Monografia Fuerza Motriz Termica - Dise±o de una central Termica

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  • 7/25/2019 Monografia Fuerza Motriz Termica - Diseo de una central Termica

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    CALCULO, DIMENSIONAMIENTO YSELECCIN DE EQUIPOS DE UNA

    PLANTA DE CICLO COMBINADO CONCOGENERACIONMN-153-A FUERZA MOTRIZ TERMICA

    09/05/20132013-1

    Ing. Dulio Aguilar

    UNIVERSIDAD

    NACIONAL DEINGENIERAFacultad De Ingeniera Mecnica

    Chocce Rios Jesus20090290H

    Monroy Espinoza20107018I

    Sandoval Chavez Henry20092006E

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 1

    MONOGRAFIA

    CALCULO

    DIMENSIONAMIENTO Y

    SELECCIN DE EQUIPOS

    PARA UNA PLANTA DE CICLO

    COMBINADO CON

    COGENERACION

  • 7/25/2019 Monografia Fuerza Motriz Termica - Diseo de una central Termica

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 2

    CONTENIDO

    CONTENIDO ..................................................................................................................2

    I.-FUNDAMENTO TEORICO ...........................................................................................3

    II.-ANALISIS DE LOS RECURSOS POTENCIALMENTE APROVECHABLES................8

    III.-CARACTERISTICAS PRINCIPALES DEL COMBUSTIBLE A EMPLEAR (GAS

    LICUADO DE PETROLEO)............................................................................................ 12

    IV.-POBLACION E INDICADORES ENERGETICOS POR REGION A TRAVES DE LOS

    AOS ............................................................................................................................ 12

    V.- CLCULO DE LAS NECESIDADES DE ENERGA PROYECTADA A PARTIR DE LA

    SITUACIN ACTUAL .................................................................................................... 19

    VI.-CALCULO DEL CICLO TERMODINAMICO ............................................................. 25

    VII.-SELECCIN DE EQUIPOS ..................................................................................... 42

    VIII.- BIBLIOGRAFIA...................................................................................................... 44

    IX.-ANEXO ..................................................................................................................... 44

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 3

    I.-FUNDAMENTO TEORICO

    CICLO DE VAPOR - BRAYTON

    1. GENERALIDADES

    1.1. Parmetros de diseo de una Central de Cogeneracin

    Para establecer un sistema de cogeneracin en una planta industrial se requiere

    considerar los siguientes aspectos:

    Consumo o requerimiento de energa elctrica (E) expresado en kilowatios.La empresa industrial que quiera instalar un sistema de cogeneracin debe

    requerir y consumir energa elctrica. Consumo o requerimiento de energa primaria (Qs) expresado en kilowatios

    trmicos. La empresa industrial que quiera instalar un sistema decogeneracin debe requerir y consumir energa primaria para generarenerga trmica til. Normalmente sta la provee un combustible como elgas natural, combustleo o diesel, entre otros.

    Consumo o requerimiento de energa trmica til (Q=Qu) expresadogeneralmente en trminos de kilowatios trmicos. La empresa industrialque quiera instalar un sistema de cogeneracin debe requerir y consumir

    energa trmica til para la elaboracin de sus productos bienes o servicios,por lo regular en forma de un fluido caliente, ya sea vapor o gases calientes.Esta energa trmica til es autogenerada por las empresas industriales enel seno de su empresa a travs de equipos de combustin (calderas ocalentadores a fuego directo).

    Esta energa trmica se relaciona directamente con el combustible suministrado

    (Qs) con la siguiente frmula:

    = =

    ( )

    () (1)

    h = Eficiencia de generacin de la caldera (%)

    Qu = Calor til proporcionado por el vapor generado (KJ)

    Qs = Calor suministrado por el combustible quemado (KJ)

    mv = Flujo de vapor (kg/h)

    hv = Entalpa de vapor (kJ/kg)

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 4

    ha = Entalpa de agua de alimentacin (KJ/kg)

    PCI = Poder calorfico del combustible (KJ/m3)

    mc = Flujo de combustible (m/h)

    En la figura se representan los tres requerimientos antes descritos que sonrequisitos para instalar un sistema de cogeneracin.

    Figura 1. Suministro de energticos a usuarios sin un sistema de cogeneracin.

    1.2. CICLO RANKINE

    El ciclo de Rankine es unciclo termodinmico que tiene como objetivo laconversin decalor entrabajo, constituyendo lo que se denomina unciclo depotencia.Como cualquier otro ciclo de potencia, su eficiencia est acotada por laeficiencia termodinmica de unciclo de Carnot que operase entre los mismos

    focos trmicos (lmite mximo que impone el Segundo Principio de laTermodinmica). Debe su nombre a su desarrollador,elingeniero yfsicoescocsWilliam John Macquorn Rankine.

    Desde el punto de vista netamente termodinmico, bajamos la temperaturade la fuente fra, mejorando por lo tanto la eficiencia del ciclo.

    Desde el punto de vista mecnico, la presin en el condensador es muyinferior a la atmosfrica, lo que hace que la mquina opere con un salto depresiones mayor, lo que aumenta la cantidad de trabajo recuperable porunidad de masa de vapor.

    http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_termodin%C3%A1micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ciclo_de_potencia&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ciclo_de_potencia&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_Carnothttp://es.wikipedia.org/wiki/Ingenierohttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Escociahttp://es.wikipedia.org/wiki/William_John_Macquorn_Rankinehttp://es.wikipedia.org/wiki/William_John_Macquorn_Rankinehttp://es.wikipedia.org/wiki/Escociahttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ingenierohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_Carnothttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ciclo_de_potencia&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ciclo_de_potencia&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Calorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_termodin%C3%A1mico
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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 5

    El ciclo Rankine es un ciclo de potencia representativo del proceso termodinmicoque tiene lugar en una central trmica de vapor. Utiliza un fluido de trabajo quealternativamente evapora y condensa, tpicamente agua (si bien existen otros tipos

    de sustancias que pueden ser utilizados, como en los ciclos Rankine orgnicos).Mediante la quema de un combustible, el vapor de agua es producido en unacaldera a alta presin para luego ser llevado a una turbina donde se expande paragenerar trabajo mecnico en su eje (este eje, solidariamente unido al de ungenerador elctrico, es el que generar la electricidad en la central trmica). Elvapor de baja presin que sale de la turbina se introduce en un condensador,equipo donde el vapor condensa y cambia al estado lquido (habitualmente el calores evacuado mediante una corriente de refrigeracin procedente del mar, de unro o de un lago). Posteriormente, una bomba se encarga de aumentar la presindel fluido en fase lquida para volver a introducirlo nuevamente en la caldera,cerrando de esta manera el ciclo.

    Existen algunas mejoras al ciclo descrito que permiten mejorar su eficiencia, comopor ejemplo sobrecalentamiento del vapor a la entrada de la turbina,recalentamiento entre etapas de turbina o regeneracin del agua de alimentacina caldera.

    Existen tambin centrales alimentadas mediante energa solar trmica (centralestermosolares), en cuyo caso la caldera es sustituida por un campo de colectorescilindro-parablicos o un sistema de helistatos y torre. Adems este tipo decentrales poseen un sistema de almacenamiento trmico, habitualmente de salesfundidas. El resto del ciclo, as como de los equipos que lo implementan, seran

    los mismos que se utilizan en una central trmica de vapor convencional.

    Figura 2. Diagrama T-S Ciclo Rankine

    2. ANLISIS MATEMTICO

    2.2. Condensador

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    Calculo, dimensionamiento y seleccin de equipos de una planta de ciclocombinado con cogeneracin

    MN 153 FUERZA MOTRIZ TERMICA Pgina 6

    El condensador termodinmico es utilizado muchas veces en la industria delarefrigeracin,elaire acondicionado en la industria naval y en la produccin deenerga elctrica, encentrales trmicas onucleares.

    Adopta diferentes formas segn el fluido y el medio. En el caso de un sistemafluido/aire, est compuesto por uno tubo de dimetro constante que curva 180cada cierta longitud y unas lminas, generalmente de aluminio, entre las quecircula el aire.

    Un condensador es un cambiador decalor latente que convierte el vapor de suestado gaseoso a su estado lquido, tambin conocido c