Design of a turbogenerator for Gases del Caribe

Abstract

El presente proyecto consiste en el diseño de un sistema turbo-expansor de gas para la producción de energía por medio del diferencial de presión del fluido de trabajo (gas natural), que se ubicará en una estación remota de la empresa Gases del Caribe. Actualmente la estación de gas tiene distintos sistemas de monitoreo tal como la RTU (Unidad Terminal Remota) incluyendo sus sensores y controladores, que necesitan de energía eléctrica para funcionar, pero su ubicación no tiene fácil acceso a la energía eléctrica local. Además, el gas natural debe ser comprimido para su transporte, pero al llegar a las estaciones debe expandirse para bajar su presión hasta la adecuada para su distribución, generalmente esto se hace con válvulas de expansión, pero la energía liberada de esta forma no puede usarse y se pierde. Es por ello, por lo que el objetivo principal de este proyecto es proveer energía a la unidad de adquisición de datos y transmisión de señales y datos mediante baterías que serán cargadas constantemente por el sistema turbo-expansión, conformado por una turbina y un generador eléctrico, se pretende diseñar a escalas no convencionales que, al compararlo con los homólogos existentes la relación de tamaños y capacidades, clasificarían a éste en escala micro. Para ello, se indagó acerca de turbo-expansores y sistemas turbogeneradores en artículos, libros, base de datos de patentes y en el mercado. Luego, se identificaron las expectativas del cliente y las especificaciones de ingeniería. Después se generaron tres posibles alternativas que cumpliesen con las especificaciones y se realizaron sus respectivos planos y diagramas de flujo. Con ayuda del material indagado y las especificaciones, se determinaron criterios ingenieriles de elección que permitieron escoger la mejor alternativa. Finalmente, por medio de los cálculos realizados en el desarrollo del proyecto y por medio de las alternativas desarrolladas, se comprobó que se cumplen los valores metas propuestos..

The present project consists of the design of a turbo-expander gas system for the production of energy by means of the pressure differential of the working fluid (natural gas), which will be located in a remote station of the company Gases del Caribe. Currently the gas station has different monitoring systems such as the RTU (Remote Terminal Unit) including its sensors and controllers, which need electrical power to operate, but its location does not have easy access to local electric power. In addition, natural gas must be compressed for transport, but when it reaches the stations it must expand to lower its pressure to the proper distribution, this is usually done with expansion valves, but the energy released in this way can not be used. and it is lost. That is why, the main objective of this project is to provide power to the unit of data acquisition and transmission of signals and data by batteries that will be constantly charged by the turbo-expansion system, consisting of a turbine and an electric generator , it is intended to design at unconventional scales that, when compared with the existing counterparts, the ratio of sizes and capacities, would classify it on a micro scale. To do this, it inquired about turbo-expanders and turbogenerator systems in articles, books, patent database and in the market. Then, customer expectations and engineering specifications were identified. After three possible alternatives were generated that met the specifications and their respective plans and flow diagrams were made. With the help of the researched material and the specifications, engineering criteria of choice were determined that allowed to choose the best alternative. Finally, through the calculations made in the development of the project and through the alternatives developed, it was verified that the proposed goals values ​​are met.