través del project manager. Tampoco hay que olvidar las bases de datos y los archivos de simulación creados por el programa. ESP-r ofrece muchas maneras de representar un modelo de un edificio y analizarlo, pero el programa también espera que el modelo esté diseñado con cierta coherencia termofísica. Esto puede causar muchos problemas a los que se inician en el programa si no se siguen unas reglas y consejos básicos. __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página VI - 14 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 6: Introducción al modelo usado __________________________________________________________________________________________________________ 6.5.1 Consejos básicos de modelado Puede ser una buena idea seguir unos consejos básicos a la hora de empezar a modelar un edificio con ESP-r. - No es recomendable usar ESP-r u otros programas de simulación de edificios hasta que no se haya planificado el diseño del modelo y las herramientas posibles a utilizar. Esto resultará en un uso más efectivo del programa. - Es necesario llevar a cabo el modelado por pasos, y probar cada uno de los pasos en el simulador. En la mayoría de los casos permitirá ahorrar más tiempo del que se pierde en las comprobaciones, ya que puede ser difícil solucionar uno o varios errores cometidos en una simulación compleja. - Se deben incluir solamente los parametros que afecten a la simulación. 6.5.2 La estrategia al usar ESP-r. Puede resultar difícil a un principiante descubrir cómo funciona el programa y que orden seguir. El siguiente plan de trabajo proporciona una guía para los principiantes y una referencia que los usuarios expertos pueden variar a su gusto dependiendo de sus necesidades. __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página VI - 15 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 6: Introducción al modelo usado __________________________________________________________________________________________________________ 1. Analizar el diseño del problema antes de nada y analizar qué características de este se tienen que incluir en el modelo. 2. Tener claro el número de zonas en las que se ha de dividir el edificio. Decidir también qué tipo de instalaciones se tienen que incluir que puedan afectar al rendimiento del edificio. 3. Una vez completados los dos primeros pasos, se puede pasar a construir el modelo, siguiendo este pequeño esquema: - Definición de la geometría de las zonas y de las bases de datos. Modelado de las construcciones y operaciones. Esto resulta en al creación de tres ficheros obligatorios por zona. Posteriormente, se puede acceder a las bases de datos para modificarlas o cambiar las porpiedades de la zonas o componentes de planta. - Definición de la topología de la zona. 4. Después de definir los ficheros obligatorios se pueden añadir detalles adicionales al modelo: - Es una buena idea realizar una simulación después de la definición de cada uno de las facilidades necesarias que se presentan en los siguientes puntos, de manera que se puedan realizar las modificaciones __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página VI - 16 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 6: Introducción al modelo usado __________________________________________________________________________________________________________ necesarias en el diseño si los resultados difieren de lo que teóricamente se esperaba. - Se pueden añadir obstrucciones en los alrededores que representen objetos que causen sombras. - Se puede añadir un control a las persianas para cambiar las propiedades de la ventanas. - Se puede añadir datos sobre la insolación tanto externa como interna. - Se puede añadir información sobre control de cargas casuales. Si se especifica puede sustituir a los perfiles definidos en la facilidad de operaciones de zonas. - Los factores de visión para las superficies dentro de una zona para mejorar el cálculo de radiación de onda larga también se pueden tener en cuenta. - Se pueden añadir los valores de los coeficientes de convección para las distintas superficies. Si se especifica, reemplazarán los valores calculados tomando como base convección natural durante la simulación. __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página VI - 17 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 6: Introducción al modelo usado __________________________________________________________________________________________________________ - Se puede especificar el dominio del fluido: 1, 2 ó 3 dimensiones. También se pueden especificar los distintos parámetros para llevar a cabo una simulación de CFD. 5. Se puede empezar la simulación. 6. Se lleva a cabo el análisis de resultados. 7. Si se desea introducir algún tipo de flujo de aire, distinto al flujo de aire definido en la facilidad de operaciones, en el modelo del edificio, es necesario definir la distribución de las filtraciones del edificio además de incluir los coeficientes de presión necesarios en la base de datos de coeficientes de presión. 8. Se puede empezar la simulación. 9. Se lleva a cabo el análisis de resultados. 10. Se puede definir y conectar una red al modelo del edificio. 11. Desde el Project Manager, se puede especificar un control para las zonas, sistemas y plantas, y ventilación. 12. Se puede llevar a cabo una simulación conjunta. __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página VI - 18 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 6: Introducción al modelo usado __________________________________________________________________________________________________________ 13. Se lleva a cabo el análisis de resultados. 14. Se puede cambiar el diseño del modelo para ajustarlo más a lo que se pretende conseguir. __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página VI - 19 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ 7.1 Introducción En este capítulo se presentará el modelo de ventilación de la central de ciclo combinado usado y se analizará la simulación obtenida. Con el fin de evaluar los efectos considerados en el capítulo 5, se realizarán varias simulaciones empezando con un modelo sencillo en el que se represente la central como un solo volumen de aire o zona, y a partir de ahí sacar las primeras conclusiones, despreciando los efectos que no desempeñen un papel relevante. En este modelo solo interesará el aire que entra y sale del edificio, y no lo que ocurre en su interior. Posteriormente, se variará el modelo básico haciéndolo más complejo. Se usará un modelo con distintas zonas, de manera que exista una circulación de aire entre ellas y se puedan evaluar los distintos efectos dentro del edificio. El objetivo final es llegar a crear un modelo lo suficientemente realista. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 1 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ 7.2 Modelo de una sola zona. 7.2.1 Hipótesis del modelo. En este modelo consideramos que solo se tiene una única zona en el modelo. De esta manera, las condiciones de temperatura, carga térmica y presión serán únicas para dicha zona y por lo tanto no existirán variaciones en ningún punto del edificio, pudiendo asimilar el modelo a una caja negra cuyas salidas son la temperatura, presión y flujo de aire. Este modelo aporta una primera aproximación al objetivo del proyecto y una visión global del comportamiento térmico de la isla de turbinas y permite empezar a familiarizarse con el comportamiento del programa ESP-r. Esta única zona vendrá representada por un único nodo. Este nodo tendrá conexiones con el exterior a través de las rejillas de entrada situadas en la parte inferior del edificio, y también conexiones con el exterior a través de las rejillas de salida situadas en el techo del mismo. Además se incluirá una red de ventilación forzada debido a la aspiración de aire de las turbinas de gas. 7.2.2 Datos considerados. Se considera un volumen interior del edificio principal aproximado de 190000 m3. A este volumen se le tiene que restar un volumen que equivale al que ocupan los equipos, por lo que el volumen final considerado es de 150000 m3. Por otra parte, basándose en los cálculos realizados en el capítulo 5, se ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 2 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ considera que el edificio tiene una carga térmica total de 4,1 MW. Esta carga se supone independiente de la temperatura interior de la nave, al estar todos los equipos emisores aislados. La temperatura y la presión en el interior del edificio principal de la central se evalúan a la altura media del volumen, que coincide con la cota a la que se sitúa el nodo del interior del edificio, y a su vez con la altura media del edificio, que resulta ser de 27,5 m. Las entradas de aire se sitúan en la elevación inferior del edificio de turbinas, a nivel de suelo. Existen 180 m2 útiles de rejilla de entrada y 90 m2 de rejilals de salida de aire en el techo. Las salidas de aire son las rejillas colocadas en el techo y la turbina de gas, que absorbe un caudal medio de 450000 m3/h. Se considera un área de salida de caudal similar a la de las entradas de aire. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 3 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ 7.2.3 Esquema del modelo. El esquema básico del modelo de la central para una primera aproximación se corresponde con el mostrado en la figura. Figura 7.1 Esquema modelo básico ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 4 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ 7.2.4 Evaluación del caudal de ventilación natural y de la temperatura interna. En este modelo, el primer punto que se va a analizar es el caudal de ventilación y la temperatura durante un año, en los que se considerará que la central de ciclo combinado trabaja a plana carga. Las características de temperatura, dirección y velocidad del viento se muestran en el anexo C de este proyecto. El resto de datos climáticos usados se pueden consultar en el la base de datos que se incluye en formato electrónico con los resultados de la simulación. De esta manera se han obtenido una serie de gráficas para todo un año que representan la temperatura interna del edificio y el caudal de aire que entra a través de las rejillas de ventilación. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 5 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ Figura 7.2 Enero Flujo Aire Figura 7.3 Enero Temperatura ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 6 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ Figura 7.4 Febrero Flujo Aire Figura 7.5 Febrero Temperatura ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 7 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ Figura 7.6 Marzo Flujo Aire Figura 7.7 Marzo Temperatura ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 8 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ Figura 7.8 Abril Flujo Aire Figura 7.9 Abril Temperatura ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 9 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ Figura 7.10 Mayo Flujo Aire Figura 7.11 Mayo Temperatura ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 10 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ Figura 7.12 Junio Flujo Aire Figura 7.13 Junio Temperatura ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 11 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ Figura 7.14 Junio Flujo Aire Figura 7.15 Julio Temperatura ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 12 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ Figura 7.16 Agosto Flujo Aire Figura 7.17 Agosto Temperatura ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 13 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ Figura 7.18 Septiembre Flujo Aire Figura 7.19 Septiembre Temperatura ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 14 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ Figura 7.20 Octubre Flujo Aire Figura 7.21 Octubre Temperatura ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 15 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ Figura 7.22 Noviembre Flujo Aire Figura 7.23 Noviembre Temperatura ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 16 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ Figura 7.24 Diciembre Flujo Aire Figura 7.25 Diciembre Temperatura ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 17 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ 7.2.5 Conclusiones sobre el modelo básico El primer modelo y las simulaciones que se llevaron a cabo sobre él han servido como primera aproximación al cálculo de la ventilación en el edificio principal de la central. Como se puede observar en las simulaciones, el efecto del viento tiene poca relevancia, excepto cuando este alcanza valores elevados. También predomina sobre el flujo de aire de entrada la aspiración de la turbina de gas. En cualquier otro caso, es la carga térmica del interior del edificio la que hace circular el aire. Se puede comprobar como una diferencia de unos cinco grados con el aire del exterior provoca un flujo de aire hacia dentro del edificio. Con respecto a la temperatura, en ningún momento se sobrepasan los valores límite fijados para este proyecto, siendo la variación de temperatura del edificio de forma senoidal con una cierta inercia térmica con respecto a la temperatura exterior, tal y como se esperaba. Por esa razón, el modelo básico de una sola zona no resulta suficiente para nuestro objetivo y se utilizará un modelo con distintas zonas de ventilación de manera que se pueda evaluar el efecto de las estratificación de la temperatura y de la presión en el interior del edificio, que es objeto del apartado 7.3 de este mismo capítulo. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 18 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ 7.3 Modelo de varias zonas de ventilación. 7.3.1 Hipótesis del modelo El objetivo de este modelo es estudiar los flujos de aire en el interior del edificio, considerando el efecto de la estratificación de la carga térmica que se produce. Si en el modelo anterior solo existía una única zona, con una carga térmica y temperatura únicas, ahora se ha dividido el edificio en 9 zonas, cada una de ellas con una carga térmica distinta. Figura 7.27 Esquema Modelo Avanzado 7.3.2 Datos considerados En este caso cada uno de las zonas consideradas está conectada con sus zonas adyacentes a través de unas conexiones que en el caso de las ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 19 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ rejillas introducen una cierta pérdida de carga, y en el caso de las conexiones internas, no existe tal pérdida de carga. Se supone además que la pérdida de carga entre las distintas áreas del interior del edificio es despreciable, dependiendo únicamente de la configuración interna de los equipos dentro del edificio. El esquema de al red de ventilación del modelo es el que se indica en la siguiente figura: Figura 7.28 Esquema Conexiones Modelo ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 20 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ Los datos usados para la creación del modelo se muestran en la siguiente tabla: Volumen Control Volumen Altura media Carga Térmica Ed_TV1 7350 m3 2.5 m 1200 kW Ed_TV2 10290 m3 8.5 m 200 kW Ed_TV3 24255 m3 16.75 m 50 kW Ed_TG1 12960 m3 2.5 m 1200 kW Ed_TG2 18144 m3 8.5 m 200 kW Ed_TG3 42768 m3 16.75 m 50 kW Cald1 11147 m3 2.5 m 1000 kW Cald2 15605 m3 8.5 m 200 kW Cald3 63537 m3 26.25 m 50 kW ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 21 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ 7.3.3 Resultados de la simulación Para el modelo con distintas zonas se han obtenido medidas de la temperatura en el interior del edificio y del flujo de aire que le atraviesa. Además en la simulación se ha obtenido datos de presión en cada uno de los nodos correspondientes a las zonas del edificio. En general, se observa una concordancia en el flujo de aire y cierto parecido entre la temperatura interna del edificio. Si bien, el modelo supone un salto cualitativo en información con respecto al modelo básico, pudiendo evaluar las variaciones de temperatura, presión y caudal de ventilación entre las distintas alturas de este. En este caso, la simulación que se muestra corresponde al mes de agosto. En las primeras gráficas se pude ver la distribución del flujo de aire entrante en cada una de las zonas de rejilla consideradas. El flujo, en general, es prácticamente el mismo que el obtenido para el mismo mes en la simulación con un solo volumen. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 22 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ Figura 7.29 Agosto Rejillas sur Ed. Turbina Vapor Figura 7.30 Agosto Rejillas Norte Ed. Turbina Vapor ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 23 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ Figura 7.31 Agosto Rejillas Ed. Turbinas Gas Figura 7.32 Agosto Rejillas Norte Ed. Caldera ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 24 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ Para poder apreciar el efecto de la estratificación de la temperatura, tomamos un par de días en el mes de Agosto, y comparamos la temperatura entre la zona superior y al inferior del edificio de la turbina de gas ,comprobándose como esta es más alta a alturas mayores, existiendo una diferencia más o menos constante de unos 4ºC. Figura 7.32 Temperaturas Ed. Turbinas Vapor ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 25 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 7: El modelo de redes de ventilación __________________________________________________________________________________________________________ 7.3.4 Conclusiones sobre el modelo de varias zonas El objetivo de este modelo era conseguir resultados que nos informen sobre las diferencias de temperatura, presión y caudal de ventilación que existen en las distintas zonas del edificio, de tal forma que se aproximase algo más el modelo a la realidad. El modelo cumple con este objetivo, manteniendo los resultados obtenidos total concordancia con los del modelo básico, y ampliando estos de tal manera que se consigue una visión general sobre el funcionamiento interno en cuestión de ventilación natural del edificio. En particular, se presta especial atención en este modelo a la variación de presión y temperatura interna del edificio, además de las magnitudes ya consideradas en el problema básico: el efecto del viento y la variación diaria de temperatura. De esta manera, se considera que el modelo avanzado cumple perfectamente con el objetivo que se perseguía, y resulta una optimización válida del modelo básico de una sola área. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VII - 26 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 8: Conclusiones __________________________________________________________________________________________________________ 8.1 Conclusión General El objetivo de este proyecto era estudiar el sistema de ventilación de una central de ciclo combinado, cuando ninguno de los ventiladores está funcionando, y solo existe ventilación natural. Para realizar este estudio, se utilizó una herramienta informática que permitía simular flujos de aire en el interior de un edificio. Se analizó el edifico principal de la central de ciclo combinado y se creó un modelo básico qu simulaba el flujo de aire y la temperatura del interior como si fuera un único volumen. Posteriormente se llevó a cabo una optimización de dicho modelo, dividiéndolo en nueve zonas, de manera que se pudiera apreciar el efecto de la estratificación de la temperatura, la diferencia de presiones y los caudales de aire internos. Todas estas simulaciones se llevaron a cabo bajo hipótesis que simplificaban los modelos y con coeficientes de seguridad elevados en lso datos usados. El cálculo realizado arroja resultados satisfactorios y que tienen cierta coherencia, permitiendo en cierta medida el uso de esta técnica de ventilación para ventilar el propio edificio. Sin embargo, debido a las importancia del ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VIII - 1 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 8: Conclusiones __________________________________________________________________________________________________________ proyecto, se sugiere como vía para seguir investigando el análisis detallado con un programa de CFD del flujo interno de la nave, teniendo en cuenta la compleja disposición de los equipos y las temperaturas localizadas. Como conclusión final del proyecto, se propuso usar el programa para futuros estudios sobre ventilación natural de la central y en caso de que se desee utilizar para analizar el efecto de al ventilación natural en futuros diseños. 8.2 Conclusiones sobre el software utilizado. Uno de los objetivos del proyecto era encontrar y probar un software gratuito de simulación de redes de ventilación. El software elegido fue ESP-r, programa de licencia libre, que desarrolla el Energy System’s Research Unit de la Universidad de Strathclyde en Escocia. Este programa se usa principalmente en el capítulo 7, para simular las condiciones del flujo de aire dependiendo de la carga interna del edificio y de la temperatura ambiente exterior. Durante el desarrollo del proyecto final de carrera, el autor ha tenido que lidiar con el programa y su difícil uso, y ha tenido el conocimiento para darse cuenta de las ventajas e inconvenientes derivados de su utilización. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VIII - 2 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 8: Conclusiones __________________________________________________________________________________________________________ Ventajas Posiblemente, la mayor ventaja de usar ESP-r es que uno encuentra en ella un rango amplio de posibilidades que se pueden aprovechar para hacer que los modelos sean lo más reales posibles. Esto incluye: • CFD o Mecánica de Fluidos Computacional, que hace posible lujos de aire de forma realista, en la zona interior del edificio. • La posibilidad de incluir un alto detalle en el modelado de de sistemas de planta y de redes de flujo de ventilación. Esto hace posible estudiar de manera más cercana las distintas redes y componentes y optimizarlos de manera que se adapten a las necesidades del edificio. • Permite simular las condiciones del edificio en intervalos de tiempo adecuados a nuestras necesidades, de manera que se pueda realizar una simulación más rápida con intervalos de tiempo más amplios. • La posibilidad de importar la geometría del modelo desde archivos .dwg de Autocad. • La posibilidad de exportar los datos de las simulaciones a cualquier programa de análisis o gráfico. Además de estas ventajas se puede concluir que el programa realiza cálculos precisos y detallados durante la simulación. Además está bien ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VIII - 3 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Capitulo 8: Conclusiones __________________________________________________________________________________________________________ documentado, y el programa como la documentación se pueden descargar de la dirección http://www.esry.strath.ac.uk . Además, se puede modificar el código fuente del programa para incluir en él nuevas características. Desventajas En el apartado anterior se menciona que una de las ventajas es la posibilidad de realizar un modelo detallado que incluya sistemas de planta y elementos de mecánica de fluidos computacional. Sin embargo, esto representa una desventaja en sí mismo debido a que se puede imprimir un nivel de detalle tan extremo que dificulta la simulación Por otra parte, la paga que se ha encontrado al realizar el proyecto es la dificultad que supone intentar realizar una simulación de CFD con el programa, debido a que el módulo se encuentra en desarrollo, recomendando usar otras aplicaciones comerciales más intuitivas para este tipo de simulaciones. ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página VIII - 4 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo A: Cálculo de la carga térmica de las tuberías __________________________________________________________________________________________________________ En una central de producción de energía eléctrica, las tuberías representan la mayor parte de la carga interna del edificio (casi el cincuenta por ciento). Por eso, este cálculo necesita especial atención a la hora de diseñar el sistema de ventilación. El objeto de este anexo es presentar las aproximaciones y ecuaciones utilizadas para desarrollar este cálculo. Cada tubería de la central viene determinada por su diámetro nominal, su temperatura de operación, el material que la constituye. Además de estas tres características, vienen dos otras, el schedule, que permite vincular el diámetro nominal de la tubería con su diámetro interior y su diámetro exterior sin aislar, y el código de aislamiento, que vincula los parámetros precedentes con el tipo de aislante y su espesor. Así, queda determinada geométricamente una sección transversal de la tubería como se muestra a continuación: __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página A - 1 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo A: Cálculo de la carga térmica de las tuberías __________________________________________________________________________________________________________ La carga térmica total, cedida por los diferentes sistemas de tuberías al ambiente, es el resultado de dos mecanismos simultáneos, la convección natural y la radiación (se supondrá la velocidad del aire suficientemente baja para despreciarla y sólo tener en cuenta la convección natural). Por eso, siendo Q la carga cedida al ambiente por las tuberías calientes, obtenemos: Q = Q CONV + Q RAD Se estimarán las dos componentes QCONV y QRAD, según la norma europea EN ISO 12241, que recomienda que escribamos la ecuación precedente de la forma: Q = h S (TSUP - TAMB ) siendo, h un coeficiente superficial dado por: __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página A - 2 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo A: Cálculo de la carga térmica de las tuberías __________________________________________________________________________________________________________ h = h RAD + h CONV y TSUP la temperatura superficial del aislante. Parte radiativa del coeficiente superficial hRAD: Basta con escribir la igualdad entre la forma buscada y la expresión del calor emitido por radiación, para determinar el valor de hRAD: 4 4 h RAD S (TSUP " TAMB ) = # S (TSUP " TAMB ) ! = 5.67 10-8 W/m2 K4 ! " = 0.1 al ser las tuberías aisladas recubiertas de una película de aluminio. Parte convectiva del coeficiente de superficial hCONV: Se podrá encontrar en la literatura especializada una gran cantidad de correlaciones empíricas permitiendo de determinar el coeficiente de película en función de los números de Prandlt y Grassof principalmente. Sin embargo, existen formas aproximadas que permiten ahorrar cálculos sin perder demasiada precisión en el resultado. Por eso, la norma ISO 12241 recomienda la utilización de las formas aproximadas siguientes, para tuberías horizontales rodeadas de aire en el interior de los edificios, según sea el flujo laminar o turbulento: __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página A - 3 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo A: Cálculo de la carga térmica de las tuberías __________________________________________________________________________________________________________ - Flujo laminar de aire: DTOTAL3 (TSUP-TAMB) <10 m3.K h CONV = 1.25 4 TSUP " TAMB DTOTAL (W/m K) 2 ! - Flujo turbulento de aire: DTOTAL3 (TSUP-TINT) >10 m3.K h CONV = 1.21 3 TSUP " TAMB (W/m2 K) ! siendo DTOTAL el diámetro total de la tubería, a saber el diámetro exterior de la tubería mas el espesor del aislamiento. Estos métodos nos permitirán determinar los coeficientes de película a condición de conocer previamente la temperatura superficial del aislante. Y como la temperatura superficial del aislante depende de estos coeficientes mediante el flujo de calor que va de al tubería al ambiente, tenemos que resolver el problema por iteración. Se utilizará el método de Newton para esta resolución, cuya descripción queda fuera de este proyecto. El planteamiento de las ecuaciones que nos permitirán realizar esta iteración resulta de la igualdad de los flujos de calor entre cada parte de la __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página A - 4 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo A: Cálculo de la carga térmica de las tuberías __________________________________________________________________________________________________________ tubería. Debido al espesor de la tubería en sí misma y a su conductividad, supondremos que la temperatura superficial del tubo es igual a la temperatura del fluido que transporta. Así, queda el sistema siguiente: * # TSUP " TAMB &1/4 1/3 ,h CONV = 1.21 ( TSUP " TAMB ) o 1.25 % ( , $ DTOTAL ' , 4 4 ,h RAD = ) TSUP " TAMB TSUP " TAMB ,, + 2 D ( TAMB " TINT ) ,q l = 2 1 D , + ln TOTAL , D(h CONV + h RAD ) D DEXTERIOR , ql , TSUP " TAMB " =0 ,DTOTAL (h CONV + h RAD ) ! en el que las dos primeras ecuaciones ya han sido comentadas, y las dos ultimas representan la igualdad entre el flujo de calor por unidad de longitud de tubería y la diferencia de temperatura partida por la resistencia térmica. __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página A - 5 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 1 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 2 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 3 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 4 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 5 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 6 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 7 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 8 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 9 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 10 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 11 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 12 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 13 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 14 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 15 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 16 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 17 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 18 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 19 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 20 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 21 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 22 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 23 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 24 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 25 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 26 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 27 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 28 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 29 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 30 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 31 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 32 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 33 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 34 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 35 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo C: Datos climatológicos usados en el modelo __________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ Ignacio García Sedano Página C - 36 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo D: Potencia de motores electricos __________________________________________________________________________________________________________ Los motores eléctricos pueden ser considerados como fuentes de energía sensibles por el hecho de transformar una parte importante de la energía absorbida en calor que será transmitido al medio ambiente. Para cualquier tipo de motor, independientemente de la máquina que arrastra, se desprende una cantidad determinada de calor a través de la carcasa debido a la conversión de las pérdidas eléctricas en ganancias sensibles. Esta disipación de calor viene representada por: Q = Potencia absorbida # (1 " ! ) Generalmente, resulta más cómodo expresar la carga en función de la potencia nominal de motor. Por eso, se suele cambiar la expresión anterior por esta más cómoda: Q= Potencia nominal # (1 " ! ) ! En caso de que el motor sea refrigerado por agua, el calor disipado no es evacuado por el aire, sino por el agua de refrigeración. Por tanto, de manera conservadora, vamos a suponer un rendimiento del intercambiador de calor del 95%. Por esa razón, la carga térmica se verá reducida en un 5%. El resto de la potencia, que es la potencia útil, es utilizada para el accionamiento de la maquina conectada al motor. El trabajo realizado por dicha máquina puede contribuir a las ganancias de calor dependiendo de la configuración del equipo. A continuación se detallan distintas configuraciones que se pueden encontrar en una central de ciclo combinado. __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página D - 1 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo D: Potencia de motores electricos __________________________________________________________________________________________________________ En el caso de grupos de electrobombas, la potencia útil se transmite al fluido en forma de velocidad y/o presión. Esta energía adquirida por el fluido se degrada en lso conductos debido al rozamiento provocando un calentamiento en dicho fluido, sin provocar una calentamiento directo al medio ambiente. Por eso se considera que la carga debida a los motores del grupo de electrobombas viene definida por: Q= Potencia nominal # (1 " ! ) ! En caso de grupos electroventiladores, la transmisión de energía al fluido y su posterior degradación es similar. No obstante, la parte de la potencia absorbida que se convierte en carga térmica en la sala depende de la posición del motor en el interior de la sala y de la configuración del ventilador. Si se trata de un ventilador de extracción, la potencia útil se degrada fuera del edificio. Por lo tanto, como generalmente el motor se encuentra situado fuera del edifico o en la corriente de extracción de aire, la carga térmica es nula. Q=0 Si se trata de un ventilador de impulsión, entonces la carga útil se degrada en el interior del edificio. Además, el motor se sitúa generalmente en la corriente de aspiración del aire exterior. De esta manera, la carga viene definida por: Q= Potencia nominal ! __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página D - 2 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo D: Potencia de motores electricos __________________________________________________________________________________________________________ En caso de que se desconozca el rendimiento del motor, se recomienda que se usen los datos mostrados en la siguiente tabla. Potencia (HP) Potencia (kW) Rendimiento recomendado (%) 0.05 0.04 35 0.08 0.06 35 0.125 0.09 35 0.16 0.12 35 0.25 0.19 54 0.33 0.25 56 0.5 0.37 60 0.75 0.56 72 1 0.75 75 1.5 1.1 77 2 1.5 79 3 2.2 81 5 3.7 82 7.5 5.6 84 10 7.5 85 15 11.2 86 20 14.9 87 25 18.6 88 30 22.4 89 40 30 89 50 37 89 60 45 89 75 56 90 __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página D - 3 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo D: Potencia de motores electricos __________________________________________________________________________________________________________ 100 75 90 125 93 90 150 110 91 200 150 91 250 190 91 __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página D - 4 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo E: Instalación de ESP-r __________________________________________________________________________________________________________ INSTALACIÓN DE ESP-r Y RADIANCE Entorno de trabajo, software e instalación ESP-r se diferencia de otro tipo de programas normales en que no funciona en un entorno basado en Windows. Para usar ESP-r es necesario disponer del siguiente hardware y software: Una estación de trabajo Unix o Linux con el entorno X-Window instalado y completamente funcional. De igual manera se puede usar un emulador de Linux para Windows, como puede ser Cygwin, para instalar ESP-r. Es válido cualquier tipo de plataforma comercial Unix, incluyendo también Mac OS X (que está basado en Unix). Al menos 256 Mb de memoria, un procesador decente superior a 1GHz y capacidad en disco duro de entre 10 y 20 Gb para guardar el programa y los resultados de las simulaciones. Además, es recomendable tener ciertos conocimientos sobre Unix o Linux. En general, ambos sistemas operativos comparten los mismos comandos, con algunas diferencias mínimas. __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página E - 1 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo E: Instalación de ESP-r __________________________________________________________________________________________________________ Dónde encontrar distribuciones Linux Sin duda la manera más sencilla y económica de conseguir un entorno de trabajo para ESP-r es usando Linux. Existen multitud de distribuciones gratuitas, como Debian, Fedora, SuSe, Mandrake, etc., cualquiera gracias a internet. Un buen sitio a disposición de para empezar es http://www.linux.com . En general, la opción más sencilla de instalar Linux es que éste sea el único sistema operativo presente en el ordenador. Pero, frecuentemente, el usuario no está dispuesto a prescindir de Windows. Es posible instalar Linux conjuntamente con Windows, para lo cual es necesario crear una partición adicional que albergue el nuevo sistema operativo. Esta partición se puede crear con el programa Fdisk incluido en Windows. Una vez creada la partición y partiendo de la base que ya se tiene instalado Windows, se procede a instalar Linux. Hay varias maneras de hacerlo, y cada distribución tiene la suya, por lo que es necesario revisar la documentación antes de instalar nada. Linux permite instalar un programa (generalmente Grub o LiLo) que permite elegir el sistema operativo a arrancar, por lo que se podrá elegir al encender el ordenador qué sistema usar. __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página E - 2 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo E: Instalación de ESP-r __________________________________________________________________________________________________________ Durante la instalación de Linux es posible seleccionar diferentes aplicaciones que pueden ser incluidas en la instalación. Si es posible, lo mejor es instalar el mayor número de aplicaciones para no excluir una que impida que ESP-r funcione adecuadamente. Aunque en la mayoría de los casos, con una instalación estándar es suficiente. Instalación de ESP-r en un entorno Unix/Linux Como se ha mencionado anteriormente, ESP-r funcionará únicamente en entornos Unix o Linux. También se ha comentado que es posible hacerlo funcionar en un pc con Windows instalado mediante el emulador Cygwin. Este apartado se centrará únicamente en la instalación para un sistema Unix/Linux, pudiendo encontrar información sobre otro tipo de instalaciones en la página web de Esru. Antes de empezar, es recomendable realizar toda la instalación a través de una terminal o consola, ya que es necesario introducir comandos durante la instalación. 1. Empezar una sesión de terminal como administrador con el nombre de usuario root. __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página E - 3 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo E: Instalación de ESP-r __________________________________________________________________________________________________________ 2. Crear el directorio /usr/esru. Si se desea el directorio se puede crear un link a otro directorio llamado esru localizado en cualquier parte del sistema. El link puede ser creado por un administrador o por una persona que tengo los mismos permisos que el administrador. Para crear el link al directorio solo hace falta introducir el comando: ln -s /home/../esru /usr/esru en el terminal. 3. Entrar como super usuario y cambia al directorio /usr/esru. Crear el directorio src/esp-r que albergará los archivos de instalación bajados de ftp://ftp.strath.ac.uk/Esru_public/ESP-r/ . Estos archivos contienen código fuente, ejemplos y documentación. Los archivos tar.gz se pueden descomprimir con unpacktargz, localizado en al misma página web. El comando para descomprimir es ./unpacktargz. Si aparece un mensaje de problemas para acceder a los archivos, teclea en el terminal los comandos chmod 755 *.* y chmod*. , que otorgan al administrador permisos para leer, escribir y ejecutar archivos, mientras que el resto de usuarios solo puede leer y ejecutar. 4. Cambia al directorio /usr/esru/src/esp-r/bin y ejecuta el comando ./esp-r-dir para crear la estructura de directorios de ESP-r. Si se desea instalar ESP-r en cualquier otro sitio en el sistema, entonces esp-r-dir tiene que ser editado cambiando al segunda línea al de la siguiente manera, cambiando DESTdir="/usr" por DESTdir="/../../esru , eligiendo la ruta donde de desea instalar el programa. Para hacer esto es necesario haber realizado previamente lo explicado en el punto 2. __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página E - 4 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo E: Instalación de ESP-r __________________________________________________________________________________________________________ 5. El archivo Install en el directorio /usr/esru/src/esp-r contiene una guía en la que se muestran detalles del proceso de instalación. 6. El comando ./Install se puede ejecutar para realizar una instalación completa. También se puede ejecutar ./Install -h para una instalación con más opciones. Si se quiere instalar en otro directorio, es necesario ejecutar el comando ./Install -d /../../esru , especificando la ruta del directorio esru. 7. Es necesario modificar el fichero .cshrc del sistema. Esta acción sólo puede ser realizada por un administrador del sistema. Se tiene que añadir la siguiente línea: setenv LD_LIBRARY_PATH "/usr/esru/esp-r/lib" 8. Ahora se tiene que modificar el fichero de sistema .bash_profile, añadiendole las siguientes líneas. # .bash_profile # Get the aliases and functions if [ -f ~/.bashrc ]; then .~/.bashrc fi # User specific environment and start-up programs PATH=$PATH:$HOME/bin:/usr/esru/bin:/usr/esru/esp__________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página E - 5 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo E: Instalación de ESP-r __________________________________________________________________________________________________________ r/bin:/usr/esru/bin/Radiance export PATH unset USERNAME 9. Ejemplos de los archivos .cshrc y .bash_profiles se pueden consultar en /usr/esru/src/esp-r/env . 10. El archivo /usr/esru/esp-r/default contiene la configuración por defecto de los archivos de clima, control, etc... Este ajuste se puede cambiar para usar otro con información más acorde con la localización que se pretende estudiar. 11. El directorio /usr/esru/src/esp-r/validation/QA contiene programas que pueden controlar si la instalación se ha realizado correctamente. El archivo Readme en este directorio proporciona información sobre estos programas. En ocasiones puede suceder que el test se para en un determinado punto con el error de mensaje "You can NOT write in this folder". La solución para esto es reiniciar el test moviendo el directorio benchmark_folder a una ubicación donde el usuario tenga permisos de escritura. 12. Para que los cambios en los ficheros del sistema tengan efecto (.bash_profile , etc.) es necesario salir del sistema y volver a entrar de nuevo. __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página E - 6 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo E: Instalación de ESP-r __________________________________________________________________________________________________________ Si el programa se ha instalado correctamente, ESP-r se puede iniciar tecleando el comando esp-r en el terminal. Si se desea abrir un archivo conjuntamente al iniciar el programa, se puede hacer usando el comando esp-r -file *.cfg . __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página E - 7 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE EN EL EDIFICIO DE TURBINAS DE UNA CENTRAL DE CICLO COMBINADO Anexo F: Bibliografía ____________________________________________________________________________________ - 2005, ASHRAE Handbook – Fundamentals, American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers. - Esru Manual, 2002, The ESP-r System for Building Energy Simulation. User Guide Version 10, Esru Manual U02/1, University of Strathclyde, Glasgow Scotland. - Clarke, J.A., 2001, Energy Simulation in Building Design 2nd Edition, Butterworth – Heinemann, Oxford. - Haugaard, Per, 2003, Investigation and implementation of building simulation Programmes – specially ESP-r, Tesis Doctoral, Technical University of Denmark. - Esru Homepage, http://www.esru.strath.ac.uk __________________________________________________________ ____________ Ignacio García Sedano Página F - 1