Informe de visita a la empresa Termopaipa

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CENTRAL DE GENERACIÓN TÉRMICA TERMOPAIPA
Ana María Pinillos Lucio, Mantenimiento de Automatismos Industriales;
2014-2015, Regional Casanare, Ficha 712914; Ingeniero. Wildes A. Mendoza Ávila.
ABSTRACT: The power plant TERMOPAIPA is one of
the largest and most efficient power plants in Colombia,
it started its operation in the year 1997 with a generating
capacity of 150 MW, in this report assesses functional
and environmental aspects of this plant, also explains
some fundamental processes in power generation.
KEYWORDS: thermal plant, coal, power,
production, thermodynamic cycles.
RESUMEN: La central termoeléctrica TERMOPAIPA
es una de las más grandes y eficientes plantas
generadoras de energía de Colombia, esta comenzó su
funcionamiento en el año de 1997 y cuenta con una
capacidad de generación de 150 MW; en este informe
se evalúan aspectos funcionales y ambientales de esta
planta, también se explican algunos procesos
fundamentales en la generación de energía.
PALABRAS CLAVE: Central térmica, carbón,
energía, producción ciclos termodinámicos.
1 INTRODUCCIÓN
El presente informe tiene como tesis principal el
Centro de Generación Térmica TERMOPAIPA
(Gensa) la cual se define como es una instalación
que produce energía eléctrica a partir de la
combustión de carbón, fuel-oíl o gas en una caldera
diseñada para esto. El funcionamiento de todas las
centrales térmicas,o termoeléctricas, es semejante.
El combustible se almacena en parques o depósitos
adyacentes, desde donde se suministra a la central,
pasando por la caldera, en la que se provoca la
combustión. Esta última genera el vapor a partir del
agua que circula por una red de tubos que tapizan
las paredes de la caldera. El vapor hace girar los
alabes de la turbina, cuyo eje rotor gira
solidariamente con el de un generador que produce
energía eléctrica; esta energía se transporta a los
centros de consumo. Por su parte, el vapor es
enfriado en un condensador y convertido otra vez en
agua, que vuelve a los tubos de la caldera,
comenzando un nuevo ciclo.
Además de ello se expondrán generalidades de
la empresa y los procesos aplicados en la misma.
Figura 1. Instalaciones TERMOPAIPA
2 MARCO TEORICO
2.1 Fundamentos termodinámicos
aplicados a plantas termoeléctricas.
Una central térmica se puede ver como un volumen
de control, en el cual hay flujos de masa y energía
saliendo y entrando a este, la maquinas térmicas
convierten la energía química en trabajo de eje cuando
se quema el combustible en una cámara de combustión
(calor). Al hacerlo los flujos de aire y combustible entran
en la máquina y los productos salen de ella. En una
central térmica, las varias formas de energía se
presentan en los procesos de conversión, tales como
calor, trabajo de eje, entalpia y energía química, a pesar
de que la energía se transforma de una forma a otra, la
cantidad total de energía debe ser conservada como lo
indica la primera ley de la termodinámica.
La mayoría de las maquinas térmicas funcionan en
estado estacionario. En este estado la tasa de calor y
potencia de eje, junto con las propiedades
termodinámicas de la entrada y salida no cambian,por lo
tanto la energía total no varía con el tiempo.
El enunciado de Kelvin-Plank de la segunda ley de la
termodinámica nos dice que es imposible tener una
máquina térmica que convierta todo el calor que recibe
de la fuente de alta temperatura, Q H, en trabajo útil en
un ciclo termodinámico.Es necesario rechazar parte del
calor recibido a la fuente de la baja temperatura, Q L. En
otras palabras: es imposible tener un motor de calor de
la eficacia 100%.
Carnot ideó el motor térmico que puede alcanzar la
máxima eficiencia en la conversión de calor en trabajo
continuo de funcionamiento entre las dos fuentes de
calor, es el formado por cuatro procesos reversibles
como se ilustra en el diagrama de temperatura-entropía
en la figura. 1 b, los cuales son:
 Proceso de 1-2-elevar la temperatura desde T L
a T H en un proceso reversible adiabático
(isentrópico).
 Proceso 2-3-de adición de calor, QH, en un
proceso reversible isotérmico en T H.
 Proceso 3-4- de disminución de temperatura TL
a T H en un proceso reversible adiabático
(isentrópico).
 Proceso 4-1- de rechazo calor, QL, en un
proceso reversible isotérmica en T L

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Figura 1. a Esquema de un motor térmico, b.
Diagrama T-s para el ciclo de Carnot.
La eficiencia de Carnot se puede escribir como ŋC:
(Ecuación 1)
Cuanto menor es la relación de temperatura
que existe entre las dos fuentes de calor, mayor será la
eficiencia de Carnot, el 100% de eficiencia no puede
tener lugar ya que requeriría o bien una fuente de baja
temperatura (T L) de 0 K, o una fuente de muy alta
temperatura (T H).
2.1.1 El ciclo de Rankine
El ciclo de Rankine es el más utilizado en las
plantas de energía de vapor. El fluido más común
utilizado en este ciclo es agua, pero otros fluidos
también se pueden utilizar.
El ciclo de Rankine sencillo (figura 2) está basado
en cuatro procesos reversibles:
El líquido saturado 1 sufre un proceso de
compresión isentrópico hasta alcanzar el líquido
comprimido en el estado 2. A continuación, el líquido
comprimido es conducido al generador de vapor, donde
el calor Q H se añade para obtener vapor saturado en el
estado 4.El trabajo útil se produce en una máquina de
expansión,tal como una turbina de vapor, en un proceso
isentrópico produciendo fluido en estado 5. Por último,
se produce la condensación mediante la eliminación de
calor Q L en el condensador para cerrar el ciclo y los
retornos de fluido al estado inicial 1.Todos los procesos
son ideales. El ciclo de Rankine con vapor
sobrecalentado (figura 3) cambia con respecto a el ciclo
sencillo en que se a agrega un sobre calentador en la
salida del generador de vapor con el fin de sobre
calentar el vapor a temperaturas más altas,esto se hace
para evitar que gotas de agua a ata velocidad golpeen
los alabes de la turbina y puedan causar erosión en
esta. Es evidente que el calentamiento del fluido de
trabajo a temperaturas más altas, obtenga una mayor
eficiencia térmica sin ningún aumento adicional en la
presión de trabajo; sin embargo hay un coste adicional
de la instalación de la etapa de sobrecalentamiento.
.
Figura 2. Cuatro componentes básicos del ciclo de
Rankine sencillo.
Figura 3. Componentes del ciclo de Rankine con vapor
sobrecalentado.
3 ASPECTOS COORPORATIVOS
3.1 Misión
“Contribuimos a mejorar la calidad de vida y al
progreso de las regiones donde interactuamos, a través
del desarrollo eficiente y sostenible de actividades en el
sector energético, generando valor para los grupos de
interés.”
3.2 Visión
“GENSA en el año 2014 será una empresa con
solidezfinanciera y proyección internacional,reconocida
por su excelencia operativa, mejoramiento continuo y
responsabilidad social empresarial, generando valor
para sus grupos de interés.”

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3.3 Tipo de empresa
Central Termoeléctrica TERMOPAIPA
3.4 Ubicación
La termoeléctrica TERMOPAIPA IV de la
Gensa está ubicada en el kilómetro 5 de la vía Paipa-
Tunja, departamento de Boyacá, el área aproximada por
el polígono que se muestra en la figura 4, está
conformada sobre un lote de terreno de 22 hectáreas.
Figura 4. Polígono aproximado de la planta
TERMOPAIPA
3.5 Sinopsis de historia
La vulnerabilidad del sector colombiano se
evidencio a principios de los años noventa con una de
las crisis energéticas más profundas que ha sufrido el
país en su historia. Tras la crisis, el estado colombiano
estableció una política a largo plazo que incluía la rápida
puesta en marcha de plantas termoeléctricas que
aseguraran al país frente a futuros racionamientos.
En consecuencia se invitó a inversionistas
extranjeros y privados para construir y operar plantas
termoeléctricas que aseguren al país frente a futuros
racionamientos.
Figura 5. Imagen historica
En el año 2007 se implementó un ambicioso plan de
inversión en la Central de Termoeléctrica
TERMOPAIPA, cuyo objetivo era el cumplimiento a
cabalidad de los indicadores técnicos plasmados en el
convenio de desempeño que por convenio de
desempeño que por obligación debe honrar GENSA a
fin de mantener la contragarantía de la NACION por el
PPA de Paipa IV Inversiones en medio ambiente $465
millones, Área comunes $ 1760millones, unidad I:447
millones , unidad II ;3720, unidad III ;5710 millones.
El inicio brillante en la vida empresarial con la
construcción de la hidroeléctrica miel I, ejemplo de
planeación y eficiencia para el país, han marcado el
desempeño de nuestra organización cumplimiento
eficiencia y calidad han sido las respuestas en la
ejecución de diversos proyectos.
Lo que les ha permitido desarrollar habilidades
especializadas como el número de habilidades.
Figura 6. Imagen historica
3.6 Estructura organizacional
Figura 5. Estructura organizacional

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4 ASPECTOS TÉCNICOS
4.1 Especificaciones de la planta
TERMOPAIPA es una planta para la generación de
energía eléctrica a partir de combustible, que en este
caso es el carbón, los principales parámetros técnicos
son:
Característica Valor Unidad
Capacidad instalada 165 MW
Eficiencia del ciclo 42 %
Consumo de carbón 61 Ton/h
Presión de vapor vivo 140 bar
Temperatura de vapor vivo 540 °C
Flujo de vapor vivo 488 ton/h
Capacidad neta 151 MW
Consumo de agua 370 m3/h
Tabla 1. Especificacionesde TERMOPAIPA
4.2 Proceso de generación de energía
de la planta TERMOPAIPA
Todo empieza con la llegada del carbón a la planta el
cual proviene de varias minas ubicadas en el
departamento de Boyacá; el automotor es pesado en
una báscula para determinar el peso del carbón, también
se toma muestras de este para realizar análisis de
laboratorio, esto se hace para controlar la calidad y así
obtener un precio del carbón. El carbón es llevado a los
patios de carbón en donde se almacena, después de
esto el carbón es conducido por medio de una banda
transportadora hacia un triturador en el cual se convierte
en polvo de carbón el cual pasa por un tamiz en cual
solo se deja pasar
El proceso de generación de energía eléctrica en la
central Paipa está dado por varias etapas:
 Tratamiento del carbón
 Tratamiento del agua
 Proceso producción-distribución.
El combustible de la planta, es el carbón pulverizado;
explotado en el departamento de Boyacá, que cuenta
con grandes reservas de carbón bituminoso. Este
carbón es transportado a la central donde es
almacenado en un patio.
Después este mismo es transportado a través de una
banda que se encarga de llevarlo a un molino de rodillos
que polvoriza totalmente. El agua que entra a la caldera
es tratada químicamente para retirar los sólidos
suspendidos ylas sales que son dañinas para la misma
y el sistema de tuberías.El proceso químico lo que hace
es separar la molécula de agua de tal modo que al final,
después de que han aplicado varios aditivos esta vuelve
a unirse; quedando totalmente libre cualquier tipo de
partículas.Una vez se ha culminado la pulverización del
carbón y el tratamiento químico del agua,esta es llevada
a la caldera. Antes de entrar a esta última el agua es
precalentada pasando a través de cinco recalentadores.
La caldera es de circulación natural con capacidad para
producir 486 toneladas de vapor /hora. El agua sale a
una temperatura de 505o C y una presión de 88 Kg/cm2.
El vapor llega a la las respectivas unidades 1, 2 y 3 a
través del circuito de tuberías; estas cuentan con un
sistema de 5 válvulas que permiten regular el flujo de
vapor a través de ellas. A través de otro sistema de
tuberías se drena vapor de las turbinas para alimentar
los recalentadores mencionados anteriormente que
precalientan el agua antes de entrar al hogar de la
caldera. El vapor sale de las turbinas a una presión de
15 mm Hg y es llevado a un intercambiador de calor.
Este último utiliza el agua de un pequeño lago situado
junto a la central para llevar a cabo el proceso de
enfriamiento a temperatura atmosférica.Después de que
ha concluido el proceso de transformación de energía
térmica,a energía mecánica;los generadores que están
acoplados a las turbinas se encargan de transformar la
potencia mecánica en potencia eléctrica, hasta que se
obtiene un valor de tensión de 13.800 voltios para cada
unidad, permitiendo de esta manera conectar la red de
los alternadores a la subestación eléctrica de TERMO
PAIPA que eleva este valor a 115.000 voltios para de
esta manera conectarse al sistema nacional. El sistema
interconectado de TERMOPAIPA comprende varias
regiones de Boyacá y parte del departamento de
Santander.

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5 CONCLUSIONES
 El conocimiento de centrales térmicas, como
termo Paipa; son de vital importancia para
estudiantes de automatización, ya que uno de
los campos de acción de nuestra ruta de
formación es la industria de la generación de
energía eléctrica y la implementación de las
distintas fuentes para la misma.
 La Central Termoeléctrica TERMOPAIPA es
una generadora de energía eléctrica a base de
vapor a través de carbón butaminoso
pulverizado.
 La empresa cuenta con una capacidad
instalada de 321Mw, distribuida en la unidad I
con 31MW; la unidad II con 70 MW; la unidad III
con 70 Mw
 Central de Generación Térmica a Carbón más
grande del país, está en un constante
desarrollo de proyectos y además de ello se
incorpora con tecnología de punta.
6 REFERENCIAS
[1]
http://w w w .gensa.com.co/
[2]
http://es.slideshare.net/leydicarol4525/generadora-de-
energuia-termopaipa
[3]
http://www.gensa.com.co/proyectos.php?uid_tpy=35&uid=3
5
[4]
http://www.gensa.com.co/archivos/tipo_vinculo/fil_tiv_docu
mento/201305159784INFO_GESTION_2012b.pdf
[5]
http://w w w .gensa.com.co/psw /w p-
content/uploads/2015/03/Gestion_Sostenible_2014_GENS
A.pdf