Irakasgaiaren azalpena eta testuingurua

"Zentral Termoelektrikoak" irakasgaian, gaur egungo gizartean elektrizitatearen sorrera testuinguruan jartzen da eta ikaslea elektrizitate sorkuntzaren arloan ikuspegi profesional baterako prestatzen da. Zentral termoelektrikoen funtsezko alderdi termodinamikoak deskribatzen dira, eta Rankine eta/edo Brayton zikloen erabilpenean oinarritutako zentralen diseinu irizpideak sakontzen dira.



Ikasgaiak Ziklo Konbinatuko Zentralen eta Zentral Termiko Konbentzional zein Berriztagarrien ekipoen alderdi teknologikoak sakontzen ditu: Gas Turbinak, Berreskuratze Galdarak, Lurrun Turbinak, Sistema Laguntzaileak, Galdara Konbentzionalak eta Biomasa Galdarak. Ekipamenduen diseinu irizpideak aztertzen dira eta baldintza errealetan nola funtzionatzen duten aztertzen dira.



Industri Ingeniaritzako Masterrean irakasten den irakasgai hau Ingeniaritza Termoenergetikoaren espezialitatearen baitan aukeratu daitekeen 6 kredituko irakasgaia da. Irakasgai honetarako, ikasleek Industria Teknologiaren Ingeniaritzako Graduan Termodinamika, Jariakinen Mekanika, Bero Transmisioa eta Ingeniaritza Termikoan oinarri sendoak jaso dituztela jotzen da. Era berean, ikasleak masterreko beste irakasgai hauen ikaskuntza-emaitzak lortu dituela suposatzen du: Motor eta Instalazio Termikoak, Turbomakinetan Oinarritutako Motor Termikoak eta Termoekonomia. Gai hau horizontalki koordinatzen da Kogenerazio Plantak Masterreko irakasgaiarekin.

Irakasgaia ikastean lortuko diren emaitzak

IE1: Zentral termiko konbentzionalen, berriztagarrien eta ziklo konbinatu zentralen txostenak, aurreproiektuak, proiektuak eta auditoriak egitea.



IE2: Kalitatea eta segurtasuna bermatuz, instalazio termoelektrikoak operatzea.



IE3: Zentral termoelektrikoen funtzionamendu normalean sortutako gertakariak ebaztea.



IE4: Lortutako ezagutzak erabiliz, zentral termoelektrikoen zatiak diseinatu eta hauen ondorengo funtzionamendua aztertzea.



IE5: Txosten, aurre-proiektu, proiektu eta auditorien ondorioak aurkeztea eta defendatzea, egitura logiko egokia eta hizkuntza egokituz publiko espezializatu eta ez espezializatuak direnentzat.



IE6: Instalazio termoelektrikoa osatzen duten ekipo nagusien egoerari buruzko txosten teknikoak prestatzea.



IE7: Zentral termoelektriko bateko ekipo nagusien funtsezko mantentze-parametroak ezagutzea.



IE8: Taldeko lanean aktiboki eta positiboki lankidetzan aritzeko gaitasunak erakustea.

Ohiko deialdia: orientazioak eta uko egitea

LAN PRAKTIKOAK ETA AZALPENAK: ebaluatuko den mintegi bakoitzak azken kalifikazioaren %6,25-a suposatuko du. Mintegi bakoitzeko 6,25 puntuetatik 5 puntu, ikasleek garatutako EES modeloarekin lortutako optimizazio mailari dagozkio. Mintegi bakoitzeko beste 1,25 puntuak ikasle talde bakoitzak mintegi bakoitzean egiten duen aurkezpenari dagozkio, EES modeloaren emaitzen inguruan. Mintegiak honela antolatuko dira:



- S1, S2 eta S3 (3 h bakoitzean): mintegi bakoitzeko lehenengo orduan, talde bakoitzak bere modeloa eta emaitzak aurkeztu eta aztertuko ditu. Bigarren orduan irakasleak egiazko kasuaren emaitzak erakutsiko dizkie eta haiekin eztabaidatuko du lehen orduan aurkeztutako modeloen balizko hobekuntzak. Ikasleek hirugarren ordua izango dute modeloa hobetzeko irakaslearen laguntzarekin. Mintegia bukatuta, ikasleek bost egun izango dituzte emaitza hobeak eta EES-an garatutako modeloa eGela-ra igotzeko.



- S4 (6 h): Mintegiaren lehen orduan talde bakoitzak bere modeloa eta emaitzak aurkeztu eta aztertuko ditu. Bigarren eta hirugarren orduetan, irakasleak Off-design baldintza desberdinetan funtzionatzen duen ziklo konbinatu errealaren emaitzak aurkeztuko ditu eta lehen orduan aurkeztutako modeloetan egin daitezkeen hobekuntzak eztabaidatuko ditu. Ikasleek hiru ordu presentzial izango dituzte irakaslearen laguntzarekin modeloa hobetzeko. Hiru ordu horiek bukatuta, ikasleek bost egun izango dituzte emaitza hobeak eta garatutako EES modeloa eGela-ra igotzeko.



IDATZIZKO AZTERKETA: Idatzizko azterketa azken kalifikazioaren %75-a izango da.





AZKEN NOTA:



IDATZIZKO AZTERKETA (75%) + LAN PRAKTIKOAK (20%) + AZALPENAK (5%)





BALDINTZAK:



- BETEBEHAR MINIMOA: Irakasgaia gainditzeko, idatzizko proban %50-ko gutxiengo nota lortu beharko da. Gutxiengo nota ez bada lortzen aktetan idatzizko azterketako nota agertuko da, mintegietako notak batu gabe.



- JAI EGUNAK: Jai egunak direla eta, ebaluatu beharreko mintegiren bat egiten ez bada, mintegietako noten banaketa proportzionala egingo litzateke. Horrela, dagokion pisua izango luke azken notan.



- UKO EGITEA: Uko egiten duten ikasleek aurkezteke kalifikazioa jasoko dute. Uko egiteko nahikoa da idatzizko probara ez aurkeztea.



- AZKEN EBALUAZIOA: Azken-ebaluaketa metodoa erabili nahi duen pertsonak, etengabeko ebaluazioari uko eginez, ikasgaiaren koordinatzaileari idatziz jakin arazi beharko dio irakaskuntza epea hasten denetik 6 aste igaro baino lehen. Sistema honetan idatzizko probaren formatua ohiko deialdiaren berdina da, betebehar minimoa mantenduz. Etengabeko ebaluazioaren zatia, gas turbina Off-design egoeran lanean dagoenenean ziklo konbinatuko zentral bateko lurrun zikloa simulatzeko gai den EES programa bat egitean datza (azken kalifikazioaren %25). Programaren entrega eguna irakasleak erabakiko du.

Ezohiko deialdia: orientazioak eta uko egitea

Ezohiko deialdiko baldintzak, deialdi arruntekoaren berdinak dira, baina ezohiko deialdian azterketa idatzia baino ez dago. Azken kalifikazioa lortzeko, azterketa idatzian lortutako kalifikazioari lau mintegietan lortutako kalifikazioa gehitzen zaie. Lau mintegietako notak ikasturtean gordeko dira, baina inolaz ere ez hurrengo ikasturteetarako.



Ikasleren batek etengabeko ebaluazio zatia gainditzen ez badu (lau mintegiko nota konbinatuan %50 baino gutxiago) eta zati hori errepikatu nahi badu, irakasgaiaren koordinatzailearekin harremanetan jarri beharko da gutxienez ezohiko deialdiaren azterketa idatziaren data baino astebete lehenago. Horrelakoetan, etengabeko ebaluazioaren zatia, gas turbina Off-design egoeran lanean dagoenenean ziklo konbinatuko zentral bateko lurrun zikloa simulatzeko gai den EES programa bat egitean datza (azken kalifikazioaren %25). Programaren entrega eguna irakasleak erabakiko du.



- UKO EGITEA: Uko egiten duten ikasleek aurkezteke kalifikazioa jasoko dute. Uko egiteko nahikoa da idatzizko probara ez aurkeztea.

Irakasgai-zerrenda

Programaren egitura eta edukia jarraian zehazten dira:



1. Gaia. Sarrera. Sorkuntza termoelektrikoaren teknologiak. Ziklo konbinatuko zentralak. Zentralen oinarrizko deskribapena. Zentralak gauzatzeko justifikazioa. Rankine zikloko zentralak. Rankine zikloko zentralen oinarrizko deskribapena. Rankine zikloko zentralak gauzatzeko justifikazioa.



2. Gaia. Kontzeptu termodinamikoen aplikazioa Rankine zikloko zentraletan. Oinarri termodinamikoak. Rankine Zikloaren hobekuntzak. Erregai motak. Konfigurazio industrialak. Errendimendu globalaren eta ekipo nagusien banakako errendimenduaren kalkulua. Ezarpena. Prestazioak. Ingurumen-inpaktua.



3. Gaia. Lurrun sorgailuak. Sailkapena eta ezaugarriak. Oinarri termodinamikoak. Errendimenduaren kalkulua. Kontuan hartu beharreko hobekuntzak. Erregailudun galdarak. Berreskuratze galdarak. Erregai solidoen galdarak. Parrila galdarak. Ohe-fluidozko galdarak.



4. Gaia. Lurrun-turbinak. Oinarriak eta motak. Aplikazioak. Fabrikatzaileak. Arautzea. Operazio eta mantentzea.



5. Gaia. Gas-turbinak. Oinarriak eta motak. Aplikazioak. Fabrikatzaileak. Arautzea. Operazio eta mantentzea.



6. Gaia. Ziklo konbinatuko zentralak. Sarrera. Oinarri termodinamikoak. Konfigurazio industrialak. Ekipamendu nagusi bakoitzaren azterketa energetikoa. Errendimendu elektrikoaren kalkulua. Ezarpena. Azterketa ekonomikoa. Ingurumen-inpaktua.



7. Gaia. Biomasaren zentral termikoak. Sarrera. Gaur egungo egoera. Oinarriak eta motak. Biomasaren kudeaketa. Berezko kudeaketa arazoak. Potentzia irla. Azterketa ekonomikoa. Operazio eta mantentzea. Abantailak eta desabantailak.



8. Gaia. Eguzki Zentral Termikoak. Motak. Mota bakoitzaren abantailak eta desabantailak. Eguzki-eremua. Potentzia irla. Ekipo nagusien deskribapena eta dimentsionamendua. Azterketa ekonomikoa.



9. Gaia. Rankine Ziklo Organikoak. Deskribapena. Aplikazio industrialak. Abantailak eta desabantailak. Azterketa ekonomikoa.



10. Gaia. Zentral bateko sistemak. Zentral bateko sistema osagarriak. Hozte sistema. Erregai sistema. Hoditeria. Sistema elektrikoak. Kontrol sistemak.



11. Gaia. Zentral termoelektriko baten proiektu osoaren kudeaketa. Proiektuaren antolaketa eta faseak. Baimenak. Ingeniaritzako dokumentazioa. Bete beharreko legeria. Kronograma. Azterketa ekonomikoa.



12. Gaia. Zentral termoelektrikoen operazio eta mantentzea.



Eduki hauek irakasteko metodologia hauek erabiliko dira:



M (Magistrala) + GA (Gelako praktikak): Magistraletarako aurkezpenak erabiliko dira eta gai bakoitzari egokitutako problemak tartekatuko dira. Ikasleek oharrak hartu beharko dituzte eta problemak ebazten direnean, ausaz galdetuko zaie eurek nola gauzatuko lituzketen problemen parte jakin batzuk.



S (Mintegiak): 3-4 ikasleko taldeetan, ebaluatuak izango diren 4 mintegi gauzatuko dira. Lau mintegi hauetan, EES (Engineering Equation Solver) softwarea erabiliz, benetako ziklo konbinatuko zentral bat modelatzen saiatuko dira ikasleak era honetan:



- S1 (3 h): "Gas Turbinak" gaiari lotuta. Mintegia baino bi aste lehenago, ikasleei ziklo konbinatu batean funtzionatzen duen gas turbina erreal baten inguruko zehaztapenak banatuko zaizkie. Talde bakoitzak Gas Turbina modelatu behar du funtzionamendu puntu nominalean eta sortutako potentzia elektrikoa eta ihes-keen osaera eta tenperatura balioetsi beharko ditu.



- S2 (3 h): "Berreskuratze galdarak (HRSG) eta Lurrun Turbinak" gaiekin lotuta. Mintegia baino bi aste lehenago, ikasleei S1 mintegian modelizatutako gas turbina daraman ziklo konbinatuan funtzionatzen duten lurrun turbina eta HRSG errealen zehaztapenak banatuko zaizkie. Talde bakoitzak HRSG-a eta Lurrun Turbina modelatu beharko dituzte bere funtzionamendu puntu nominalean eta sortutako energia elektrikoa kalkulatu, sortutako lurrun emariak kalkulatu eta HRSG-ko Tenperatura - Potentzia diagrama marraztu beharko ditu.



- S3 (3 h): "Berreskuratze galdarak (HRSG) eta Lurrun Turbinak" gaiekin lotuta. S2 mintegiko EES modeloa erabiliz, talde bakoitzak HRSG eta Lurrun Turbina modeloak beren funtzionamendu puntu nominalean optimizatu beharko dituzte lurrunaren zikloaren errendimendu termikoa maximizatzeko. Optimizatutako errendimendua EES-ak dituen optimizatzeko tresnak erabiliz kalkulatuko da eta HRSG-ko Tenperatura - Potentzia diagrama marraztuko da.



- S4 (6 h): "Berreskuratze galdarak (HRSG) eta Lurrun Turbinak" gaiekin lotuta. S3 mintegiko EES modeloa erabiliz, talde bakoitzak ziklo optimizatua diseinuz kanpoko baldintzetan (Off-design) lan egiten jarri beharko du. Talde bakoitzak Off-design kasu desberdin bat aztertuko du eta zentralaren errendimendu termikoa, sortutako energia elektrikoa, HRSG-ko sarrerako ke-emaria, presio altuko turbinaren sarreran lurrunaren emaria eta HRSG-ren Tenperatura - Potentzia diagrama marraztuko ditu.

Bibliografia

Nahitaez erabili beharreko materiala

- Ikasturtean zehar eGela plataforma birtualean argitaratuko diren materialak (Klase magistraletan erabiliko diren aurkezpenak, enuntziatuak, Taula eta Diagrama termodinamikoak, praktiken gidoiak, etab.).







- Sabugal García, S., Gómez Moñux, F., Centrales termoeléctricas de ciclo combinado, teoría y proyecto, Editorial Diaz de Santos, 2006.

Oinarrizko bibliografia

- Rolf Kehlhofer, Bert Rukes, Frank Hahnemann, Franz Stirnimann, Combined-Cycle Gas & Steam Turbine Power Plants, Pennwell Books, 2009.



- Meherwan P. Boyce, Gas Turbine Engineering Handbook, Gulf Professional Publishing, 2017



- Meherwan P. Boyce, Handbook for Cogeneration and Combined Cycle Power Plants, American Society of Mechanical Engineers,U.S., 2010

Gehiago sakontzeko bibliografia

- Gregory L. Tomei (Ed.), STEAM its generation and use, The Babcock & Wilcox Company, 42nd edition.







- Japikse, David, Introduction to Turbomachinery, Concepts Eti, 1994

Aldizkariak

- Gas Turbine World







- Energy Conversion and Management, Elsevier.







- Applied Thermal Engineering, Elsevier.

Estekak

- https://www.asme.org/