Grupo1.Trabajo m.termicas

7/27/2019 Grupo1.Trabajo m.termicas

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Mquinas Trmicas

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AO DEL CENTENARIO DE MACHU

PICCHU PARA EL MUNDO

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYORDE SAN MARCOS

FACULTAD DE INGENIERA ELECTRNICAELCTRICA

COMPENDIO DE PREGUNTAS

Y PROBLEMAS

CURSO : MAQUINAS TERMICAS

PROFESOR : Ing. AMADEO CARRILLOCICLO : VIII

INTEGRANTES :

ALVAREZ ALTAMIRANO Daniel - 07190108

HUAMAN GALINDO, Rossmery - 07190032

HUACACHI ALMEYDA, Vctor - 07190095

RODRIGUEZ ALVARADO, Jorge - 08190051

DIAZ ESTELA, Hector - 03190171

2011


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COMPENDIO DE PREGUNTAS Y PROBLEMAS DE MQUINAS TRMICAS

PANORAMA ENERGETICO

1. Si una fbrica papelera utiliza para sus procesos, 1.4 millones de galones de petrleo residualcuyo poder calorfico es igual a 9600 Kcal/Kg y densidad igual a 0.96 Kg/lt. Diga a cuntos TEP

equivale este consumo?.

Se sabe que:

y Luego:

( )

[( ) ( )] Simplificando:

( )

2. De acuerdo a la informacin de OLADE, qu pases latinoamericanos son los mayores

productores de gas natural?.

Solucin

Si bien la zona andina en conjunto produce 33% de este combustible en Amrica Latina, Mxico

es el principal productor individual, con 34% de la produccin regional, seguido de Argentina

(23%), Venezuela (18%), Brasil (10%) y Bolivia (7%).

3. Diga cules son los problemas actuales que enfrenta el proyecto Camisea?.SolucinEl ro Urubamba se encuentra contaminado, ya que los trabajadores han colocado un dique en l,

ocasionando que el agua se acumule contaminndose y a la vez no permite que puedan pasar los

peces, que es el alimento ms consumido en esta regin evitando la alimentacin de los

selvticos, y a la vez se va disminuyendo el nmero de peces. tambin se ha visto el problema de

la tala indiscriminada por los trabajadores de este proyecto, por lo cual estn destruyendo el

hbitat de muchos indgenas y a la vez quitando el oxgeno y el dixido de carbono de muchas

especies que habitan ah. Tambin se ha visto afectada la reserva de cugacapori nagua, ya que

han construido pozos en ella y estos pozos estn desplazndose y se estn contaminando.

En consecuencia todo esto ha logrado matar a varios pobladores de los naguas. se ha visto

tambin que el recorrido de los camiones los cuales llevan los gaseoductos estn causando

daos, ya que al pasar muchas veces por el mismo lugar dejan abundante polvo y esto estmatando a muchos cultivos como el cacao, el caf, el fruto de la papaya, etc.
http://es.wikipedia.org/wiki/Tonelada_equivalente_de_petr%C3%B3leohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tonelada_equivalente_de_petr%C3%B3leo


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4. Diga qu recursos energticos posee el pas y cmo se est utilizando actualmente?Solucin:

El petrleo: es una de las fuentes de energa ms utilizadas, especialmente para el

transporte (gasolina y diesel). Las zonas petroleras con reservas probadas estn en la costa

norte (Tumbes y Piura), en el zcalo (especialmente en el norte), en la cuenca amaznica, yen la sierra (Pirn). El Per apenas se abastece de petrleo. De no hacerse ms

prospecciones, en el futuro la seguridad energtica del pas puede verse afectada.

El gas natural: conformado por metano y etano, y se encuentra asociado con el petrleo o

en yacimientos de gas. Los principales yacimientos estn en Camisea (Norte del Dpto. de

Cusco) y en Aguayta. Las reservas peruanas son enormes y para muy largo plazo. En la

actualidad es utilizado principalmente para energa domstica.

El carbn: es de origen vegetal y se presenta en forma de antracita, hulla, lignita y turba. En

el Per se han detectado cerca de 100 yacimientos carbonferos, muy poco estudiados. Las

reservas probadas ascienden a ms de 100 millones de t y las probables a ms de 2 mil

millones de t. La produccin anual es modesta y no supera las 200 mil t.

Las fuentes de energa no renovables inagotables: Comprenden la energa geotermal producida por

el calor interno de la Tierra y que sale en forma de agua caliente y vapor. Esta energa es muy

abundante en el pas, pero no explotada. Las reas prioritarias y con mayor potencial son Tutupaca,

Calacoa, Maure, Salinas, Chachani y Chivay.

Las fuentes de energa renovables inagotables

La hidrulica: energa del agua por el desnivel natural. Este tipo de energa es muy abundante en las

vertientes andinas, donde existe un pronunciado desnivel, y sirve para mover molinos, ruedas de

agua y turbinas para generar electricidad. El potencial del pas es muy grande y es aprovechado en

forma parcial, pero de importancia para la produccin elctrica.

La elica: energa del viento. Se la usa para bombear agua y producir electricidad. Su

aprovechamiento es muy limitado.

La solar: energa del Sol, que puede ser aprovechada en forma directa (calor) o transformndola enelectricidad, mediante las clulas fotovoltaicas. La energa calorfica del sol se utiliza en forma

artesanal, en forma generalizada para secar ropa y alimentos, e industrial, en forma limitada, para

generar electricidad y calentar ambientes (casas, invernaderos) como una de las fuentes de energa

alternativa

Como se sabe, en el Per las energas renovables diferentes a la energa hidrulica, llmese solar,

elica o biomasa an no han tenido un desarrollo importante para la generacin elctrica, salvo los

aerogeneradores de Marcona y Malabrigo que por iniciativa del estado (Electroper) se construyeron

como prototipo para desarrollos masivos que no pudieron darse por razones econmicas (sus costos

de generacin son ms elevados que los costos que nos ofrece el mercado elctrico nacional.


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En el contexto nacional:

En la dcada pasada se ha instalado los dos nicos aerogeneradores que tenemos: Aerogenerador Malabrigo, ubicado en La Libertad, de una capacidad de 250 KW y; Aerogenerador San Juan de Marcona, ubicado en Ica y tiene una capacidad de 750

KW.

Como ya se mencion anteriormente, prontamente ingresarn al sistema ms de 140 MW deeste tipo de plantas de generacin elctrica.

Se estima que con la nueva poltica energtica que busca priorizar las EERR en la matrizenergtica se seguirn instalando ms parques elicos en el sistema elctrico nacional -

SINAC.

Al respecto, el 12 de febrero del 2010 se otorg la buena pro de la primerasubasta de suministro de

electricidad con estos recursos, la cual estuvo a cargo de un comit especial conformado por

representantes del MEM y del OSINERGMIN. Las potencias adjudicadas fueron:

162,3 MW hidroelctricos, 142 MW elicos, 27,4 MW biomasay 80 MW solares,

Lo que sum un total de 411,7 MW que equivalen aproximadamente a 9% de la mxima demanda

nacional.

Los precios topes fijados por OSINERGMIN fueron de US$74/MWh para las hidroelctricas;US$110/MWh para las elicas; US$120/MWh para la Biomasa; US$ 269/MWh para las

solares. Los precios ofertados por cada tecnologa fueron en promedio US$60.2 para las

hidroelctricas, US$80.36/MWh para las elicas; US$63.45/MWh para las plantas con

biomasa y US$221.09/MWh para las solares.

5. Si para el ao 2000, la intensidad energtica de un pas "A" fue el doble que el del pas "B";pero ste tuvo un PBI igual al doble del que corresponde a "A"; s adems se tiene que el

consumo de energa percpita de "A" es el triple del Consumo percpita de "B" y si "A" tiene

una poblacin de 32 millones de habitantes. Cuntos habitantes tiene el pas "B".

Solucin:

Se sabe que:

La intensidad energtica es un indicador de la eficiencia energtica de una economa. Se calcula

como la relacin entre el consumo energtico (E) y el producto interior bruto (PIB) de un pas:

2000 A B

Intensidad 2X X

PBI Y 2Y

Energa 3Z Z

#Personas 32millones ?
http://es.wikipedia.org/wiki/Indicadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Eficienciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Consumo_energ%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Producto_interior_brutohttp://es.wikipedia.org/wiki/Producto_interior_brutohttp://es.wikipedia.org/wiki/Consumo_energ%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Eficienciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Indicador


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Usando la formula, se tiene:

Igualando las dos ecuaciones para A:

Ahora para B:

6. Si una central trmica con turbina a gas consume 4 5000 m 3/h de gas natural cuyo poder

calorfico es igual a 1 000 BTU/pie3, determine cul ser el consumo en TEP/da si esta central

opera 8 h/da.

Solucin:

[] [ ]

[

]

Operando:

[

]


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7. Diga que proyectos de generacin no renovable han sido adjudicados en las subastas querealiz el estado a travs de OSINERGMIN.

Solucin:

PRIMERA SUBASTA DE ENERGAS RENOVABLES

Proyectos Adjudicados (1ra. y 2da. Convocatoria)

BIOMASA (3 adjudicatarios, 155 GWh).- Paramonga I (23 MW), Huaycoloro (4,4 MW) yLambayeque (1.5 MW).

ELICA (3 adjudicatarios, 571 GWh).- Marcona (32 MW), Talara (30 MW) y Cupisnique (80MW).

SOLAR (4 adjudicatarios, 172.95 GWh).- Panamericana Solar 20TS (20 MW), Majes Solar 20T(20 MW), Reparticin Solar 20T (20 MW) y Tacna Solar (20 MW).

HIDROELCTRICA (19 adjudicatarios, 180.71 MW).- Santa Cruz I (6 MW), Santa Cruz II (6,5MW), Huasahuasi I (7,8 MW), Huasahuasi II (8 MW), Nuevo Imperial (3,9 MW), Yanapampa

(4,1 MW), Chancay (19,2 MW), Poechos 2 (10 MW), Roncador (3,8 MW), Joya (9,6 MW),

Angel I (20 MW), Angel II (20 MW), Angel III (20 MW), Purmacana (1,8 MW), Shima (5 MW),

Carhuaquero (10 MW), Caa Brava (6 MW), Las Pizarras (18 MW) y Patapo (1 MW).

SEGUNDA SUBASTA DE ENERGAS RENOVABLES

Proyectos Adjudicados (1ra. Convocatoria)

BIOMASA RESIDUOS URBANOS (1 adjudicatario; 14.02 GWh).- La Gringa V (2 MW).

ELICA (1 adjudicatario; 415.76 GWh).- Tres Hermanas (90 MW). SOLAR (1 adjudicatario; 43 GWh).- Moquegua FV (16 MW). HIDROELCTRICA (7 adjudicatarios; 102 MW).- Canchayllo (3.73 MW), Huatziroki I (11,08

MW), Manta (19.78 MW), RenovAndes H1 (19.99 MW), 8 de agosto (19 MW), El Carmen (8.4

MW) y Runatullu III (20 MW).

8. Qu tipo de mquina trmica y cul es la ubicacin correspondiente al Proyecto Huaycoloro,que es la primera planta de generacin elctrica que se instala en el pas en base a biogs deRelleno Sanitario?.

Solucin:

Huaycoloro es el primer Relleno Sanitario Privado del Per. Ubicado en el distrito de San Antonio

de la provincia de Huarochir.

Diariamente se depositan 3500,000 de kilos de los desperdicios de la capital (alrededor del 35%

de toda la basura que produce Lima) en 250 pozos instaladas en 100 hectreas de terreno. En

stos se captura el biogs y se traslada, va un gasoducto de 20 kilmetros, a una planta decompresin y limpieza de gases.


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Derivado luego el biogs a tres motores, se generan alrededor de 480 vatios, voltaje que, a su

vez, es elevado hasta los 22,900 V mediante 2 transformadores. La energa creada pasa de ah a

Luz del Sur que la distribuye mediante el Sistema Elctrico Interconectado Nacional, beneficiando

a alrededor de 30,000 peruanos.

El ciclo utilizado en esta central es un Ciclo Biomasa.


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COMBUSTIBLES Y COMBUSTION

1. Responda a las siguientes preguntas:a) Cmo define la combustin y cundo se dice que es incompleta?

Solucin:Se entiende como combustin la reaccin de oxidacin rpida que tiene lugar entre un

COMBUSTIBLE, que puede ser un slido (Carbn, Madera, etc.), un lquido ( Gasleo, Fuel-

Oil, etc.) o un gas (Natural, Propano, etc.) y un COMBURENTE, que normalmente es el

OXIGENO del aire; en la que se libera energa luminosa y una gran cantidad de calor que se

puede utilizar para mltiples procesos industriales y domsticos.

Una combustin se considera una combustin incompleta cuando parte del combustible no

reacciona completamente porque el oxgeno no es suficiente.

Cuando una sustancia orgnica reacciona con el oxgeno de manera incompleta formando

adems de dixido de carbono (CO2) y agua (H2O) otros subproductos de la combustin los

cuales incluyen tambin hidrocarburos no quemados, como Carbono (C), Hidrgeno (H) y

monxido de carbono (CO).

b) Qu es el exceso de aire y cmo se determina?Solucin:

Es la cantidad de aire en exceso con respecto al terico o requerido para una combustin

completa.Este exceso se determina en funcin del porcentaje del oxigeno que se mide en los gases deescape. En este caso el exceso de oxigeno permite transformar una parte del SO2 en SO3; C yCO en CO2ndice o Coeficiente de exceso de aire:

)
http://es.wikipedia.org/wiki/Combusti%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Combustiblehttp://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidrocarburoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mon%C3%B3xido_de_carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mon%C3%B3xido_de_carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidrocarburoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Combustiblehttp://es.wikipedia.org/wiki/Combusti%C3%B3n


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c) Cmo se define la relacin aire- combustible estequiomtica?Solucin:

Relacin Aire-Combustible: Es la relacin de la masa existente entre el aire utilizado en elproceso de la combustin respecto al combustible.

ecombustibldemasa

airedemasam ca /

La relacin aire combustible se puede encontrar tambin a partir de los moles (n) y peso

molecular (M) del aire y combustible:

ecombustiblecombustibl

aireaireca

Mn

Mnm

.

./

d) Porqu es importante el estudio de la combustin en el curso de mquinas trmicas.?Solucin:

El estudio de la combustin as como de los combustibles son de suma importancia en el

curso de maquinas trmicas debido a que son conceptos importantes en la generacin de

energa que es aplicada a las centrales trmicas que es un tema importante del curso,

aplicado directamente tambin al proceso interno que se da en una caldera en la generacin

de la energa siendo el combustible y su combustin la base de generacin de la energa de

cualquier planta trmica, entender y aplicar estos conceptos forman parte del buen

entendimiento posterior del curso.


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2. Si una turbina a gas de 125 MW utiliza petrleo Diesel N 2 como combustible y sabiendo questa tiene un poder calorfico igual a 10150 Kcal/Kg y su composicin elemental es el que se

indica: C (85%); H (12%); O (0.7%); S (1.6%) y N (0.7 %). Sabiendo adems que por condiciones

del proceso se requiere 250% de exceso de aire:

Determinar el flujo de gases secos (Kg/h) que salen por la chimenea de la turbina a gas, cuandosta opera a plena carga.

Solucin:

Composicin elemental (% en peso) para el petrleo Diesel N2:

C H O N S

85 12 0.7 0.7 1.6

Hallando el flujo msico:

Sabemos que: )3232412

(34.432OSHC

xMas

Remplazando:100

1)

32

7.0

32

6.1

4

12

12

85(34.432 xxMas

100

1)021875.005.03083.7(34.432 xxMas

eCombustiblKg

AireSecoKgMas

.

.04.14

2.5=1-n

1)x100-(n=250

1)x100-(n=aireExceso

Luego sabemos:

965.13

100

1)]

32

7.0

32

6.1

4

12

12

85(3234.37.06.128567.3[

)3232412

(3234.3267.3

Gf

xxxxxGf

OSHCxxNSCGf

h

Kgm

Kg

Kcalkw

h

Kcal

Kwxx

Pcal

Pm

96.10588

10150

824.859

10125 3


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De la relacin:

hora

KgGF

xGF

EntoncesGF

xGF

nMasxGfGF

32.519547

)96.10588(065.49

:065.49

)5.2(04.14965.13

)1(

3. Dado la siguiente composicin elemental (% en peso) para el petrleo Diesel N2:C H O N S

86,5 13,0 0,1 0,10 0,30

a) Calcular la relacin aire-combustible estequiomtrica (Mas en Kg/Kg combustible). (2Puntos).

Solucin:

Sabemos que: )3232412

(34.432OSHC

xMas

Remplazando:100

1)

32

1.0

32

3.0

4

13

12

5.86(34.432 xxMas

100

1)003125.000937.025.32083.7(34.432 xxMas

eCombustiblKg

AireSecoKgMas

.

.533.14

b) Si en una turbina a gas de 100 MW de capacidad se usa este combustible a razn de 8,94Kg/s a plena carga. Sabiendo que el exceso de aire es de 250%, calcule usted el flujo de

gases secos (Kg/s) que salen por la chimenea. (2 Puntos).

Solucin:

2.5=1-n

1)x100-(n=250

1)x100-(n=aireExceso

Luego sabemos:

366.14

100

1)]

32

1.0

32

3.0

4

13

12

5.86(3234.31.03.025.8667.3[

)3232412

(3234.3267.3

Gf

xxxxxGf

OSHCxxNSCGf


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De la relacin:

Seg

KgGF

xGF

Entonces

GF

xGF

nMasxGfGF

24.453

)94.8(698.50

:

698.50

)5.2(533.14366.14

)1(

4. Marque el inquemado slido que se tiene en una combustin incompleta:a. CO2 b. H2O c. CxHy d. C e. CO

La Combustin Incompleta es una combustin con produccin de inquemados slidos como el

material particulado y el holln y gaseosos como el C y los hidrocarburos. Una de las reacciones

incompletas ms importantes es la siguiente:

5. Cul de las siguientes afirmaciones es correctaa. El exceso de aire en la turbina a gas es menor que en una calderab. El poder calorfico del carbn es mayor que el del petrleoc. La relacin aire combustible del petrleo es menor que el del gas natural.d. Las reservas de carbn de Colombia, son mayores a las del Pere. La combustin real es estequiomtrica.

6. Con respecto a la combustin, cul de las siguientes afirmaciones es incorrecta?a) Es una oxidacin lenta b) Requiere de un combustible c) Requiere de un Comburente

d) Es una reaccin qumica exotrmica e) Genera gases calientes (calor).

Se entiende como combustin la reaccin de oxidacin rpida que tiene lugar entre un

COMBUSTIBLE, que puede ser un slido (Carbn, Madera, etc.), un lquido ( Gasleo, Fuel-Oil,

etc.) o un gas (Natural, Propano, etc.) y un COMBURENTE, que normalmente es el OXIGENO del

aire; en la que se libera energa luminosa y una gran cantidad de calor que se puede utilizar para

mltiples procesos industriales y domsticos.


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7. Cul de las siguientes caractersticas no corresponde al gas natural.a) Es limpio b) Es de fcil manejo c) Tiene baja eficiencia de combustin

d) No contiene azufre e) Es incoloro

8. Qu gas no se presenta en una combustin completa (estequiometrica)?.a) CO b) CO2 c) H20 d) SO2 e) N2

9. Dado la siguiente composicin elemental (% en peso) para el petrleo Diesel N 2:C H O N S

86,5 13,0 - 0,20 0,30

Calcular la relacin aire combustible estequiomtica (Kg aire seco/Kg combustible).

Solucin:

10.Dada la siguiente composicin elemental (% en peso) para el petrleo Diesel N2:

C H O N S

86,5 13,0 0,02 0,20 0,28

a) Calcular la relacin aire-combustible estequiomtrica, en condiciones secas (Mas en Kg aireseco/Kg combustible). (1.5 Puntos).

b) Si en una turbina a gas de 150 MW, se usa este combustible a razn de 13 kg/s a plena carga.Sabiendo que el exceso de aire es de 300%, calcular el flujo de gases secos (Kg/s) que salen por la

chimenea.


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CICLO BRAYTON CENTRALES TRMICAS CON TURBINAS A GAS

1. De acuerdo al procedimiento PR 17 del COES, defina exactamente que es la potencia efectiva.Solucin:

La Potencia Efectiva de una determinada unidad termoelctrica es la potencia continua (antes de

servicios auxiliares) entregada por la unidad, correspondiente a bornes de generacin, cuando

opera a Condiciones de Potencia Efectiva y a mxima carga.

Condiciones de Potencia Efectiva son las imperantes cuando las condiciones ambientales

corresponden a la presin atmosfrica, temperatura de bulbo seco, humedad relativa y

temperatura de la fuente fra que se definen a continuacin, y que se designan como presin

ambiente de potencia efectiva, temperatura ambiente de potencia efectiva, humedad relativa de

potencia efectiva y temperatura de fuente fra de potencia efectiva

2. Dibuja el esquema correspondiente a un Ciclo Brayton de ciclo simple cerradoSolucin:

3. Si el costo especifico de inversin para T. Gas comprendidas entre 150 MW y 250 MW variaentre 250 y 300 US$KW; cual es la inversin que se requiere en una turbina a gas de 150 MW

Solucin:

I = 300 US$/KW x 150x10^3 KW

= 45 millones de US$


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4. Si la potencia efectiva de una turbina a gas a nivel del mar es de 100 MW. Cual ser la potenciaaproximada en una ciudad q se localiza a 2750 m.s.n.m. (considerar q las otras condiciones

ambientales son iguales)

Solucin:

Sea: 100 MW 0 msnmPierde:

5. Si la temperatura mxima de un Ciclo Brayton ideal es de 1200 C y la temperatura de ingresoal compresor es de 20C. Cual ser el valor de la temperatura a la salida del compresor; para el

caso en que se requiera obtener la mxima potencia (eficiencia) del ciclo

Solucin:

6. En una turbina a gas regenerativa, el aire ingresa al compreso a 14.7 lb/pulg2 y 70F: siendocomprimido hasta 176.4 lb/pulg2 con una eficiencia de 85%. El aire comprimido antes de

ingresa a la cmara de combustin pasa por un intercambiador de calor, en donde es calentado

por los gases que salen de la turbina. A la entrada de la turbina, los gases se encuentran a176.4 lb/pulg2 y 2060.6F y se expande hasta 14.7 lb/pulg2 con una eficienca de 85%. Los gases

salen del intercambiador de calor a una temperatura de 482F.

Considerar K = 1.4

Determinar el Heat Rate en Kcal/Kwh y la eficiencia de la planta, suponiendo que en el

regenerador la eficiencia es de 100%

Solucin:


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16

03.1657519.0

860

%9.51

519.033.16646.2520

53041.75.119.14306.2520

34

1254

33.16643

41.11759429.14303

2653

9.14305)6.12386.2520(85.06.25205

54

54

6.12385

035.2

45

035.27.14

4.176

1

2

1

2

5

4

41.117585.0

5306.1078

530

12

12

6.10782

035.27.14

4.176

1

2

1

2

4.1

14.11

4.1

14.11

HR

nciclo

nciclo

TT

TRTRTTnciclo

RT

T

RTTRTT

RTRT

TT

RTTnt

RT

TT

p

p

T

T

T

T

Rnc

TT

TRT

T

p

p

T

T

k

k

k

k

7. Si de una prueba de potencia efectiva y rendimiento de una turbina a gas se obtiene lasiguiente informacin:

Potencia efectiva = 124 000 KW: Consumo en vaco = 190 MPC/h; Consumo a plena carga =1324 MPC/h. Si el poder calorfico del gas es igual a 964 000 BTU/MPC.

Determinar

a. La ecuacin del consumo horario:Solucin:

b. La ecuacin del rendimiento

Solucin:

c. El Heat Rate a 75% de carga


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Solucin:

d. El rendimiento a 50% de cargaSolucin:

e. La eficiencia a plena cargaSolucin:

8. De las pruebas de potencia efectiva y rendimiento de una TG, se ha obtenido que elrendimiento a 85% de carga es igual a 101,71 kWh/MPCS y a 100% (176 829,19 kW) es igual a

104.85 kWh/MPCS. Si el PCI es igual a 953 449,8601 BTU/MPCS, Determinar:

a) El consumo de combustible en vacio.b) La eficiencia a plena carga.

9. Si una turbina a gas instalada a nivel del mar y 15C de temperatura ambiente tiene unapotencia efectiva de 100 MW, cul ser su potencia efectiva si se traslada a otro lugar que se

encuentra a 2000 m.s.n.m y 25C de temperatura ambiente; considerar la siguiente

informacin:

T () FC H (m.s.n.m) FC

10 1,03 0 1,0

15 1,0 1000 0,9

25 0,94 2000 0,8

10.Si se compara el Ciclo Brayton Real Regenerativo con el simple ideal, cul de las siguientesafirmaciones es incorrecta.

a) Su eficiencia es mayor b) Su costo de inversin es menor c) Sus gases de escape salen mscalientes d) El aire que llega a la cmara est ms caliente e) Consume menos combustible para

el mismo trabajo til.

11.Respecto a las turbinas a gas de ciclo cerrado cul de las siguientes afirmaciones es correcta.a) El fluido que mueve la turbina es gas natural b) Los gases se mueven en circuito cerrado

c) El aire se precalienta con los gases del regenerador d) El combustible se quema en la cmara

de combustin. e) El fluido de trabajo es el aire

12.Que combustible se usa ms actualmente en las turbinas a gas instaladas en el pas?.


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Mquinas Trmicas

18

a) Petrleo Diesel No. 2 b) Carbn gasificado c) Gas Natural

d) Petrleo Residual No 6 e) Petrleo Residual 500

Solucin:

El gas natural se ha constituido en el combustible ms econmico para la generacin de

electricidad, ofrece las mejores oportunidades en trminos de economa, aumento derendimiento y reduccin del impacto ambiental.

Estas ventajas pueden conseguirse tanto en las grandes centrales termoelctricas as como en las

pequeas.

VENTAJAS DEL GAS NATURAL

El combustible ideal es el gas natural por las siguientes razones:

Est libre de partculas e impurezas slidas con lo que se evita erosiones en los labes. No contiene azufre, lo cual permite un nivel de recuperacin del calor contenido en los gases

de escape superior al que se puede conseguir con otros combustibles.

Tiene una combustin limpia, sin humo ni cenizas lo cual facilita la limpieza de losquemadores.

No requiere de muchos equipos para su manejo. Grandes provisiones en la actualidad provenientes del gas de Camisea.

13.Si el costo especfico de inversin de una turbina a gas de 200 MW es igual a 280 US$/KW.Determinar la funcin del costo total de la turbina CT(US$/KW-ao), sabiendo que su eficiencia

es de 37%, el precio del combustible igual a 1,5 US$/gal, su poder calorfico igual a 33 137,7

Kcal/gal. Adems su costo variable no combustible CVN es igual a 3,32 US$/MWh y el Costo de

O y M fijo igual a 0,25 US$/KW-mes. Considerar i = 12% y n = 15 aos.

Solucin:

Sabemos que:

xtCVNCCVCCOxMFCEIxFRCCTTg )(

De los datos:

US$/KW11.41

1468.01)12.01()12.01(12.0

1)1()1(

280

15

15

CEIxFRC

i

iiFRC

CEI

n

n

ao-US$/KW31225.0 mesesxCOxMF


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Mquinas Trmicas

19

Kwh

US$00332.0

Mwh

US$32.3

Kwh

US$1052.0

32.2324Kcal

US$10526.4

Kcal

US$10526.4

gal

Kcal137.733

gal

US$

5.1Pr

/32.232437.0

860860

Pr

5

5

CVNC

CVC

Kwh

KcalxxCVC

xecio

KwhKcaln

HR

ecioxHRCVC

Reemplazando para hallar la funcin de costo total:

xtCTTg )00332.01052.0(311.41

ao-Kwh

US$)10852.0(11.44 xtCTTg


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Mquinas Trmicas

20

CICLO RANKINE CENTRALES TRMICAS CON TURBINAS A VAPOR

1. Determinar el Heat Rate del Ciclo Ranking en Kj/KWh.a) 8 900 b) 9 094 c) 10 130 d) 8 760 e) 10 500

Solucin:

Sabemos:

calderaSalequeCalorQ

calderaingresaqueCalorQ

ciclodelCalorQDondeQQQ

Qhallando

KwP

donde

P

QHR

AA

r

AAArA

A

A

:

:

63000

:

h

KJxQ

h

sx

s

Kgx

Kg

KJQ

r

r

610030.777

360061.624.3447

h

KJxQ

h

sx

s

Kgx

Kg

KJQ

AA

AA

610186.204

360061.629.905

Reemplazando:

hKJxQ

xxQ

A

A

/10844.572

1020418610030.777

6

66

Entonces:

7614.9094

63000

/10844.572 6

HR

Kw

hKJx

P

QHR A


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Mquinas Trmicas

21

2. Si la eficiencia de la caldera que quema carbn como combustible es 85%; cul es el consumode combustible (ton/h), sabiendo que el poder calorfico del carbn es igual a 31400 KJ/Kg?.

a) 124,7 b) 55,8 c) 17,18 d) 21,46 e) ninguna

Solucin:

Calculando:

Pcxn

Qcm

cmPcx

Qn

nconQ

Qn

AAcaldera

eCombustibl

A

caldera

%85:

h

tn

x

Kg

KJ

hKJx

Pcxn

Qcm A 46.21

85.031400

/10844.572 6

3. Determinar la eficiencia de la planta?a) 33,6 b) 34,7 c) 29,1 d) ninguna e) 34,3

Solucin:

Como:

planta

PlantaHR

n3600

Sabemos que:

Kwh

KJx

P

mPcxHRplanta 9.10695

630000

2146031400

Por tanto:

%6.33

3365.09.10695

3600

Planta

Planta

n

n

4. Determinar el flujo de agua de enfriamiento (en m3/h), sabiendo que la temperatura deingreso del agua de enfriamiento es 15C y la salida 23C.

a) 125 924,7 b) 74 334,0 c) 91 429,1 d) 81 896,4 e) ninguna


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Mquinas Trmicas

22

Solucin:

)1(8

)1823(1

:

:

RR

RR

RR

Qm

x

Qm

dondede

TxCpxmQ

Tenemos

Tambin:

h

KJxQ

h

sx

s

Kgx

Kg

KJQ

QQQR

6

1

1

21

10036.361

360033.443.2262

h

KJxQ

hsx

sKgx

KgKJQ

6

2

2

10488.20

360088.464.121

Luego:

h

mm

h

Kgxm

x

xxm

entonces

h

KJxxxQQQ

R

R

R

R

3

6

6

666

21

10170

1017.10

83600

86010548.340

:

10548.34010488.2010036.361


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24/31

Mquinas Trmicas

24

%67.31

1003167.0947.11365

3600

:

947.1136563000

29.2280431400

:

29.22804

8.031400

/10844.572 6

Planzta

Planzta

Planta

A

n

xn

entonces

Kwh

KJx

P

mPcxHR

luego

h

Kg

xKg

KJ

hKJx

Pcxn

Qcm

8. A qu tipo de ciclo ranking corresponde el esquema trmico?a) Simple b) Regenerativo c) Regenerativo con Recalentamiento

d) Regenerativo y con sobrecalentamiento

Solucin:

El esquema corresponde a un ciclo Ranking Regenerativo con Recalentamiento, es regenerativo

pues presenta precalentadores y recalentado por presentar un sobrecalentador en el esquema

mostrado.

9. Si el esquema trmico corresponde a una planta trmica a vapor que opera con petrleoresidual, cuyo poder calorfico es 9600 Kcal/Kg y cuya densidad es igual a 0,96 kg/lt y su costo

es igual a 3,0 US$/gal y sabiendo adems que dicha planta opera 7500 horas al ao a plena

carga; cul ser el gasto anual en combustible (en millones de dlares), de dicha planta?.

Considerar que la eficiencia de la caldera es 90%.

a) 98,0764 b) 120,3091 c) 19,7567 d) 42,4545 e) ninguna

Solucin:

Datos:

9.0

96.0

9600

calderanlt

Kg

Kg

KcalPc

Sabemos:

Kcal

KJx

gal

ltx

lt

Kgx

Kg

Kcalxm

h

KJx

Q

Qn

pecombustibl

A

860

3600785.396.09600

10844.572 6


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Mquinas Trmicas

25

h

gal

Kcal

KJx

gal

ltx

lt

Kgx

Kg

Kcalx

h

KJx

m 94.4358

860

3600785.396.096009.0

10844.572 6

Por tanto:

$0764.98

7500$3

94.4358

millonesGasto

ao

hx

galx

h

galxGasto

10.Para los siguientes datos:TG TV

Costo Especf. Inversin (US$/KW): 300 1200

Costo OyM Fijo (US$/KW-mes) 0,25 0.75Costo Variable No Combustible 3,5 5,0Eficiencia (%) 37 42Combustible Gas Natural CarbnPoder Calorfico 36,3 MJ/m3 7000 kcal/tonPrecio 0,0882 US$/m3 80 US$/ton

a. Hallar la funcin de costos de las dos alternativasSolucin:

Funcin de costos para Turbina a Gas:

Sabemos que:

xtCVNCCVCCOxMFCEIxFRCCTTg )(

De los datos:

US$/KW047.44

1468.01)12.01(

)12.01(12.0

1)1(

)1(

300

15

15

CEIxFRC

i

iiFRC

CEI

n

n



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Mquinas Trmicas

26

Kwh

US$035.0

Kwh

US$0236.0

729.9729US$

104297.2

US$104297.2

m

MJ3.36

m

US$

0882.0Pr

/729.972937.0

36003600

Pr

6

6

3

3

CVNC

CVC

Kwh

KJx

KJxCVC

KJxecio

KwhKJn

HR

ecioxHRCVC


xtCTTg )035.00236.0(3047.44

ao-Kwh

US$)0586.0(047.47 xtCTTg

Funcin de costos para Turbina a Vapor:Sabemos que:

xtCVNCCVCCOxMFCEIxFRCCTTV )(

De los datos:

US$/KW189.176

1468.01)12.01(

)12.01(12.0

1)1(

)1(

1200

15

15

CEIxFRC

i

iiFRC

CEI

n

n



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Mquinas Trmicas

27

Kwh

US$05.0

Kwh

US$401.23

619.2047Kcal

US$10428.11

Kcal

US$10428.11

ton

Kcal7000

ton

US$

80Pr

/619.204742.0

860860

Pr

3

3

CVNC

CVC

Kwh

KcalxxCVC

xecio

KwhKcaln

HR

ecioxHRCVC


xtCTTV )05.0401.23(9189.176

ao-Kwh

US$)451.23(189.185 xtCTTV

b. Si se requiere una operacin de 7000 h/ao. Qu alternativa conviene?Para 7000h/ao:

En la turbina a gas:

ao-Kwh

US$247.457

ao-Kwh

US$7000)0586.0(047.47

Tg

Tg

CT

xao

hxCT

En la turbina a vapor:

Kw

US$19.164342

ao-Kwh

US$7000)451.23(189.185

TV

TV

CT

xao

hxCT

Por tanto para el tiempo de operacin (7000 h/ao) es recomendable usar una central

trmica a gas al ser ms econmica.


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Mquinas Trmicas

28

OTRAS:

1. Cite los tres sistemas de refrigeracin convencionales y diga cul sera el ms conveniente si sedesea instalar una planta de vapor en el desierto.

Solucin:a) Sistema de circuito abierto.

Es aquel en el que se toma el agua del medio natural, preferiblemente fra, se pasa a travs

de un intercambiador de calor donde se calienta, y finalmente se devuelve al medio natural.

Ya sea mar, lagos, ros.

Este sistema es el ms econmico.

b) Sistema de circuito semi-abierto o cerrado.En ste, el que el agua caliente se enfra al hacerla pasar a contracorriente a travs del aire

en una torre de refrigeracin. El agua una vez realizada su funcin es recirculada. Debido a

una prdida de agua por evaporacin, es necesario reponer agua para mantener el volumen

del circuito.

Por ejemplo: circuito de climatizacin con torre de refrigeracin o dispositivo similar.

c) Sistema de circuito cerrado.Es aquel en el que fluido receptor resta confinado en un anillo estanco, se pasa a travs de la

fuente, calentndose, se pone en contacto con el intercambiador disipndose el calor y por

ltimo vuelve otra vez a efectuar el ciclo.

Por ejemplo: radiador del coche.

Si se tuviera que instalar una planta en el desierto.Debido a que no se tiene ninguna fuente de agua, tendra que usarse el sistema de circuito

cerrado.


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Mquinas Trmicas

29

2. Mencione tres mejoras del ciclo Rankine.Solucin

AUMENTO DE TEMPERATURA INICIAL DEL VAPOR

EFECTOS1. Aumenta el volumen especfico del

vapor.

2. Reduce el esfuerzo admisible de losmateriales.

3. Aumenta el peso, calidad y costo delas tuberas.

15C 35% peso de la tubera

25C 70% peso de la tubera

AUMENTO DE LA PRESIN INICIAL DEL VAPOR

EFECTOS

1. Aumento de la potencia de la bomba.2. Modificacin del costo de la caldera3. Modificacin del costo de la turbina4. Modificacin del costo de la bomba de

agua de alimentacin.

5. Modificacin de la tubera de altapresin.


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Mquinas Trmicas

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DISMINUCIN DE LA TEMPERATURA DE CONDENSADO

EFECTOS

1. Aumenta la superficie til del ciclo ydisminuye el calor rechazado,

aumentando la eficiencia del ciclo.

2. Aumenta la humedad en el vapor deescape de la turbina y la masa de

volumen especfico de este.

3. Cul es la diferencia entre el ciclo Rankine Regenerativo con Sobrecalentamiento y el CicloRecalentamiento Regenerativo y con Recalentamiento.

Disminuye la irreversibilidad interna (calentamiento gradual del agua de alimentacin) Aumenta el rendimiento termodinmico Disminuye el trabajo especfico (trabajo / kg de vapor) Instalacin ms compleja Calentadores de superficie exigidos Riesgo de inundacin de calentadores y retorno de agua a turbina. Cantidad de calentadores en funcin de la potencia de grupo

4. Qu ventajas tiene las centrales trmicas a vapor, frente a las centrales con turbinas a gas?.Ventajas Turbinas a Gas Ventajas Turbinas a Vapor

Bajos costos de inversin especfica (enUSS/KW)

Buena eficiencia y especialmente encaso de ciclo combinado.

Mnimas restricciones para su ubicacin Poco espacio ymnimo de obras civiles Corto perodo de construccin Utilizan combustibles limpios (gas, Diesel

2)

Bajo nivel de emisin de contaminantes No se requiere de agua de refrigeracin Rpido arranque y toma de carga. Facilidad para conversin a ciclos

combinados o cogeneracin.

No requiere de zona de acumulacin decenizas o desechos de combustin.

Amplio rango de potencias: 30 a 1500MW

Pueden quemar distintos tipos decombustible: carbn, gas, petrleo,

biomasa (p.e. bagazo); etc.

Baja variacin de la eficiencia con lavariacin de carga.

Produccin de energa relativamenterentable

Las cenizas producidas durante lacombustin pueden usarse en la

construccin.


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Mquinas Trmicas

Grupo1.Trabajo m.termicas

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