Propuesta de instalación central termoeléctrica

Resumen

El presente trabajo de grado tuvo por propósito
diseñar una propuesta de instalar una central
termoeléctrica de CVG Venalum que permita lograr su
independencia eléctrica. Este trabajo recopila
información teórica, análisis y propuestas
involucradas a los elementos estudiados. CVG Venalum, cuenta con
un total de 905 celdas y un consumo de 800 MW, con la
aplicación del plan de racionamiento eléctrico y ha
tenido que desincorporar 400 celdas de manera progresiva para
cumplir con la cuota exigida por CORPOELEC, lo que se traduce en
300 MW. La aplicación de la medida y el fiel cumplimiento
ha impactado directamente en la producción y finanzas de
la empresa; el déficit de energía como el impacto
económico abre paso a una posible adquisición de
instalación de una planta termoeléctrica. El valor
de la inversión por concepto de equipos, espacio
físico, infraestructura, montaje es aproximadamente de USD
$ 800.000.000, con un costo anual de administración,
operación y mantenimiento (AOM) es cercano a cuatro
millones de dólares. Se recomienda que la Gerencia de
Proyecto conjuntamente con la División de Alto Voltaje
deben considerar y verificar los resultados y datos obtenidos en
el presente estudio a fin de lograr que la independencia
eléctrica de CVG Venalum y cumplir con las medidas
señaladas en función al impacto ambiental para
prevenir, controlar, mitigar y/o evitar, eficazmente los
potenciales efectos negativos que se generarán.

Palabras Claves: 1) Central
Termoeléctrica, 2) CVG VENALUM, 3) Ciclo Combinado, 4)
Generador, 5) Turbinas, 6) Celdas, 7) Reducción, 8)
Rectificadores.

Introducción

Las plantas termoeléctricas producen
energía eléctrica a partir de la combustión
de carbón, fuel-oil o gas en una caldera diseñada
al efecto. Independientemente de cuál sea el combustible
fósil que utilice, el esquema de funcionamiento de todas
las plantas termoeléctricas es prácticamente el
mismo. Las únicas diferencias consisten en el distinto
tratamiento previo que sufre el combustible antes de ser
inyectado en la caldera y en el diseño de los quemadores
de la misma, que varían según sea el tipo de
combustible empleado.

Estas poseen dentro de su propio recinto, sistemas de
almacenamiento del combustible que utiliza para asegurar que se
dispone permanentemente de una adecuada cantidad de éste.
Además estas plantas suelen presentarse como
tecnologías limpias debido a la reducción de las
emisiones de contaminantes que en ellas se consiguen. Se alude en
primer término al vertido casi nulo de Dióxido de
Azufre (SO2) debido a que este elemento es prácticamente
inexistente.

En abril de 2010, la Siderúrgica del Orinoco
SIDOR. C.A., es la primera en la región Guayana en iniciar
los trabajos de instalación de una planta
termoeléctrica, la cual funcionara por ciclo simple y
consta de dos fases, en función de dar paso a su
independencia eléctrica.

Debido a las políticas dictadas por el ejecutivo
nacional, para economizar el consumo, el sistema eléctrico
nacional actualmente no está capacitado para el consumo
que exige. CVG Venalum, presenta uno de los más altos
índices del consumo eléctrico, por lo que se
paralizan 400 celdas; esto ha conducido a la empresa
desincorporar más del 40% de su capacidad instalada. Lo
anterior, ha impulsado el desarrollo de una investigación
que permita dar una propuesta para instalar una central
termoeléctrica de CVG Venalum.

Por consiguiente, se elaboró el siguiente
estudio, el cual se encuentra estructurado en capítulos de
la siguiente manera: Capítulo I: Referido a la
formulación del problema, sus alcances, limitaciones, los
objetivos de la investigación y su justificación.
Capítulo II: Presenta el marco empresarial.
Capítulo III: Las bases teóricas que fundamenta el
trabajo. Capítulo IV: Se encuentra el tipo de
investigación, técnicas e instrumentos utilizados
en la recolección de datos y el procedimiento del mismo.
Capítulo V: En este último capítulo se
encuentran los resultados obtenidos. Por último se
establecieron las conclusiones y recomendaciones, la
bibliografía, los apéndices y anexos.

CAPÍTULO I

El
problema

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La crisis energética por la cual ha venido
atravesando el país, impacta negativamente y desestabiliza
el sistema productivo, comercial y residencial, debido a esta el
ejecutivo nacional dicto un plan agresivo de racionamiento
eléctrico administrado por CORPOELEC EDELCA, a fin de
garantizar el suministro de energía eléctrica a
todos los sectores: ciudadano común y sector industrial
público y privado, de tal manera se estaría
controlando el flujo de agua que requieren la turbinas para la
generación de energías eléctrica y evitar
llegar en tiempo record a la etapa más crítica
embalse del Guri y por consiguiente al colapso total de la
Central Hidroeléctrica Simón
Bolívar.

El 70% de la electricidad que utiliza el país es
de (9.870 MW) y la genera CORPOELEC EDELCA a través de sus
centrales hidroeléctricas gracias a las bondades del
río caroni, aun cuando su potencia promedio es de (7.500
MW) y solamente Gurí genera (6.200 MW), es decir, el 63%
de toda esa energía. El otro 30% equivalente a (4.230 MW)
la genera el resto de las empresas de CORPOELEC. En los
últimos años la demanda de electricidad se ha
incrementado en más de (4.000MW) entre los años
2002-2009, considerando que la tendencia es que siga aumentando
de acuerdo al crecimiento social y económico del
país.

CVG Venalum, cuenta con un total de 905 celdas y un
consumo de 800 MW, con la aplicación del plan de
racionamiento eléctrico y ha tenido que desincorporar 400
celdas de manera progresiva para cumplir con la cuota exigida por
CORPOELEC, lo que se traduce en 300 MW. La
aplicación de la medida y el fiel cumplimiento ha
impactado directamente en la producción y finanzas de la
empresa; el déficit de energía como el impacto
económico abre paso a la independencia energética
de la empresa con la posible adquisición e
instalación de una planta
termoeléctrica.

La empresa recibe su energía eléctrica
directamente de la Central Hidroeléctrica Simón
Bolívar, pasando por la subestación Guayana B,
hasta llegar a los transforectificadores que se encuentra en las
plantas de reducción: Complejo I, complejo II y V
línea, para luego ser incorporada a cada celda de
reducción.

En base a lo antes expuestos CVG Venalum requiere de
estudio económico-financiero que le permita evaluar
factibilidad de la independencia eléctrica mediante la
posible adquisición e instalación de una central
termoeléctrica con el objetivo de que garantice la
continuidad de los procesos productivos de aluminio.

1.2 OBJETIVOS DE LA
INVESTIGACIÓN

1.2.1 Objetivo General

Diseñar una propuesta de instalar una central
termoeléctrica de CVG Venalum que permita lograr su
independencia eléctrica.

1.2.2 Objetivos Específicos

• 1 Diagnosticar la situación actual en el
  suministro de energía eléctrica para el proceso
  de reducción de aluminio.

• 2 Analizar la situación actual de las
  celdas y el consumo de energía eléctrica de la
  empresa.

• 3 Cuantificar la producción de aluminio
  afectada por el racionamiento eléctrico.

• 4 Determinar el impacto financiero en las
  ventas del aluminio debido al racionamiento
  eléctrico.

• 5 Señalar todas las
  características técnicas de la central
  termoeléctrica por ciclo combinado.

• 6 Determinar los costos asociados a la central
  termoeléctrica por ciclo combinado.

• 7 Realizar la evaluación
  económica de la central termoeléctrica por
  ciclo combinado.

1.3 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA

A través del estudio económico-financiero
para la independencia eléctrica de CVG Venalum, se
determinó la factibilidad de aplicar una alternativa de
inversión considerando los diversos beneficios desde el
punto de vista de viabilidad y rentabilidad, orientado en
mantener los costos operativos por paralización y
rearranque de celdas desincorporadas producto de la
interrupción o racionamiento energético que aplica
Corpoelec en situaciones de emergencia eléctrica
nacional.

Debido a que CVG Venalum hoy en día busca
garantizar su producción para honrar los compromisos
adquiridos con los mercados nacionales e internacionales en el
suministro de aluminio y considerando el consumo de
energía por el crecimiento demográfico, las
posibles contingencias por fallas o mantenimiento y las posibles
consecuencias generadas por efecto de los cambios
climáticos y los periodos de sequías que impactan
directamente en las centrales hidroeléctricas del
país, es imperativo considerar un respaldo en la
independencia eléctrica.

1.4 DELIMITACIÓN

La presente investigación se realizó
específicamente para la gerencia de proyecto y
conjuntamente con la división de alto voltaje a fin de
realizar un estudio económico-financiero para la
independencia eléctrica de CVG Venalum, mediante la
adquisición e instalación de una central
termoeléctrica por ciclo combinado.

CAPÍTULO II

La
empresa

La Industria Venezolana de Aluminio, C.A. (CVG VENALUM),
se constituyó el 29 de Agosto de 1973,
convirtiéndose en una empresa mixta, con una capacidad de
150.000 t/año y un capital mixto de Bs. 34.000 millones;
donde el 80% fue suscrito por seis empresas japonesas y el 20%
restante de la Corporación Venezolana de Guayana, con el
objeto de producir aluminio primario en diversas formas con fines
de comercialización.

Para Octubre de 1974 VENALUM amplía su capacidad
a 280.000 t/año y

el 11 de Diciembre de 1974 el capital fue aumentado a
Bs. 550.000.000, por resolución de la Asamblea General
Extraordinaria de Accionistas. En Octubre de 1978 el capital se
incrementó a Bs. 750.000.000. Donde este aumento fue
totalmente suscrito por el Fondo de Inversiones de Venezuela
(F.I.V.). Finalmente el 12 de Diciembre de 1978 por
resolución de la Asamblea de Accionistas, el capital fue
aumentado a Bs. 1.000.000.000, quedando conformado como se
muestra en la Tabla 1:

Tabla 1. Composición de Capital
de la Empresa

Fuente: Manual de Inducción de CVG
VENALUM

La planta fue diseñada sobre la base de cuatro
(4) líneas de producción de 180 celdas cada una y
con los servicios de soportes básicos para una futura
expansión de una línea de celdas; la primera
línea de celdas fue puesta en marcha en Enero de 1978 y la
última línea de las primeras cuatro se
comenzó el 27 de Octubre de 1978. También se
incluye en el diseño un muelle de carga y descarga sobre
el margen del Río Orinoco para atracar barcos de hasta
30.000 toneladas.

Para 1980 se logra culminar el proyecto al entrar en
funcionamiento las 720 celdas y se logra operar a plena capacidad
de producción en 1981. Para el año 1985 se dio
inicio a un ambicioso programa de ampliación de la planta
con una nueva línea de producción: Quinta (V)
Línea, la cual estaría formada por 180 celdas
electrolíticas, fue terminada de construir y puesta en
funcionamiento en el año 1987 y entra en plena
operación en 1989, con una capacidad de producción
de 1.722 Kg. de aluminio líquido por celda/
día.

Dentro de la Quinta (V) Línea, se llevó a
cabo el desarrollo de las celdas V-350 de CVG VENALUM, el cual
consistió en un diseño de cinco (5) celdas
experimentales de alto amperaje, elaboradas por un grupo de
Ingenieros de la empresa que una vez evaluado y optimizado el
proyecto, permitirá la construcción de nuevas
plantas reductoras con tecnología venezolana.

Para el año 1993, la industria del aluminio CVG
VENALUM se une administrativamente a CVG Bauxilum. En 1996 por
primera vez en su historia VENALUM alcanzó su
máxima capacidad de producción instalada, 430.000
toneladas de aluminio primario, un logro sin precedentes, lo cual
coloca a esta industria como líder en el mercado
internacional, especialmente como la mayor planta productora de
metal en el mundo occidental.

La constitución de esta nueva sociedad trajo
consigo complejidades e ineficiencia en el desenvolvimiento
competitivo de las Empresas del Aluminio en los mercados, fue
entonces cuando la Asamblea General de Accionistas de la Empresa
Corporación de Aluminios de Venezuela (CAVSA)
conjuntamente con el Directorio de la Corporación
Venezolana de Guayana, aprobó el 4 de Abril de 2002, la
disolución de esta sociedad obteniendo cada empresa su
autonomía de gestión.

A raíz de la disolución de estas Empresas,
CVG VENALUM, C.A. modificó su estructura organizativa y
teniendo ya su autonomía decidió adecuarse a la
nueva versión de la ISO 9001:2000, la cual
específica los requisitos para los Sistema de
Gestión de la Calidad aplicables a toda
organización.

En el año 2002, la empresa conmemoró el
acumulado de los 8 millones de toneladas producidas desde el
año 1978. Aumentó su producción un 5,8%
sobre la producción del 2001 y una operatividad al 101,1%
de la capacidad instalada de la planta. El mayor logro alcanzado
por CVG VENALUM fue en el año 2004 alcanzando la cifra
récord de producción de 442.073,63 toneladas, hecho
que la consolida como empresa líder en la
producción de aluminio primario para Venezuela y el
mundo.

Desde su inauguración oficial, VENALUM se ha
convertido paulatinamente en uno de los pilares fundamentales de
la economía venezolana, siendo a su vez en su tipo, la
planta más grande de Latinoamérica, con una fuerza
laboral de 3.200 trabajadores aproximadamente y una de las
instalaciones más modernas del mundo; produciendo
anualmente 440.000 toneladas de aluminio primario por año.
Parte de este producto se integra al mercado nacional, mientras
un mayor porcentaje es destinado a la exportación, es
decir el 57% de la producción está destinado a los
mercados de los Estados Unidos, Europa y Japón,
colocándose el 43% restante en el mercado
nacional.

2.1 ESPACIO FÍSICO

La empresa cuenta con un área suficiente para su
infraestructura actual y para desarrollar aun más su
capacidad en el futuro (ver Tabla 2).

Tabla 2. Divisiones de la
Empresa

Fuente: Manual de Inducción de CVG
VENALUM

2.2 UBICACIÓN GEOGRÁFICA

CVG VENALUM está ubicada en la zona Industrial
Matanzas en Ciudad Guayana, urbe creada por decreto presidencial
el 2 de Julio de 1961 mediante fusión de Puerto Ordaz y
San Félix.

La escogencia de la zona de Guayana, como sede de la
gran industria del aluminio, no obedece a razones fortuitas, sino
a un plan bien desarrollado que consideró los aspectos
siguientes:

• El agua constituye el recurso básico por
  excelencia en la región guayanesa, regada por los
  ríos más caudalosos del país, como el
  Orinoco, Caroní, Paraguas y Cuyuní, entre
  otros.

• La navegación a través del Río
  Orinoco en barcos de gran calado en una distancia aproximada
  de 184 millas náuticas (314 Km.) hasta el Mar
  Caribe.

• La presa "Raúl Leoní" en Gurí,
  con una capacidad generadora de 10 millones de Kw., es una de
  las plantas hidroeléctricas de mayor potencia
  instalada en el mundo, y su energía es requerida por
  las empresas de Guayana, para la producción de acero,
  alúmina, aluminio, mineral de hierro y ferro
  silicio.

• En su desembocadura en el Océano
  Atlántico y el cual se utiliza como medio de
  transporte para la exportación del aluminio primario
  producido en la planta para el resto del mundo, y a la vez
  para la importación de materia prima requerida para la
  operación de la planta.

• La Empresa CVG BAUXILUM, cuyos terrenos son
  contiguos a los de VENALUM. Asegura el abastecimiento de
  alúmina a las empresas productoras de aluminio de
  ALCASA y VENALUM las cuales proyectan un requerimiento de
  1.180.000 toneladas para el próximo
  año.

2.3 DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA

La empresa CVG VENALUM se encarga de la
producción del aluminio, utilizando como materia prima
alúmina y electricidad, así como otros materiales
entre ellos la criolita y aditivos químicos (fluoruro de
calcio, litio y magnesio). Este proceso de producir aluminio se
realiza en celdas electrolíticas.

Dentro del proceso de producción de la planta
industrial, existen diferentes áreas que desempeñan
un papel fundamental en el funcionamiento de la misma, las cuales
son: Planta de Carbón, Planta de Colada, Planta de
Reducción e Instalaciones Auxiliares.

2.3.1 Sector Productivo

La industria del aluminio CVG VENALUM, es una empresa
del sector productivo secundario, ya que ésta se encarga
de transformar la alúmina (materia prima) en aluminio, el
cual es procesado en diferentes formas: cilindros, lingotes (22Kg
y 680Kg), etc., de acuerdo a los requerimientos de sus
clientes.

2.3.2 Tipo de Mercado

La estructura de mercado de esta industria es del tipo
Monopolio de Estado, por ser una de las dos industrias del
aluminio existentes en el país, las cuales no compiten
entre sí por pertenecer a la misma corporación. La
otra es CVG ALCASA que tradicionalmente ha atendido en mayor
grado el mercado nacional, a diferencia de CVG VENALUM que se ha
enfocado al mercado internacional; situación que ha venido
cambiando con las nuevas políticas de estado orientadas a
asistir a la industria nacional.

2.3.3 Misión

CVG VENALUM tiene por misión producir,
comercializar productos y servicios de la industria del aluminio
en forma eficiente y promover el desarrollo y el fortalecimiento
aguas abajo de la industria nacional del aluminio, maximizando
los beneficios para los trabajadores, accionistas, la
región y el país.

2.3.4 Visión

CVG VENALUM se posicionará como líder en
calidad, productividad y competitividad en la industria del
aluminio a nivel mundial y contribuirá en la
diversificación de la economía nacional, impulsando
el desarrollo de la cadena de transformación
doméstica apoyando sus procesos y generando así
empleo y riqueza para la nación.

2.3.5 Política de la Calidad

Calidad para CVG VENALUM significa producir y
comercializar aluminio así como prestar servicios
relacionados, que satisfagan los requisitos de los clientes,
mediante la participación de su personal y sus proveedores
en un sistema de gestión de la calidad que estimula el
mejoramiento continuo de sus procesos y productos.

2.3.6 Funciones

La Industria Venezolana del Aluminio, tiene como
principal función producir y comercializar aluminio
primario y sus derivados en forma rentable. Para cumplir con este
propósito CVG VENALUM se orienta hacia aquellos productos
y mercados que resulten estratégicamente atractivos. Es
una empresa dedicada a la excelencia, a los costos más
bajos posibles de la industria y participar en aquellos negocios
que ofrezcan las mayores posibilidades de crecimiento y utilidad.
Entre las funciones que conforman la industria del aluminio se
pueden mencionar:

• Producción: alcanzar el nivel óptimo
  de productividad, respondiendo a las exigencias del mercado
  bajo controles de calidad establecidos, asegurando las
  mejores condiciones de rentabilidad y seguridad, en
  concordancia con la capacidad instalada y de acuerdo a las
  exigencias de los mercados internacionales con
  relación a calidad, costo y oportunidad.

• Comercialización: optimizar la gestión
  de comercialización para elevar las ventas de la
  empresa y cumplir oportunamente con los requerimientos y
  necesidades del mercado.

• Tecnología: establecer y desarrollar la
  tecnología adecuada para alcanzar una
  producción eficiente, que aumente la competitividad de
  la industria del aluminio.

• Mercado y Ventas: maximizar los ingresos de la
  empresa mediante la venta de productos, cumpliendo
  oportunamente con los clientes, con la calidad requerida y a
  precios competitivos.

• Procura: garantizar la adquisición de materia
  prima, equipos, insumos y servicios en la calidad y
  oportunidad requerida a costos competitivos.

• Finanzas: mantener una adecuada estructura
  financiera que contribuya a mejorar la competitividad y el
  valor de la empresa.

• Organización: disponer de una óptima
  estructura organizativa de los sistemas de soportes que
  faciliten el cabal cumplimiento de los objetivos de la
  empresa.

• Recursos Humanos: disponer de un recurso humano
  competente, identificado con la organización de la
  empresa y asegurar que sea el más efectivo y
  especializado.

• Imagen: proyectar a CVG VENALUM como una empresa
  rentable, competitiva y vinculada con el desarrollo nacional
  y regional.

2.3.7 Estructura Organizativa General

La estructura organizativa de CVG VENALUM es de tipo
lineal y de asesoría, donde las líneas de autoridad
y responsabilidad se encuentran bien definidas, actualmente fue
reestructurada y aprobada por la Corporación Venezolana de
Guayana el 28 de Febrero del año 2002, debido a la
disolución de la Industria Aluminios de Venezuela.
Está constituida por gerencias administrativas y
operativas. (Ver figura 1)

Figura 1. Estructura Organizativa
General de CVG VENALUM.

Fuente: Manual de Organización
de CVG VENALUM

2.4 ÁREAS BÁSICAS DE LA
EMPRESA

2.4.1 Planta de Carbón

En la Planta de Carbón y sus instalaciones se
fabrican los ánodos a partir de una combinación de
coque de petróleo calcinado, cabos de ánodos
triturados, ánodos verdes y calcinados de desecho, que
hacen posible el proceso electrolítico. En el Área
de Molienda y Compactación se construyen los bloques de
ánodos verdes a partir de coque de petróleo,
alquitrán y remanentes de ánodos consumidos. Los
ánodos son cocidos en Hornos de Cocción, con la
finalidad de mejorar su dureza y conductividad eléctrica.
Luego el ánodo es acoplado a una barra conductora de
electricidad en la Sala de Envarillado. En Reacondicionamiento
Catódico se produce la mezcla de alquitrán y
antracita que sirve para revestir las celdas, que una vez
cumplida su vida útil, se limpian, se reparan y
reacondicionan con bloques de cátodos y pasta
catódica.

2.4.2 Planta de Reducción

En las celdas se lleva a cabo el proceso de
reducción electrolítica (Proceso Hall Heroult) que
hace posible la transformación de la alúmina en
aluminio primario, interactuando cinco (5) elementos
básicos que son:

• Electricidad: Por cada Kg. de aluminio producido se
  requieren aproximadamente 14,0 Kwh. de energía
  eléctrica.

• Alúmina: Oxido de aluminio obtenido a
  través del Proceso Bayer a partir de la bauxita en la
  empresa CVG BAUXILUM.

• Ánodo: Polo positivo en una celda
  electrolítica. A este polo se dirigen los iones
  negativos durante la reacción de
  electrólisis.

• Criolita: compuesto formado por fluoruro de aluminio
  y fluoruro de sodio; se emplea como medio
  electrolítico en la producción por
  electrólisis del aluminio.

• Aditivos: Sustancias que se añaden al
  baño electrolítico para modificar las
  propiedades físico-químicas del mismo, siendo
  afectadas positiva o negativamente, dependiendo del aditivo
  utilizado. Los principales aditivos son fluoruro de aluminio,
  fluoruro de calcio, fluoruro de litio y fluoruro de
  magnesio.

El proceso de reducción electrolítica
consiste en retirar el oxigeno de la alúmina disuelto en
un medio electrolítico y bajo los efectos de una corriente
eléctrica directa. El oxígeno se combina con el
carbón del ánodo y forma el dióxido de
carbono que se libera mientras que el aluminio se precipita en
forma líquida.

El área de Reducción está compuesta
por Complejo I, II, y Quinta (V) Línea para un total de
905 celdas, 720 de tecnología Americana Reynolds y 180 de
tecnología Noruega Hydro Aluminiun. Adicionalmente,
existen 5 celdas experimentales V-350, un proyecto desarrollado
por Ingenieros Venezolanos al servicio de la empresa. La
capacidad nominal de estas plantas es de 430.000
t/año.

2.4.3 Planta de Colada

La sala de colada es la encargada de producir los
lingotes y cilindros de aluminio que varían en forma,
tamaño y aleación según los requerimientos
del mercado. El aluminio líquido obtenido en las salas de
celdas es trasegado y trasladado en crisoles de 6 toneladas al
área de Colada, donde se elaboran los productos
terminados. El aluminio líquido se vierte en hornos de
retención y se le agregan, si es requerido por los
clientes, las aleaciones que necesitan algunos productos. Cada
horno de retención determina la colada de una forma
específica: lingotes de 10 Kg., lingotes de 22Kg, lingotes
de 680Kg, cilindros para extrusión (de 6 1/8, 7, 8 y 9
pulgadas y una longitud mínima de 248 pulgadas) y metal
liquido.

Instalaciones Auxiliares: Son aquellas
áreas que no forman parte del proceso productivo, pero son
indispensables para el buen funcionamiento de la planta. Entre
las instalaciones auxiliares se tienen:

• Mantenimiento: está formado por talleres y
  equipos utilizados que son indispensables para mantener en
  óptimo funcionamiento todas las máquinas,
  equipos e instalaciones de la empresa.

• Laboratorio: está formado por las
  instalaciones y equipos utilizados para el control del metal
  producido, materia prima, análisis de muestras,
  investigación y desarrollo de tecnologías
  aplicadas en las industrias del aluminio.

• Sala de Compresores: provee aire comprimido, gas,
  agua industrial y contra incendio, y tratamiento de aguas
  negras a las instalaciones de la planta, los cuales se
  utilizan para los procesos productivos de la
  misma.

• Muelle: el Terminal portuario de VENALUM en la parte
  operativa de doscientos diez metros (210 m), es utilizado
  para embarcar productos terminados para exportación,
  descargar materia prima básica y otros materiales
  necesarios en los procesos productivos de esta
  Empresa.

• Plantas de Tratamiento de Humos: se encargan del
  control ambiental y recuperación del fluoruro que sale
  de las celdas con el dióxido de carbono.

• Otras Instalaciones: éstas comprenden los
  patios de productos terminados y de materias primas, oficinas
  y servicios sociales, talleres y almacenes.

CAPÍTULO III

Marco
teórico

• ANTECEDENTES DE LA
  INVESTIGACIÓN

Valdés (2001) et al, presenta la
optimización de un generador de vapor (HRSG) de un ciclo
combinado de una turbina de gas. Se optimiza la
distribución del área de la caldera entre sus
distintos componentes mediante la técnica
propuesta.

Correas (2001), presenta una formulación
detallada del problema del diagnostico aplicada a sistemas
térmicos, propone un modelo de diagnostico para una
central de ciclo combinado, el tratamiento que se debe dar a los
datos y análisis de resultados.

En este documento se hace un recuento de la historia del
desarrollo del diagnostico y se comentan varios casos
teóricos utilizados como casos similares para el enfoque
del presente estudio.

Zhang et al (2006), presentan un método de
análisis de costo energético mejorado aplicado a
una central térmica de carbón pulverizado
localizada en Yiyang de la provincia Hunan (China). Concluye como
resultado que el costo específico irreversible es un mejor
indicador que el costo exergético unitario al representar
el desempeño productivo de un componente.

Giannantoni et al (2005), señala que en el
diseño de sistemas de conversión de energía
se deben considerar varios aspectos complejos que van desde las
consideraciones energéticas a las evaluaciones
económicas, beneficios sociales y requerimientos
ambientales. En el caso presentado (Cogeneración en
Torino, norte de Italia) se implementan los siguientes pasos en
forma secuencial: 1. Análisis energético
(conservación de masa y energía). 2.
Análisis termoeconómico (Proceso de
generación de costos). 3. Evaluación ambiental. 4.
Evaluación económica.

El vaor principal de estos trabajos consiste en la
aplicación práctica de la teoría de las
centrales termoeléctricas y las funciones de las
mismas.

• BASES TEÓRICAS

3.2.1 Centrales Termoeléctricas

Una central termoeléctrica es una
instalación que produce energía eléctrica a
partir de la combustión de carbón, fuel-oil o gas
en una caldera diseñada al efecto. 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 a la
caldera, en la que se provoca la combustión. Esta
última genera el vapor a partir del agua que circula por
una extensa 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, desde un generador que produce la
energía eléctrica; esta energía se
transporta mediante líneas de alta tensión a los
centros de consumo. Por otra parte, el vapor es enfriado en un
condensador y vertido otra vez en agua, que vuelve a los tubos de
la caldera, comenzando un nuevo ciclo.

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

Las torres de refrigeración son enormes cilindros
contraídos a media altura (hiperboloides), que emiten
constantemente, vapor de agua (que se forma durante el ciclo) no
contaminante, a la atmósfera. Para minimizar los efectos
contaminantes de la combustión sobre el entorno, la planta
dispone de una chimenea de gran altura (llegan a los 300 m) y de
unos precipitadores que retienen las cenizas y otros
volátiles de la combustión. Las cenizas se
recuperan para su aprovechamiento en procesos de metalurgia y en
el campo de la construcción, donde se mezclan con el
cemento.

3.2.2 Funcionamiento de una Central
Térmica

En las centrales térmicas convencionales, la
energía química ligada por el combustible
fósil (carbón, gas o fuel-oil) se transforma en
energía eléctrica. Se trata de un proceso de
refinado de energía. El esquema básico de
funcionamiento de todas las centrales térmicas
convencionales es prácticamente el mismo, independiente
del combustible que utilicen (carbón, fuel-oil o
gas)

Las únicas diferencias sustanciales consisten en
el distinto tratamiento previo que sufre el combustible antes de
ser inyectado en la caldera y el diseño de los quemadores
de la misma, que varían según el tipo de
combustible empleado.

3.2.3 Centrales Termoeléctricas
Clásicas o convencionales

Una central termoeléctrica o central
térmica es una instalación empleada para la
generación de energía eléctrica a partir de
la energía liberada en forma de calor, normalmente
mediante la combustión de combustibles fósiles como
petróleo, gas natural o carbón. Este calor es
empleado por un ciclo termodinámico convencional para
mover un alternador y producir energía eléctrica.
Este tipo de generación eléctrica es contaminante
pues libera dióxido de carbono.

3.2.4 Tipos de Centrales Termoeléctricas

Centrales termoeléctricas de ciclo clásico o
convencional

Se denominan centrales termoeléctricas clásicas
o convencionales aquellas centrales que producen energía
eléctrica a partir de la combustión de
carbón, fuel oil o gas en una caldera diseñada para
tal efecto. El apelativo de "clásicas" o "convencionales"
sirve para diferenciarlas de otros tipos de centrales
termoeléctricas (nucleares y solares, por ejemplo), las
cuales generan electricidad a partir de un ciclo
termodinámico, pero mediante fuentes energéticas
distintas de los combustibles fósiles empleados en la
producción de energía eléctrica desde hace
décadas y, sobre todo, con tecnologías diferentes y
mucho más recientes que las de las centrales
termoeléctricas clásicas.

Son consideradas las centrales más
económicas y rentables, por lo que su utilización
está muy extendida en el mundo económicamente
avanzado y en el mundo en vías de desarrollo, a pesar de
que estén siendo criticadas debido a su elevado impacto
medioambiental.

Centrales termoeléctricas de ciclo
combinado

En la actualidad se están construyendo numerosas
centrales termoeléctricas de las denominadas de ciclo
combinado, que son un tipo de central que utiliza gas natural,
gasóleo o incluso carbón preparado como combustible
para alimentar una turbina de gas. Luego los gases de escape de
la turbina de gas todavía tienen una elevada temperatura,
se utilizan para producir vapor que mueve una segunda turbina,
esta vez de vapor. Cada una de estas turbinas está
acoplada a su correspondiente alternador para generar la
electricidad como en una central termoeléctrica
clásica.

Normalmente durante el proceso de partida de estas
centrales, sólo funciona la turbina de gas, a este modo de
operación se le llama ciclo abierto. Si bien la
mayoría de las centrales de este tipo pueden intercambiar
el combustible (entre gas y diésel) incluso en
funcionamiento. Como la diferencia de temperaturas que se produce
entre la combustión y los gases de escape es más
alta que en el caso de una turbina de gas o una de vapor, se
consiguen rendimientos muy superiores, del orden del
55%.

3.2.5 Fuente de energía utilizada y sus
características

Estas plantas, generan energía eléctrica a
partir de la combustión de carbón, fuel-oil o gas
en una caldera diseñada al efecto y emplean la tradicional
turbina de vapor y una turbina de gas que aprovecha la
energía de los gases de escape de la combustión.
Con ello se consiguen rendimientos termoeléctricos del
orden del 55%, muy superior al de las plantas convencionales. La
ventaja que tiene el gas como sustituto del carbón es que
elimina los parques de almacenamiento, las instalaciones de
secado y molienda, la evacuación de escorias; aumenta la
vida de las calderas por la ausencia de incrustaciones y
corrosiones y facilita considerablemente el control de la
combustión. Cuando sustituye al fuel oil permite suprimir
los depósitos de almacenamiento, las instalaciones de
bombeo, el consumo de vapor para el calentamiento de
depósitos, tuberías e inyección en los
mecheros de combustión.

El vapor se bombea a alta presión a través
de la caldera, a fin de obtener el mayor rendimiento posible.
Gracias a esta presión en los tubos de caldera, el vapor
de agua puede llegar alcanzar temperaturas de hasta 600 ºC
(vapor recalentado).

Este vapor entra a gran presión en la turbina a
través de un sistema de tuberías. La turbina consta
de tres cuerpos; de alta, media y baja presión
respectivamente. El objetivo de esta triple disposición es
aprovechar al máximo la fuerza del vapor, ya que este va
perdiendo presión progresivamente. Así pues, el
vapor agua a presión hace girar la turbina, generando
energía mecánica. Hemos conseguido transformar la
energía térmica en energía mecánica
de rotación.

La energía mecánica de rotación que
lleva el eje de la turbina es transformada a su vez en
energía eléctrica por medio de un generador
asincrónico acoplado a la turbina.

3.2.6 Ventajas de Centrales
Térmicas

Las centrales térmicas presentan las siguientes
ventajas:

• El tiempo de construcción de una central
  térmica es considerablemente menor que el de una
  central hidroeléctrica.

• Las centrales térmicas al no necesitar
  cantidades considerables de agua, provoca que estas no
  dependan del clima, es decir que ellas logran hacer
  determinística una variable que antes era
  aleatoria.

• Los costos de inversión son menores que en
  las centrales hidroeléctricas, lo que favorece su
  construcción y entrada en funcionamiento.

• La facilidad de transporte de combustible
  orgánico desde el lugar de su extracción hasta
  la central térmica.

• Al progreso técnico en las centrales
  térmicas que permitió diseñar grandes
  unidades generadoras(grandes módulos) con mejores
  rendimientos que las unidades pequeñas o
  medianas.

• La posibilidad de utilizar el vapor de
  extracción de la turbina para introducirlo en el
  proceso productivo de una industria, o bien a una red de
  energía calórica en ciudades de zonas muy
  frías.

3.2.7 Desventajas de Centrales
Térmicas

• El uso de combustibles fósiles genera
  emisiones de gases de efecto invernadero y de lluvia
  ácida a la atmósfera, junto a partículas
  volantes (en el caso del carbón) que pueden contener
  metales pesados.

• Al ser los combustibles fósiles una fuente de
  energía finita, su uso está limitado a la
  duración de las reservas y/o su rentabilidad
  económica. Sus emisiones térmicas y de vapor
  pueden alterar el microclima local.

• Afectan negativamente a los ecosistemas fluviales
  debido a los vertidos de agua caliente en estos.

• Su rendimiento (en muchos casos) es nulo (comparado
  con el rendimiento ideal), a pesar de haberse realizado
  grandes mejoras en la eficiencia (un 90-91% de la
  energía liberada en la combustión se convierte
  en electricidad, de media).