PROYECTO EQUIPOS TERMICOS

7/29/2019 PROYECTO EQUIPOS TERMICOS

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PROYECTO EQUIPOS TERMICOS

INFORME PROYECTO 1 GRUPO 13

Mara Bergua Estvez

Emiliano Gonzlez Trigueros


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ndice:

1.Introduccin2.Estudio del ciclo Rankine3.Caldera4.Diseo del intercambiador5.Conclusiones


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1.Introduccin:En el siguiente proyecto vamos a realizar un estudio de un ciclo de una central degeneracin de potencia. Esta generacin consiste en una caldera que toma el calor de un

aceite de una planta termosolar y lo aprovechamos para evaporar agua y crear un ciclorankine.

El anlisis de esta parte del proyecto ser realizado con el programa CyclePad. Ya quehar mucho ms manejable el trabajo.

Luego analizaremos la caldera que usamos para hacer realidad el ciclo. Una veztengamos al caldera disearemos un intercambiador de calor de tubos, de flujo cruzadoque sirva como precalentador para la central. A la hora de disear el intercambiadorusaremos las normas de TEMA.

A la hora de resolver el intercambiador de calor hemos usado el programa Mathcadcomo ayuda para iterar y realizar clculos de manera sencilla.


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2.Ciclo rankine:Se nos pide calcular el siguiente ciclo:

Para ello usamos el cyclepad y nos da los siguientes resultados:


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Para facilitar la lectura de los resultados tambin adjuntamos una tabla que resume elciclo:

Los resultados netos del ciclo son:

Como vemos se nos pidi una central de 135MW,y la nuestra ofrece 136,711MW. Por lo tanto antela pequea diferencia damos por bueno el ciclo.

Entalpa (kJ/kg) Temperatura (C) Presin (bar) m-dot (kg/s)

S8 3,10 405,00 105,00 120,00

S11 2,56 151.9 5,00 120,00

S27 2,56 151.9 5,00 8.40

S13 2,56 151.9 5,00 111.6

S14 2,35 99.63 1,00 111.6

S39 2,35 99.63 1,00 4.69

S15 2,35 99.64 1,00 106.9

S16 2,24 75.88 0.4 106.9S38 2,24 75.88 0.4 6.20

S17 2,24 75.88 0.4 100.7

S18 1,86 3.76 0.008 100.7

S19 1,77 3.76 0.008 106.9

S20 15.81 3.76 0.008 106.9

S21 16.41 3.79 5,00 106.9

S37 33.25 7.8 5,00 111.6

S30 417.5 99.56 5,00 4.69

S32 317.6 3.76 0.008 6.2S36 139.8 33.28 5,00 111.6

S35 417.5 99.63 1,00 4.69

S41 317.6 75.88 0.4 6.2

S40 220.8 52.65 5,00 111.6

S28 384.9 91.81 5,00 120,00

S9 396.4 92.72 105,00 120,00


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Si dibujamos el diagrama T-S del ciclo obtenemos:


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3.Caldera:Tenemos que separar la caldera en precalentador, sobrecalentador y evaporador. Paraesto usamos tambin cyclepad ya que sabemos que en el precalentador nos movemos

hasta liquido saturado, luego en el evaporador nos movemos hasta gas saturado y apartir de ah ya es el sobrecalentador. El circuito que implementamos es:

T=405C

P=105 bar

H=3,101kJ/kg

m-dot=120 kg

T=92.72C

P=105 bar

H=396.4kJ/kg

m-dot=120 kg

T=314.6C

P=105 bar

H=1,429kJ/kg

m-dot=120 kg

T=314.6C

P=105 bar

H=2,715kJ/kg

m-dot=120 kg


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Al igual que con la caldera presentamos los resultados con una tabla.

Entalpa (kJ/kg) Temperatura (C) Presin (bar) m-dot (kg/s)

S1 396.4 92.72 105.000 120.000

S2 1.429 314.6 105.000 120.000

S3 2.715 314.6 105.000 120.000

S4 3.101 405.000 105.000 120.000


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4.Intercambiador de calor:Los pasos seguidos a la hora de realizar el proyecto son:

1. Calculo de la masa de aceite que circula por la calderaPara el calculo de la masa de aceite planteamos un equilibrio energtico en la caldera:

Donde el fluido A es agua y el B aceite:

El gasto masico de agua lo elegimos para que nuestracentral nos suministre la potencia que necesitamos. Elincremento de entalpia del agua lo sacamos del ciclepad delciclo completo asi como la diferencia de temperaturas.


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2. Calculo de las temperaturas del intercambiador que vamos a disear:Con el diseo de al caldera que se ha explicado anteriormente es muy fcil sacar lastemperaturas del intercambiador. La temperatura del agua a la entrada y a la salida latenemos asi como su variacin de entalpia. Ya que el CyclePad nos da esa informacin.

A su vez tenemos como dato de problema la temperatura de entrada del aceite por loque hacemos un balance energtico del sobrecalentador, para calcular la temperatura deentrada al evaporador. Con esta temperatura realizamos un balance energtico delevaporador para saber la temperatura de entrada al precalentador y a su vez lo hacemosdel precalentados para comprobar que la temperatura de salida es correcta.

3. Propiedades de los fluidos:Las propiedades de los fluidos se obtienen de tablas en las que tomamos comotemperatura de referencia la temperatura media para cometer el minimo error posible.

En este punto hacemos la distincin entre el fluido frio de nuestro intercambiador, elagua que circulara por los tubos y el fluido caliente, el aceite que circulara por lacarcasa. En el archivo Mathcad subincides f y c significan frio y calienterespectivamente.

4. Calculo del coeficiente por conveccin del intercambiador:Esto es un proceso iterativo que viene detallado paso a paso

4.1.Suposicin de Fc y calculo de la masa en flujo cruzado:

Para comenzar la iteracin siempre tenemos que dar un valor incial aproximado, ennuestro caso hemos elegido el valor de:

4.2.Datos de intercambiador:

Este paso es muy importante ya que es el paso donde vamos a disear elintercambiador. Todas las elecciones estn buscadas en TEMA o se pueden calcularusando ecuaciones geomtricas o vienen en las diapositivas de clase.

Lo primero que definimos son el dimetro de la carcasa y los dimetros de los tubos.Estos estn normalizados por TEMA, parecen valores muy raros con decimales peroesque TEMA trabaja con valores enteros o casi enteros en inches. Escogemos:


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Con esto vamos a la tabla:

Y calculamos el dimetro interno que nos da un valor de 0.02m

Para cumplir con una especificacin de diseo de intercambiadores de:

Lo que hacemos es calcular Ltp, igualando esa expresin a 1.25.

Como la velocidad en el interior de los tubos tiene que estar comprendida entre 1 y 3, yaque si es mas lenta tendremos mas problemas de ensuciamiento y corrosin y si es masrpida los tubos tendran vibraciones y se romperan. Elegimos el valor de la velocidad1, y con este fijado calculamos el numero de tubos que necesitamos con esa velocidad,

un caudal y una seccin de los tubos.

El numero de tubos tiene que ser un valor constante por lo que si quedan decimales loaproximaremos a un valor entero prximo. En nuestro caso como hemos elegido lavelocidad minima nos aproximaremos a un valor inferior al mismo para no salirnos delrango anteriormente explicado.


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tt lo definimos como Ltb entre dos y Ltb se saca del manual de TEMA. Tb se elige perodebe ser mayor de 50mm para nuestros tamaos.

La disposicin de los tubos elegida es triangular con angulo de 30

Las tuberas que se eligen son de cobre ya que es un muy conductor del calor.

4.3.Clculos de las enes para corregir la Fc:

La formula empleada para el calculo de cada n es:

Salvo que sea una n que se obtiene a partir de las dems enes.


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Como vemos tenemos que calcular las areas y los coeficientes de perdidas. Cada unousa una ecuacin que vienen definidas en los apuntes de clase:

4.4.Calculo de la nueva Fc:

Con estos valores calculamos la nueva Fc

Una vez llegados a este punto los que hacemos es poner el valor de la nueva Fc en el dela antigua y volver a realizar los clculos hasta que converja.

5. Calculo del coeficiente por conveccin: Se calcula a partir de la siguientecorrelacion:

6. Calculamos la resistencia total del circuito trmico:El esquema trmico del nuestro intercambiador de calor de calor es:


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Los ensuciamientos se sacan de tablas. La formula de la conduccin del libroFundamentos de transferencia de calor, Incropera. Y con eso calculamos la resistenciatotal del circuito.

Para la conveccin interna utilizamos la correlacion de dittus bolter. Para ellos

calculamos el numero de Reynolds y de Prandtl. Con estos utilizamos la correlacion yobtenemos hint.

7. Calculamos la longitud del intercambiadorLa longitud del intercambiador se obtiene directamente de la formula:

Donde la formula del incremento de temperaturas logartmicos lo obtenemos del libro,Fundamentos de transferencia de calor, asi como la formula del calor. En nuestro caso

no realizamos correccin de nuestro incremento de temperaturas ya que elegimos unpaso por carcasa eso es lo que nos lleva a tener un intercambiador de semejanteslongitudes. La longitud es 135 metros.

Si tuviramos problemas con esta longitud o con el tamao del intercambiador lo quedeberamos hacer es colocar intercambiadores en pararlelo para asi reducir el tamao delos mismos.


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5.Conclusiones:En este proyecto se puede apreciar como empezando por un ciclo que podemos disearo nos puede venir impuesto podemos analizarlo y disear partes del mismo. En esta

asignatura se ha trabajado con un intercambiador de calor y una torre de refrigeracinpero esto es aplicable a todo el ciclo.

Tambien es destacable como el uso de programas de programacin como Matlab oMathcad nos ayudan a reducir las horas de trabajo y el tiempo que tardaramos encalcular usando una calculadora para problemas de este tamao y mas grandes. Y verasi como un mtodo iterativo que a simple vista o a mano parece tedioso se convierte enun tramite sencillo.

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