Clase i Cte Con Turbinas a Contrapresión

U.C.V. ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA ELÉCTRICA

CURSO: CENTRALES DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA

Docente: Mg Raúl Paredes Rosario [email protected]

CLASE NR. 1: CENTRAL TERMOELECTRICA CON VAPOR Y TURBINAS DE CONTRAPRESION

Son CTE de Cogeneración, es decir generan energía eléctrica y calor útil (contenido en el vapor

de escape de la turbina) el que se aprovecha en un proceso ya sea industrial o para el calentamiento de

un fluido para uso domiciliario, en calentamiento de agua para los períodos de invierno.

En este caso, la turbina de contrapresión trabajan evacuando vapor a una presión diseñada para el

buen trabajo de los intercambiadores de calor. El vapor que producen las calderas es del tipo

sobrecalentado.

El vapor de escape de las turbinas se encuentra en un estado de sobrecalentamiento (de 30 a

50ºC), por lo que, para mejorar su utilización, es llevado al estado de saturación

Calor útil: es la cantidad de calor aprovechada por el sistema de condensación de la CTE, del calor

contenido en el vapor de escape de la turbina desde el estado de saturación hasta el de líquido saturado

en el cual abandona el condensador, para ser enviado al sistema de Preparación de Agua de la CTE

DESGASIFICADOR

DE AGUA

VENTILADOR

DE TIRO

FORZADO

VENTILADOR DE TIRO

INDUCIDO

BOMBA

COMBUSTIBLE

LIQUIDO

GENERADOR

ELECTRICO

SOBRECALENTADOR

DE VAPOR

TRATAMIENTO

CONTRA DUREZA

GASES RESIDUALES

DE COMBUSTION

SATURADOR VAPOR

BAJA PRESION

SALIDA FLUIDO

CALIENTESISTEMA

EVACUACION

DEL CONDENSADO

ENTRADA

FLUIDO FRIO

SISTEMA REDUCCION

PRESION VAPOR A PROCESOSTURBINA

DE

VAPOR A

CONTRAPRESION

CTE A VAPOR EN CICLO HIRN CON TURBINA DE CONTRAPRESION

SISTEMA

PURGA

SOLIDOS

EN AGUA

CONDENSADOR

INDUSTRIAL

TRANSF

ELEVADOR

EE

AL SEIN

EE

AL S. I.

BOMBEO A ALTA PRESION

Preparado por: Ing. Raúl Paredes Rosario

Figura 1: CTE a vapor con turbinas de contrapresión – CTE con Cogeneración de energía

El objetivo de analizar una central termoeléctrica es el de realizar:

Cálculo del balance de masa y de energía,

Cálculo de sus rendimientos,

Cálculo del consumo de combustible,

Determinación del consumo de agua de alimentación,

Definir su capacidad de generación de energía eléctrica,

Cálculo del consumo de agua de refrigeración,

Cálculo del costo de producción de energía eléctrica




Análisis energético de la CTE en ciclo Hirn con turbina de Contrapresión

Siguiendo la figura anterior.

a. – Balance de la caldera de vapor.

Se utilizará el método simplificado, en la clase correspondiente se hará el cálculo detallado

Ecuación del balance en la caldera:

Refleja que la cantidad de calor aprovechado de la combustión del combustible es tomada por el agua de

alimentación para convertirse en vapor, en este caso sobrecalentado

Cble vCaldera v am * P.C.I. * m * h h

Cblem

Flujo másico del combustible, kg/h

P.C.I. = Poder calorífico Inferior del com,bustible, en kJ/kg

Caldera Rendimiento de la Caldera, engloba todas las pérdidas de calor

vm

Flujo másico del agua de alimentación, en estado estable es igual al flujo másico de vapor producido,

en kg/h

vh Entalpía del vapor producido, en kJ/kg

ah Entalpía del agua de alimentación a la caldera, en kJ/kg

b. – Balance de la Turbina de vapor

vEje v1 v2Turbina

P m * h h kw

El flujo de vapor, en kg/s, las entalpías en kJ/kg, resultando la potencia en kw

GE Eje mec GETurbina

P P * * (kw)

Flujo Vapor Sobrecalentado En alta presión

Flujo Vapor Sobrecalentado v2h

En Baja Presión

Potencia En eje

Turbina

Potencia En Bornes

Del Generador Eléctrica

GE

mecan Turbina

v1h

CALDERA

DE VAPOR

DE AGUA

Flujo de combustible

Flujo de Agua de alimentación

Flujo de Vapor sobrecalentado

Gases de escape

Pérdidas Térmicas




KT

S

2

4

1

3

3'

56

7

DIAGRAMA T-S DEL CICLO HIRN PARA CTE A VAPOR CON TURBINA A

CONTRAPRESION

S3 =S5

Consumo específico de vapor de la Turbina:

Expresa la cantidad de vapor (Kg.) necesaria para producir un kw-h medido en bornes del generador

eléctrico. También expresa la cantidad de calor contenida en el vapor necesario para producir un kw-h

en el eje del generador eléctrico

Representa un parámetro característico de la turbina y debe ser tenido en cuenta al seleccionar y operar

una turbina de vapor

sv3 v5 is mec GE v3 v3' mec GE

1 1 kg VaporC

h h * * * h h * * kJ

sv3 v5 is mec GE v3 v3' mec GE

3,600 3,600 kg.VaporC

h h * * * h h * * kw h

sC Consumo específico de vapor (kg vapor / kw-h )

v3h Entalpía del vapor sobrecalentado que ingresa a la turbina, kJ/kg

v3 'h Entalpía del vapor sobrecalentado que sale de la turbina, kJ/kg

5h Entalpía del vapor a la salida de la turbina (en el caso ideal), kJ/kg

is Rendimiento isentrópico de la turbina

mec Rendimiento mecánico, entre turbina y generador

GE Rendimiento del Generador eléctrico

Rendimiento isentrópico en turbina

Con las notaciones del diagrama:

3 3'is

3 5

h hCaida Real de Entalpia

Caida Ideal de Entalpia h h

3h Entalpía especifica del vapor a la entrada a la turbina, kJ/kg

'3h Entalpía específica del vapor a la salida de la turbina (distensión real del vapor), kJ/kg

5h Entalpía específica del vapor a la salida de la turbina (distensión ideal del vapor), kJ/kg

Flujo De Vapor Demandado Por La Turbina:

v s

kg.Vapor kgm P kw * C

kw h h

P kw Es la potencia medida en bornes del generador eléctrico

s

kJC

kg

Es el consumo específico de vapor de la turbina, kJ/kg




a. – Balance de energía y masa en el saturador de Vapor

El proceso de saturación del vapor de escape de la turbina de contrapresión se realiza a presión

constante. Es un proceso de mezcla.

Saturador

Agua

Vapor

Sobrecalentado

Vapor

Saturado

0-

100

deg

mV

10-

50PLC

TT

IP

VA

Convertidor

Figura 12: Saturación del vapor de escape con control automático de temperatura

En este caso, se necesitan dos ecuaciones.

a) Balance de masa: vapor agua VaporSobrecal Saturado

m m m

, en kg/s; kg/h

b) Balance de energía térmica: Vapor Agua VaporSobrecal Saturacion Saturado

Q Q Q

, en kJ/h, o en kw

Vapor Agua VaporVapor Agua VaporSobrecal Saturacion SaturadoSobrecal Saturacion Saturado

m * h m * h m * h

, en kJ/h o en kw

Normalmente en este proceso se tiene dos incógnitas, por eso se hace uso de las dos ecuaciones, se

introduce la ecuación de conservación del flujo másico en la del flujo térmico y se proceso, quedando

solamente una variable, que puede ser un flujo, una entalpía, por ejemplo.

D. – Balance En El Condensador

En este tipo de CTE, el vapor de escape de la turbina, que ha sido saturado, es utilizado en un sistema

térmico industrial, para aprovechar su calor útil, que representa entre el 70 a 75% del calor contenido en

el vapor al ingresar a la caldera. El sistema térmico indusrtrial está compuesto por calentadores sin

mezcla, con mezcla, evaporadores a presión y es el condensador para el vapor de escape de la turbina

'pVapor FluidoVapor Liquido I.C. Agua Agua

Saturado IndustrialSaturado Saturado Entrada Salida

m * h'' h * m * c * T T

p

kJc

kg * C

Es el calor específico medio del fluido industrial

Los flujos de la ecuación se dan en kg/h, o kg/s

Las temperaturas se dan en ºC

Las entalpías son las específicas (kJ/kg)

Rendimiento térmico teórico de la turbina de vapor

eje Vapor SalidaT Salidat

Vapor _EntradaT T

hP kw Q Q1

hQ Q

Rendimiento exergético de la turbina de vapor

ejeEx

Entrada

P kw

E

CONDENSADOR INDUSTRIAL

Vapor Saturado de baja Presión

Condensado del Vapor de baja Presión

Entrada Fluido Industrial

Salida Fluido Industrial




PROBLEMAS RESUELTOS DE CTE A VAPOR CON TURBINAS A CONTRAPRESION

1. – Una central termoeléctrica con cogeneración y turbinas de contrapresión tiene una potencia en

bornes del alternador de 10500 kw. La turbina recibe vapor de 40 bar y 470 ºC y la condensación se hace

a la temperatura de 375 K en un intercambiador de calor que sirve para calentar el agua que circula en

una red de termoficación. A la salida de la turbina el vapor tiene 3 bar. y 210 ºC.

Determinar:

a. – el ciclo de funcionamiento de la instalación en el diagrama h – s

b. – el consumo específico de vapor de la central, si el rendimiento mecánico es m 0.97 y el

rendimiento del generador eléctrico es ge 0.98

c. – El calor suministrado a la red de termoficación

d. – El rendimiento de la turbina de vapor

SOLUCION

a. – diagrama h - s del proceso:

b. - Consumo específico de vapor de la turbina:

h4 = 3377.24 kJ/kg (a 40 bar y 470 ºC)

h5p = 2886.39 kJ/kg

s4 5p m ge

1 1 kgd 0.002143

kJ3377.24 2886.39 * 0.97* 0.98h h * *

c. – Cálculo del calor suministrado a la red de termoficación:

r s 5pQ P*d * h h1

;

h1 = entalpia del líquido saturado, a 3 bar: 561,427 kJ/kg

3r s 5pQ P *d * h h1 10500 *2.143*10 * 2886.39 561.427 52,315.15kw

d. – Rendimiento de la turbina:

v s

kg.Vapor kgm P kw *C

kw h h

vkJ kg kg

m 10,500 *0.00214 22.47s kJ s

Calor total en el vapor que entra a la turbina:

v 4

kg kJQT turbina m *h 22.47 *3,377.24 75,886.60kw

s kg

uTurbina

T turbina

P 10,500*100 13.84%

Q 75,886.60

1

2

K

3

5p

X = 1

s

h

0

4




2. – Una central termoeléctrica con cogeneración equipada con turbinas de contrapresión tiene una

potencia de 7,500 kw. La alimentación de la turbina se hace con vapor sobrecalentado con entalpía de

3,500 kJ/kg, y la condensación se hace a la temperatura de 380 K en un intercambiador de calor que sirve

para calentar el agua que circula en una red de termoficación.

A la salida de la turbina el vapor tiene la entalpía de 3,000 kJ/kg. Determinar:

a. – el ciclo de funcionamiento de la instalación en el diagrama h – s

b. – el consumo específico de vapor de la central, si el rendimiento mecánico es m 0.97 y el

rendimiento del generador eléctrico es ge 0.98

c. – El consumo de combustible con PCI = 16,000 kJ/kg y el rendimiento de la combustión es

combustión 0.82

d. – El calor suministrado a la red de termoficación.

e. – El rendimiento de la instalación.

SOLUCION

b. -

3s

4 5p m ge

1 1 kgd 2.11*10

3,500 3,000 * 0.97 * 0.98 kJh h * *

c. - 3

s 4 1P * d * h h 7,500 * 2.11*10 * 3,500 448 kgB 3.68

PCI* c 16,000 * 0.82 s

16 tCº107273380273Tt 1 p 1

J kJh c * t 4,186.80 *107 478,000 448

kg kg

d. - 3r s 5p 1Q P * d * h h 7,500 * 2.11*10 * 3,000 448 40,400kw

e. - rP Q 7,500 40,400

0.813B * PCI 3.68 *16,000

1

2

K

3

5p

X = 1

s

h

0

4




3. Una caldera de vapor de agua produce un flujo de 30,000 kg /h vapor con los parámetros: p = 40 bar,

T = 450°C. La temperatura del agua de alimentación es de 80 ºC y su presión 50 bar. La caldera alimenta

a una turbina con vapor el cual se distiende hasta la presión de p = 3 bar y 200 °C, luego es saturado

para su utilización en un condensador de superficie.

a) representar el proceso en el diagrama T – S. Definir el tipo de ciclo

b) Determinar la potencia de la caldera

Solución: El ciclo es Hirn con sobrecalentamiento

T

s

40 bar

3 bar

T = 450 °C

T = 233.83 °C

T = 80 °C

T = 200 °C

DETERMINACION DE LA POTENCIA DE LA CALDERA

.

caldera vsc aa

30,000P m* (h h ) * 3,330.3 338.7 24,930kW 24.93MW

3,600

hvsc = 3330,3 kJ/kg = entalpía del vapor sobrecalentado producido

haa = 338,70 kJ/kg = entalpía del agua de alimentación

4. - Una Central Térmica con turbina de contrapresión se tiene:

Flujo de producto industrial = 150.000 kg/h, cp = 4,04 kJ/(kg*ºC); t1 = 50ºC, t2 = 90 ºC

En turbina: vapor entrada: p = 31 bar@, t = 400 ºC, vapor salida: p = 3,5 bar@, t = 185 ºC

m = 0,97; GE = 0,98.

La caldera quema GLP con: 0,1447C3H8; 0,7887C4H10 y 0,00666CH4 (fracciones de kmol)

Coeficiente exceso de aire = 1,22

GLP: PCI = 110.500 kJ/m3, densidad = 0,9754 kg/m

3. Costo = 3,70 N.S/kg

Agua de alimentación a la caldera = 110 ºC. Calcular:

El Flujo de vapor consumido en la turbina

El costo del kw-h generado

SOLUCION

Flujo térmico útil:

150 000 kg/h * 4.04 kJ/(kg*ºC) *(90-50)ºC = 24’240,000 kJ/h = 6,733 kw

Flujo vapor escape turbina:

6, 733 kJ/s / (2, 832.14 – 584.261)kJ/kg = 2.99 kg/s = 10,782.96 kg/h

Consumo específico de vapor de turbina:

3, 600 /((3,229.99 – 2,832.14)*0.97*0.98) = 9.52 kgvapor/kw-h

Potencia eléctrica generada:

10.782,96 kg/h / 9,52 = 1.132 kw

Flujo de combustible:

10.782,96 kg/h * (3, 229.99 – 461.45)kJ/kg /110, 500 kJ/m3 = 270 m

3/h = 263.51 kg/h

Costo total de generación:

3.70 N.S/kg*263.51 kg/h = 974.98 N.S./ h

Costo unitario del kw-h generado:

974.98 N.S./ h / 1,132 kw-h = 0.8613 N.S./kw-h

Taa = 80 ºC




5. – Una Planta industrial procesa 235 TM/h de líquido industrial, desde 40ºC hasta 90ºC, con cp = 4,2

kJ/(kg*ºC) y luego evapora el 30% del flujo másico, produciendo un vapor ‘vegetal’ de 1.5 bar

manométrico, con titulación igual a 90%, con un rendimiento de 95%. La Planta consume 25 kw EE /TM

de producto, y desea vender Energía Eléctrica a la Red nacional (SEIN). La turbina a contrapresión tiene

las siguientes características: Consumo específico de vaporl: 6.5 kg/kw-h; Vapor de entrada a turbina:

p@1 = 30 bar y 400ºC; Vapor de salida de la turbina: p@2 = 3 bar y t = 170ºC

Rendimientos: Mecánico m 97% Del generador eléctrico: ge 98%

Determinar:

a. – la demanda de vapor para la Planta Industrial, b. – La Potencia eléctrica que puede vender al SEIN

SOLUCION

Calentador Evaporador90 C40 C

TM235

h

Vapor 3bar 170 C

TM70.5 Vapor

h2.5bar(abs)

x 90%

Condensado Condensado

TM164.50 Liquido Industrial

h

v1m

v2m

Demanda de vapor para el proceso:

Balance en el calentador: 'find v1f i 3bar 3bar

170 C

m * cp * T T m * h h

(1)

3bar170ºC

kJh 2803.70

kg

'3bar

kJh 561.427

kg

Despejando de (1):

v1

kg kJ235,000 * 4.20 * 90 40 C

h kg * Cm 22,009kg / h 6.11kg / s

2,803.70 561.427

Balance en el evaporador: ' 'find find v2i 2.5bar 2.5bar 3bar 3bar

x 90% 170 C

m * cp * Ts T 0.30 * m * h h m * h h

2.5barx 90%

kJh 2498.38

kg

'2.5

kJh 535.345

kg

v2

kg kJ kJ235,000 * 4.20 * 127.411 90 C 0.3* 2,498.38 535.345

h kg * C kg kg kgm 78,187.90 21.72

kJ h s2,803.70 561.427

kg

Flujo total de vapor del proceso:

22,009 + 78,187.90 = 100,196.90 kg/h

Producción total de potencia eléctrica en Planta:

kg100,196.90

hP 15,414.91kwkg

6.5kw h

Potencia eléctrica para consumo interno:

consumoint erno

kwP 25 * 235TM 5,875kw

TM

Potencia eléctrica que se puede vender al SEIN:

15,414.90 – 5,875 = 9,539.90 kw




6. –En una Central Termoeléctrica con turbina de

contrapresión procesa 190.000 kg/h de producto

industrial que tiene cp = 4.24 kJ/(kg*ºC); t1 = 35ºC, t2 =

95 ºC, en un sistema de intercambio de calor con

85% , en el cual no se realiza ningún cambio de fase.

En turbina: vapor entrada: p = 35 bar@, t = 420 ºC, vapor

salida: p = 2.5 bar@, t = 185 ºC. m = 0.97; GE = 0.98.

El vapor de salida de la turbina es utilizado en el

intercambiador de calor industrial en su estado de vapor

sobrecalentado. La caldera quema Carbón con PCI =

25,000 kJ/kg Costo = 110 N.S/TM. Caldera

84% . La

temperatura del agua de alimentación a la caldera es

menor en 12ªC a la Tsaturaciòn. Calcular el Flujo de vapor consumido en la turbina, El rendimiento del

ciclo de la CTE, El costo del kw-h generado

Solución

Cálculo del flujo de vapor en el intercambiador de calor industrial

kg190000

h

I.C. 85%

vaporm

kg190000

h

1t 35 C

2t 95 C

condensadom

2.5bar185 C

h

'2.5h

h a 2.5 bar@, t = 185 ºC: 2,837.74 = '2ah ; h liquido saturado a 2.5 bar: 535.345 = ''

2h

'* h h *2 1liq va 2.5bar 2.5bar I.C.indust 185 C

m * cp * t t m

v190000kg / h kJ

* 4.24 * 95 35 C 13426.67kw m * 2837.74 535.345 * 0.853600s / h kg * C

vm 6.86kg / s

Potencia en bornes del generador eléctrico: GE

kg kJP 6.86 * 3269.37 2837.74 * 0.97 2814.71kw

s kg

Temperatura agua a caldera: a satt t 12 127.44 12 115.44 C a

kJ kJh 4.187 *115.44 C 483.35

kg* C kg

Cálculo del flujo de combustible consumido por la caldera.

De la ecuación del balance térmico en la caldera:

v 35bar a420 C

cble

Caldera

m * h h

mP.C.I. *

En la cual: h35 bar y 420 ºC = 3,269.37 kJ/kg = 1ah

Reemplazando en la ecuación anterior:

cble

kg kJ6.86 * 3269.74 483.35

kg kgs kgm 0.91 3277

kJ s h25000 * 0.84

kg

Rendimiento de la central termoeléctrica: uGE

CTE

P Q 2814.71 13425*100 *100 71.40%

F 0.91* 25000

Calor útil (tomado por el I.C. industrial): ukg kJ

Q 6.86 * 2837.74 535.345 * 0.85 13425kws kg

Costo horario del consumo de combustible: cbleh unit

TM N.S. N.S.C m * tpo * C 3.277 *1h *110 360.47

h h h

Costo unitario de la energía producida (para la eléctrica y la térmica útil):

u energia

uGE

N.S.360.47

Costo cble N.S.hC 0.0222kw h2814.71 13425 kw h

P Q

KT

S

1'1

a1

a2''2

21a 2s s

''2




7. – En una Central Termoeléctrica cogeneradora, con turbina de contrapresión se tiene:

Flujo de producto industrial = 170.000 kg/h, cp = 4,24 kJ/(kg*ºC); t1 = 40ºC, t2 = 85 ºC, 88%

En turbina: vapor entrada: p = 30 bar@, t = 400 ºC, vapor salida: p = 2,5 bar@, t = 195 ºC

m = 0,97; GE = 0,98. El vapor de salida, que se utiliza en el condensador industrial es llevado a su

estado de saturación seca, utilizando agua a 105ºC, en régimen isobárico. La caldera quema Carbón con

PCI = 30,000 kJ/kg Costo = 100 N.S/TM. Caldera

93%

Agua de alimentación a la caldera = 105 ºC. Calcular: El Flujo de vapor consumido en la turbina, el

consumo de agua para saturación del vapor de escape, El costo del kw-h generado

Solución

Condensador Industrial

170,000kg/h

1t 40 C

1t 85 C

Vaporm

Saturado

sec o

Condensadom

vh

h '

~

Saturador

de vapor

SC

Carbón

Preparado por: Mg Raúl Paredes Rosario

Vaporm

Sobrecalentado

Bomba agua de

alimentación

Calor útil: ukg kJ kJ

Q 170,000 * 4.24 * 85 24 C 32'436,000 9,010kwh kg* C h

'' 'uvss v(s.s.)Total 2.5bar 2.5bar

kJ10,238.64

Q 9,010kw kg kgsQ 10,238.64kw m * h h m 4.70 16,920kJ0.88 s h

2,716.49 535.40kg

Entalpías:

''2.5bar

kJh 2,716.49

kg

'2.5bar

kJh 535.40

kg

Balance en el saturador de vapor

Vaporm

Saturado

sec o

''2.5barh

Aguam

Vapor(Sobrecalentado)m

Saturador2.5bar195 C

kJh 2,858.15

kg

agua

kJh 105 * 4.187 439.635

kg




Balance térmico en el saturador.

De energía: vs.s. agua vs.s.vs.s. agua v.scm * h m * h m * h

. De masa: vs.s. agua vs.s.m m m

Procesando:

v.s.s. sc vssagua

vsc a

kg kJ16,920 * 2,858.15 2,716.49

m * h h kgh kgm 991.06

kJh h h2,858.15 439.635

kg

vsckg kg

m 16,920 991.06 15,928.94 4.424h s

Análisis en turbina de vapor:

Vaporm

Sobrecalentado

30bar 400 C

2.5bar 400 C

T

kg kJP 4.424 * 3,231.69 2,716.49 2,279.24kw

s kg GEP 2,279.24 * 0.97 * 0.98 2,210.863kw

En caldera:

SC

Carbón

Agua

Vapor

Flujo de combustible:

Cble

kg kJ4.424 * 3,231.69 439.635

kg kgs kgm 0.443 1,594.80

kJ s h30,000 * 0.93

kg

Costo del consumo de cble.

Cble

TM N.S. N.S.C 1.595 *100 159.48

h TM h

Costo de generación de energía eléctrica:

u(EE)

N.S.159.48

N.S.hC 0.0722,210.863kw h kw h




8. – En una Planta Industrial con Central Termoeléctrica cogeneradora, se tiene:

Flujo de fluido industrial = 185,000 kg/h, cp = 4.20kJ/(kg*ºC); t1 = 40ºC, t2 = 95 ºC, 90%

Luego el fluido es introducido a un evaporador para producir vapor de 1.5 bar con x = 95%. El

evaporador tiene un rendimiento de 95%

En turbina: vapor entrada: p = 25 bar@, t = 380 ºC, vapor salida: p = 3,5 bar@, saturado húmedo, con x =

98.5%, el cual se utiliza en el proceso industrial. m = 0,97; GE = 0,98.

Del condensador industrial se recupera el 75% de su flujo másico, el cual es mezclado con agua tratada a

80ºC, cp = 4,187 kJ/(kg*ºC); luego entra a la caldera.

La caldera quema GN con PCI = 35,000 kJ/kg Costo = 4.5 N.S/1’000,000 kJ, Caldera

93% . Hallar:

El Flujo de vapor consumido en la turbina

El costo del kw-h generado

Solución

Demanda de calor en el calentador:

T1

kg kJ185,000 * 4.20 * 95 40 C

h kg * CQ 13,189.15kw

0.90 * 3,600

Demanda de calor en el evaporador:

T2

kg kJ185,000 * 2,581.0 399

h kgQ 118,081kw

0.9 * 3,600

Demanda total de calor: V VT 1 2

kJQ =Q +Q =131,270.815 kw=m * 2,700.30 584.5 m 62.043kg / s

kg

Potencia producida en turbina: vTurb 1 2

kg kJP m * h h 62.043 * 3,195.15 584.5 161,972.55kw

s kg

Potencia en bornes del generador eléctrico: GEP 161,972.55 * 0.97 * 0.98 153,971.11kw

Flujo de condensado recuperado: 62.043kg/s* 0.75 = 46.53 kg/s

Flujo de agua de reposición (make up): 62.043 – 46.53 = 15.531 kg/s

Entalpía agua de alimentación a la caldera (del balance de la mezcla condensado más make up):

a a

kg kJ kg kJm * h 46.53 * 584.50 15.513 * 80 C * 4.187 31,808.52kw

s kg s kg

a

31,808.52kwh 512.885kJ / kg

62.043kg / s

Consumo de combustible:

Cble

kg kJ62.043 * 3,195.15 512.685

kg kgs kgm 5.113 18,406.80

0.93 * 35,000 s h

Costo del consumo de combustible:

kg kJ18,406.80 * 35,000

N.S.h kg* 4.50 2,899

1'000,000 h

Energía eléctrica producida en una hora: 153,971 kw-h,

Costo de producción de EE: u(EE)

2,899N.S / h N.S.C 0.0188

153,971.11kw h kw h

CALENTADOR

EVAPORADOR

1.5 bar

3.5 bar, x = 95%

25 bar, 380ºC

185, 000 kg/h 40ºC

Condensado




PROBLEMAS PROPUESTOS DE CTE A VAPOR CON TURBINAS A CONTRAPRESION

1. Una turbina recibe 104 kg/hora de vapor, con 7.17 bar, y 250 ºC y con una velocidad despreciable. La

turbina desarrolla una potencia de 1325 kW. De la turbina sale vapor húmedo con una presión de 0,0798

kg/cm2, y una velocidad de 300 m/s. A la salida del condensador tiene el agua una velocidad

despreciable, y su temperatura es la del equilibrio con vapor a 0,0798 bar. Calcular:

a) La entalpía específica y el grado de humedad del vapor, el título a la salida de la turbina.

b) calcular el calor cedido al condensador durante una hora

En la refrigeración del condensador se gastan 400 m3 de agua por hora, con una temperatura de 14 ºC

¿cuál será la temperatura a la salida?. Sol.: a) 581 kcal/kg, b) 552 104; c: 28 ºC

2) El vapor procedente de la caldera entra en la turbina con las siguientes propiedades P1 = 15 bar y T1

= 320 ºC; las condiciones en el condensador son 0,06 bar. La instalación funciona con calentamiento del

agua de alimentación por un economizador. La presión del vapor extraído en el sangrado es 3 bar. A la

salida del condensador, el vapor de agua condensado se bombea hacia un depósito D abierto a la

atmósfera. Analizaremos los tres casos siguientes 1) Proceso sin sangrado. 2) El vapor que sale de la

turbina mediante un sangrado, se dirige al economizador (intercambiador) del tipo cerrado, de donde

salen los fluidos con la misma entalpía (del líquido saturado a 3 bar), posteriormente, el condensado, se

dirige a la caldera al ser bombeado hacia la tubería de alimentación. 3) Se supone ahora que el

condensado que sale del economizador se dirige a través de una válvula hacia el depósito D, donde llega

con una temperatura de 100 ºC. Admitiendo que se extrae la misma cantidad de vapor que en 2), calcular:

a) rendimiento térmico del ciclo sin sangrado;

b) los aumentos de rendimiento térmico que introducen las dos modalidades de sangrado;

c) temperatura del agua del depósito D en el caso 3);

Observaciones: Se depreciará el trabajo de las bombas. Las irreversibilidades del fluido en la expansión

de la turbina suponen una pérdida del 20 %.

Clase i Cte Con Turbinas a Contrapresión

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