plantas ciclo rankin

PLANTAS TERMICAS

EVALUACION CENTRAL ELECTRICA MARTIN DEL CORRAL

JOSE FABIAN QUIONEZ

CODIGO: 2120121045

PRESENTADO AL ING: AGUSTIN VALVERDA GRANJA

UNIVERSIDAD DE IBAGUE

TOLIMA

2015

INTRODUCCION

El presente informe se realiz con el fin de obtener la eficiencia del ciclo Rankine de la

Central Termoelctrica Martn del Corraly los consumos especficos de combustible y

vapor necesarios para producir la potencia requerida para cada una de las unidades

que la conforman.

La Central Termoelctrica Martn del Corral, tambin conocida como Termo zipa, est

situada a 40 kilmetros al norte de Bogot, sobre la margen izquierda del ro del mismo

nombre, cerca al municipio de Tocancip, a una elevacin de 2.650 m sobre el nivel del

mar y con una temperatura media de 12C.

En este momento cuenta con tres unidades de generacin de vapor, las cuales utilizan

como combustible primario el carbn, abundante en la zona, y como combustibles

opcionales y para arranque aceite pesado No. 6 y ACPM.

La central que inici operaciones en el ao de 1963 con la Unidad No.1 (actualmente

desactivada) es una de las dos plantas de generacin trmica con las que cuenta

EMGESA S.A ESP.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Aplicar los conceptos aprendidos en la asignatura de plantas trmicas para

poder calcular los consumos especficos de combustible y vapor requeridos

para generar la potencia neta requerida en cada una de las unidades que

conforman la central termoelctrica Martin del Corral. (termo zipa)

OBJETIVOS ESPECIFICOS

calcular la eficiencia real del ciclo haciendo uso del mtodo de los rendimientos

vistos en clase.

Determinar la eficiencia mxima que podra llegar a desarrollar la central por

medio del mtodo exergtico.

calcular la eficiencia trmica de las calderas de cada una de las unidades que

conforman la central, as como la eficiencia de combustin que estas

desarrollan.

Calcular el rendimiento instantneo elctrico de cada unidad.

Determinar las propiedades de cada uno de los estados que conforman el ciclo

Rankine.

QUE SON LAS CENTRALES TERMO ELECTRICAS

Figura 1. Esquema de una central termoelctrica

Fuente: [http://www.cplatina.com/oficial/es/noticas/73-que-es-una-central-termoelectrica]

Una central termoelctrica es una instalacin empleada en la generacin de energa elctrica a partir de la energa liberada en forma de calor, Normalmente mediante la combustin de combustibles fsiles como petrleo, gas natural o carbn. Este calor es empleado por un ciclo termodinmico convencional para mover un alternador y producir energa elctrica.

Algunas centrales termoelctricas contribuyen al efecto invernadero emitiendo dixido

de carbono. No es el caso de las centrales de energa que al no quemar ningn

combustible, no lo hacen. Tambin hay que considerar que la masa de este gas emitida

por unidad de energa producida no es la misma en todos los casos: el carbn se

compone de carbono e impurezas. Casi todo el carbono que se quema se convierte en

dixido de carbono -tambin puede convertirse en monxido de carbono si la

combustin es pobre en oxgeno-. En el caso del gas natural, por cada tomo de

carbono hay cuatro de hidrgeno que tambin producen energa al convertirse en agua,

por lo que contaminan menos por cada unidad de energa que producen y la emisin

de gases perjudiciales procedentes de la combustin de impurezas -como los xidos de

azufre- es mucho menor.

Cuando el calor se obtiene mediante la fisin controlada de ncleos de uranio la central

se llama central nuclear. Este tipo de central no contribuye al efecto invernadero, pero

tiene el problema de los residuos radioactivos que han de ser guardados durante miles

de aos y la posibilidad de accidentes graves. [1]

Componentes principales de una central trmica convencional

Caldera: Figura 2. Esquema de una caldera

Fuente: [https://www.google.com.co/search?q=calderas&biw]

La caldera, en la industria, es una mquina o dispositivo de ingeniera diseado para

generar vapor. Este vapor se genera a travs de una transferencia de

calor a presin constante, en la cual el fluido, originalmente en estado lquido, se

calienta y cambia su fase a vapor saturado.

Segn la ITC-MIE-AP01, caldera es todo aparato de presin donde el calor procedente

de cualquier fuente de energa se transforma en energa utilizable, a travs de un

medio de transporte en fase lquida o vapor.

La caldera es un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas un set

de intercambiadores de calor, en la cual se produce un cambio de fase. Adems,

es recipiente de presin, por lo cual es construida en parte con acero laminado a

semejanza de muchos contenedores de gas. [2]

Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, la

caldera es muy utilizada en la industria, a fin de generarlo para aplicaciones como:

Esterilizacin (tindarizacin): era comn encontrar calderas en los hospitales, las

cuales generaban vapor para "esterilizar" el instrumental mdico; tambin en

los comedores, con capacidad industrial, se genera vapor para esterilizar

los cubiertos, as como para elaborar alimentos en marmitas (antes se crey que

esta era una tcnica de esterilizacin).

Para calentar otros fluidos, como por ejemplo, en la industria petrolera, donde el

vapor es muy utilizado para calentar petroleos pesados y mejorar su fluidez.

Generar electricidad a travs de un ciclo Rankine. La caldera es parte fundamental

de las centrales termoelctricas.

En este espacio el agua se transforma en vapor, cambiando su estado. Esta accin se

produce gracias a la combustin del gas natural (o cualquier otro combustible fsil que

pueda utilizar la central), con la que se generan gases a muy alta temperatura que al

entrar en contacto con el agua lquida la convierten en vapor. El agua que se

transforma en vapor circula por unas caeras llamadas serpentines, donde se produce

el intercambio de calor entre los gases de la combustin y el agua. [3]

Turbina de vapor:

Figura 3. Turbina de vapor

Fuente: [www.google.com.co/search?q=turbina]

Mquina que recoge el vapor de agua y que, gracias a un complejo sistema de

presiones y temperaturas, consigue que se mueva el eje que la atraviesa. Esta turbina

normalmente tiene varios cuerpos, de alta, media y baja presin, para aprovechar al

mximo el vapor de agua.

El eje que atraviesa los diferentes cuerpos est conectado con el generador.

Generador

Figura 3. Turbina de vapor

Fuente: [http://es.wikipedia.org/wiki/Generador_el%C3%A9ctric]

Mquina que recoge la energa mecnica generada en el eje que atraviesa la turbina y

la transforma en elctrica mediante induccin electromagntica. Las centrales elctricas

transforman la energa mecnica del eje en una corriente elctrica trifsica y alterna.

CENTRAL TERMOELECTRICA MARTIN DEL CORRAL

La central termoelctrica Termozipa se encuentra ubicada en el municipio de

Tocancipa en el Departamento de Cundinamarca, es una central trmica a carbn,

consta de cinco unidades de las cuales estn en funcionamiento cuatro (Termozipa2

Termozipa3 Termozipa4 Termozipa5), ya que Termozipa1 sali de funcionamiento en

mayo de 1992.

La unidad nmero dos emplea una caldera Foster welleer cuya capacidad mxima de

produccin de vapor es de 155,6 toneladas hora de vapor a 482C y 63,3Kg/cm de

presin, cuenta con un conjunto turbina-generador General electric de 37,5MW con una

tensin de salida de 13,8kV, los cuales son elevados por un banco de transformadores

monofsicos a una tensin de 115kV.

Las Unidades 1 y2 son de propiedad de la Empresa de Energa de Bogot EEB y las

Unidades 4 Y 5 son propiedad de ISAGEN S.A. La capacidad total instalada de la

Central, es de 235 MW.

Las unidades nmero tres, cuatro y cinco emplean caldera Distral cuya capacidad

mxima de produccin de vapor es de 276 toneladas hora de vapor a 513C y 87.9

Kg/cm de presin, cuenta con un conjunto turbina-generador Hitachi de 37,5MW con

una tensin de salida de 13,8kV, los cuales son elevados por un banco de

transformadores monofsicos a una tensin de 115kV

Los arranques de la caldera operan con ACPM y FUEL-OIL consumiendo

generalmente 6.000 galones en un arranque normal y como combustible principal

emplea carbn para elevar la temperatura del agua hasta el punto de ebullicin y

producir el vapor de agua necesario para accionar el conjunto turbina-generador.

En Termozipa se emplean molinos que pulverizan el carbn (Ver figura 4) a un tamao

inferior a 200mesh, el consumo de carbn en operacin plena es aproximadamente de

30 toneladas por hora, para filtrar las partculas de los desechos de la combustin se

emplea un precipitador electrosttico, el vapor generado en la caldera se acumula en

[4]la parte superior del tambor principal, el cual est fabricado por lminas con un

espesor de 4 con 50 toneladas de peso y a 40m de altura.

Para tener un control en el proceso de generacin de energa elctrica, Termozipa

emplea un sistema neumtico que maneja las cuatro vlvulas reguladoras que admiten

mayor o menor cantidad de vapor de acuerdo a la demanda requerida de generacin;

este sistema puede ser operado de manera manual o automtica desde la casa de

control.

Cuando el vapor llega con un peso de 20 toneladas a la turbina, genera un movimiento

en el rotor de 3.600rpm, sobre este rotor se encuentran trece tambores de aspas; el eje

de la turbina se encuentra acoplado al eje del generador y as entrega 13,8kV que son

elevados por bancos de transformadores a 115kV los cuales son transportados a travs

de las lneas Sol1, Sol2, Tibabyes, Sesquil y Agafado-Leona.

El vapor al salir de la turbina, va a un condensador tubular (Ver figura 5) con

aproximadamente 518 tubos fabricados en un material altamente conductor de calor,

all la refrigeracin es realizada con agua del ro Bogot cuya temperatura promedio es

de 16C y alcanza una temperatura de 28C al condensar el vapor, esta agua

disminuye su temperatura por medio de torres de refrigeracin para poder ser enviada

nuevamente al ro; el agua condensada se emplea para alimentar la caldera

CALDERA Y EQUIPOS AUXILIARES

La Unidad generadora de vapor, es marca Distral, tiene una capacidad para generacin

de 276000 kg/h a una presin de 92 kg/cm y una temperatura de 513 C a la salida del

sobre calentador, con una eficiencia del 86,36%. La presin de diseo de la caldera es

de 105,5 kg/cm.

La caldera es de tipo tubera de agua, con circulacin natural, soportada en la parte

superior, tiro balanceado y con enfriamiento por agua en las paredes. Adems, est

equipada con un sobrecalentador de tubera sin costuras, conectada a cabezales, de

suficiente capacidad para suministrar vapor a la salida del mismo a una temperatura de

513 C.Tiene instalados en paralelo dos precalentadores de aire tipo tubular que

utilizan para su funcionamiento el gas a la salida del hogar.

La caldera ha sido diseada y equipada para operar a plena carga utilizando carbn

pulverizado, para lo cual cuenta con un equipo de pulverizacin que consta de tres

sistemas completos, cada uno capacitado para operar al 50% de la carga; cada

sistema comprende alimentador, triturador secador, pulverizador, clasificador, ductos,

ventiladores de aire primario y de sello.

La caldera posee un sistema completo de quemadores para carbn pulverizado, fuel

ol, ACPM independientemente o en combinacin. El equipo de combustin consiste en

nueve quemadores, dispuestos en tres.

Para el suministro de aire de combustin y para la extraccin de los gases, la caldera

tiene instalados dos ventiladores de tiro forzado y dos de tiro inducido respectivamente.

El agua de alimentacin de la caldera es tomada del tanque de depsito de desaireador

y llevada por medio de tres bombas centrifugas, de nueve etapas, al tambor superior de

sta. Cada bomba tiene una capacidad de 150000 kg/h contra una cabeza total

dinmica de 10 kg/cm.

Tabla 1: datos condiciones ambientales Zipaquir

CONDICIONES DE ZIPAQUIRA CUNDINAMARCA PROPIEDAD TEMPERATURA

(K) TEMPERATURA (C)

PRESION (Kpa)

ENTALPIA (KJ/KG)

ENTROPIA (KJ/KG)

VALOR 11,25 2.84

Fuente: autor

Tabla 2 datos eficiencias

Eficiencias ciclo

TURBINA 0.96

GENERADOR 0,98

BONBAS 0,9

TUBOS 0,99

Fuente: autor

Tabla 3: datos presiones y temperatura

PRESIONES Kg/cm2 (manomtrica)

Kpa (Absoluta )

P2 87.4 8697,44

P3 34 3411,86

P4 17 1744,53

P5 12 1254,19

P6 7 763,86

TEMPERATURA C K

2 510 783 Fuente: autor

ANALISIS SEL CICLO

El ciclo que se lleva a cabo en la central termoelctrica Martin del Corral se encuentra

representado en el siguiente esquema:

Figura 4. Esquema del ciclo

fuente : [autor]

CALCULOS DE LOS ESTADOS

Se parte de los datos conocidos de 2

Estado 2

2 = 8697,44 2 = 510 = 783

Datos obtenidos

2 = 0,0383

2 = 3414,04

2 = 6,708

El fluido en vapor sobrecalentado clculo de la exergia con la ecuacin 1

2 = [2 0] 0[2 0]

2 = [3414,04

285,284

] (11,5 + 273) [6,708

1,724

]

2 = 3128,75

1415,45

= 1713,3

Con estos datos se procede a calcular las propiedades del estado 2 sabiendo que la

turbina es isentropica, pero debido a la longitud de la tubera se sabe que las

propiedades varan se procede a utilizar la ecuacin 2

2 = 86048,41 2 = 2 = 6,708

=h2

h2 [ 2]

Despejando:

h2 =h2

h2 =3414,04 /

0,99 =3448.52

Ahora con la presin y la entalpia se va al programa de termo graf y se proceden a

calcular las propiedades faltantes

2 = 523.83 = 783 2 = 0,0393

2 = 6,752

el fluido se encuentra en estado de vapor sobrecalentado sabiendo esto se procede a

calcular la exergia del estado 2 utilizando las ecuaciones 1 reformulada para el estado

2 = [3448,5,2

285,284

] (11,5 + 273) [6,752

1,724

]

2 = 3163,23

1430,466

= 1732,77

Estado 3

Para el clculo del estado tres tenemos que la turbina es isentropica y se tienen los

siguientes datos

3 = 3411,66 2 = 3 = 6,708

con estos datos nos dirigimos a termo Graf y calculamos las propiedades faltantes

2 = 359,58 = 632,73 2 = 0,0803

3 = 3128,11

El fluido se encuentra en estado de vapor sobrecalentado y se procede

2 = [3128,11

285,284

] (11,5 + 273) [6,7,08

1,724

]

2 = 2842,82

1417, ,94

= 1424

Estado 3

para calcular el estado 3 se tiene la presin y se utiliza la ecuacin 3`

=2 32 3

[ 3]

Despejamos 3

3 = 2 0,96(2 3)

3 = 3414,04

0,96(3414,04

3128,11

)

3 = 3414,04

274,49

= 3139,55

Con estos valores se va a termo Graf y se calculan las otras propiedades faltantes

3 = 364,38 = 637,53 3 = 0,0813

3 = 6,726

El fluido se encuentra en vapor sobrecalentado ahora se procede la exergia con la

ecuacin 1 reformulada para el estado

3 = [3139,55

285,284

] (11,5 + 273) [6,726

1,724

]

3 = [2854,26

] [1423,06

] = 1431,2

ESTADO 4

Se conoce la presin de P4= 1744,53 Kpa y ya que la turbina es isentropica se conoce

la entropa de la misma 2 = 4 = 6,708

y se calculan las propiedades faltantes

por medio de termo Graf

4 = 268,59 = 541,74 4 = 0,1353

4 = 2957,23

El fluido se encuentra en vapor sobrecalentado y se calcula su Exergia por medio de la

ecuacin 1 reformulada

4 = [2957,23

285,284

] (11,5 + 273) [6,708

1,724

]

4 = [2671,94

] [1417,94

] = 1254

ESTADO 4

Para el estado se conoce la presin P4= 1744,53Kpa y se utiliza la ecuacin 3

despejada y reformulada

4 = 3 0,96(3 4)

4 = 3139,55

0,96(3139,55

2957,23

)

4 = 3139,55

175,02

= 2964,53

Con estos valores vamos a termo graf y se calculan las propiedades faltantes

4 = 271,69 = 544,86 4 = 0,1363

4 = 6,721

El fluido se encuentra en vapor sobrecalentado y se procede a calcular la exerguia

4 = [288,25

285,284

] (11,5 + 273) [6,721

1,724

]

4 = [2626,26

] [1421,64

] = 1178,62

ESTADO 5





5 = 228,62 = 501,77 5 = 0,1743

5 = 2882,25

Para el estado se conoce la presin P4= 1744,53Kpa y se utiliza la ecuacin 3


5 = [288,25

285,284

] (11,5 + 273) [6,708

1,724

]

5 = [2596,96

] [1471,94

] = 1125,02

ESTADO 5

Para el estado se conoce la presin P4= 1254,19 Kpa y se utiliza la ecuacin 3


5 = 4 0,96(4 5)

4 = 2964,53

0,96(2964,93

2882,25

)

4 = 2964,83

78,98

= 2885,55

Con estos valores vamos a termo graf y se calculan las propiedades faltantes

5 = 229,99 = 503,14 5 = 0,1743

5 = 6,721

El fluido es un vapor sobrecalentado ahora se calcula la exergia

5 = [288,25

285,284

] (11,5 + 273) [6,721

1,724

]

5 = [2626,26

] [1421,64

] = 1178,62

ESTADO 6





6 = 174,05 = 447,20 6 = 0,2553

6 = 2779,78

6 = [2779,78

285,284

] (11,5 + 273) [6,708

1,724

]

6 = [2494,49

] [1417,94

] = 1076,55

ESTADO 6

Para el estado se conoce la presin P6= 763,86 Kpa y se utiliza la ecuacin 3


6 = 5 0,96(5 6)

6 = 2885,55

0,96(2885,55

2779,78

)

6 = 2885,55

101,53

= 2784,02

Se procede ir a termo Graf para para calcular las propiedades faltantes

6 = 175,82 = 448,97 6 = 0,2563

6 = 6,717

el fluido se encuentra en vapor sobrecalentado y se procede a calcular la exergia

6 = [2784.02

285,284

] (11,5 + 273) [6,717

1,724

]

6 = [2498,73

] [1420,50

] = 1078,23

Para hallar los estados 7 y 7 , 8 y 8` hay que hallar primero la presin de 8

8=

= 50,8 = 6,772

8 = 77,4 6 ,772

ESTADO 7

Para el estado 7 se conoce la presin P7= 235,25 Kpa y se utiliza la ecuacin 3


7 = 6 0,96(6 7)

7 = 2784,02

0,96(2784,02

2565,91

)

7 = 2784,02

209,38

= 2574,64

se va a termo Graf para calcular las propiedades que hacen falta

7 = 174,05 = 447,20 7 = 0,2553

7 = 2779,78

El fluido se encuentra en mezcla con una calidad 0,936 ahora se procede a calcular la

exigencia

7 = [2574,64

285,284

] (11,5 + 273) [6,729

1,724

]

7 = [2289,35

] [1423,92

] = 865,43

ESTADO 8

Se conoce la presin de P8= 70,62 Kpa y ya que la turbina es isentropica se conoce la

entropa de la misma 2 = 6 = 6,708

y se calculan las propiedades faltantes por

medio de termo Graf

8 = 90,13 = 363,8 8 = 2,0583

8 = 2380,051

el fluido se encuentra mezcla con una calidad de 0,877 se procede a calcular la exergia

8 = [2380,51

285,284

] (11,5 + 273) [6,708

1,724

]

8 = [2095,225

] [1417,94

] = 667,28

ESTADO 8

Para el estado 8 e conoce la presin P8= 235,25 Kpa y se utiliza la ecuacin 3


8 = 7 0,96(7 8)

8 = 2574,64

0,96(2574,64

2380,51

)

8 = 2574,64

186,36

= 2388,28

con estos resultados se va a termo Graf para calcular las propiedades faltantes

8 = 90,13 = 454,09 8 = 2,0063

8 = 6,729

el fluido es una mezcla con una calidad de 0,881 se calcula la exergia .

8 = [2388,28

285,284

] (11,5 + 273) [6,729

1,724

]

8 = [2102,996

] [1423,92

] = 679,07

ESTADO 9

se sabe que el estado 9 es un lquido saturado se conoce la presin P8 =P9 =

70,62Kpa con una calidad de X=0 se calculan las propiedades necesarias por medio de

termo Graf

9 = 90,13 = 363,8 9 = 0,001363

9 = 1,196

9 = 378,38

Con las propiedades se calculan la exergia del estado

9 = 378,38 (11,5 + 273) [1,196

1,724

]

9 = [93,096

] [1423,92

] = 243,31

ESTADO 10

BOMBA

Como se trata de la salida de la bomba se tiene 9 = 10 = 1,196

y P10= 1254,19

Kpa y que la bomba eleva la presin hasta la entrada del desairador con estos datos

voy al programa termo Graf y calculo las propiedades faltantes

10 = 90,24 = 363,39 10 = 0,001363

10 = 379,607

Con estos datos se procede a calcular la exergia

10 = 379,607 (11,5 + 273) [1,196

1,724

]

10 = [94,32

] [150,216

] = 244,536

ESTADO 10

Debido a las condiciones que se encuentra trabajando el ciclo, los puntos de 10 varan

un poco as que se proceden a hacer calculados, se tiene los siguientes datos

10 = 10 = 1254,19 Kpa

Para encontrar las propiedades se utiliza la ecuacin 5

=h10 h9h10 9

= 87%

10 =319,607 378,38

0,99+ 378,38

= 379, 74

10 = 90,27 = 363,42 10 = 0.001363

10 = 1,197

El fluido es un lquido comprimido se procede a calcular la exergia

10 = [379.74

285,284

] (11,5 + 273) [197,

1,724

]

10 = [94,45

] [150,216

] = 244,68

ESTADO 11

Como es la salida del intercambiador nmero 1 se tiene que es un lquido saturado y

que la presin es la misma dl estado 7

7 = 7 = 232,25

= 0

11 = 124,98 = 398,13 11 = 0,001653

11 = 525,00

11 = 1,581

Se procede a calcular las exergias

11 = [525,00

285,84] (11,5 + 273) [1,581

1,724

]

11 = [239,716

] [40,68

] = 280,39

ESTAD0 12

Para el clculo del estado 12 SE Tiene la misma presin del estado 8, y que l entalpia

del estado 11 es la misma del 12

8 = 12 = 70,62

11 = 12 = 525,00 /

Con estos dos valores entramo al programa de termo Graf y se calculan las dems

propiedades

12 = 90,13 = 363,286 12 = 0,1513

12 = 1,600

12 = [525,00

285,84] (11,5 + 273) [1,581

1,724

]

12 = [239,716

] [35,27

] = 274,98

ESTADO 13

Para calcular el estado 13 es necesario conocer las entalpias del estado 16 ya que ah

es donde el fluido se comporta totalmente como liquido saturado

Entalpia del estado h16

Este se calcula teniendo la

5 = 10 = 13 = 16 = 1254,19

Como es liquido saturado tiene una calidad de 0 X=0 , con estos valores se entra al

programa termo Graf , para calcular las propiedades faltantes

16 = 189,95 = 463,1 16 = 0,001143

16 = 807,49

16 = 2,235

Como ya se tiene la entalpia de estado 16 , se utiliza la ecuacin 6

13 =16 10

2+ 10 [ 6]

13 =807,49/ 397,609/

2+

397,609

= 593,54

al tener 13 y conociendo 5 = 10 = 13 = 16 = 1254,19 se hace uso del termo

Graf para hallar las propiedades correspondientes a ese estado

13 = 140,92 = 414,07 13 = 0,001083

13 = 1,747

Como ya tenemos los valores procedemos al clculo de las Exergias

13 = [593,54

285,84] (11,5 + 273) [1,747

1,724

]

13 = [308,25

] [35,27

] = 6,543

ESTADO 14

Como es la salida del intercambiador nmero 2 y se sabe que el estado que se trabaja

es isobrico, se tiene que un lquido saturado y que la presin es la misma presin del

estado 6

6 = 14 = 763,86

= 0

Con estos dos valores se va a termo Graf y se calculan las propiedades que hacen falta

14 = 168,48 = 441,63 14 = 0,0011133

14 = 712,377

14 =

2,026

Con las propiedades ya establecidas calculamos las Exergia

14 = [712,377

285,84] (11,5 + 273) [2,026

1,724

]

14 = [427,09

] [85,9

] = 341,19

ESTADO 15

Para calcular el estado 15 se sabe la presin de 7 = 15 = 232,25 y que la

entalpia de 14 = 15 = 712,377

con estos dos valores ingresamos al programa de

termo Graf y se calculan las propiedades faltantes

15 = 124,98 = 398,8 15 = 0,06693

15 = 712,377

15 = 2,052

El fluido es una mezcla con una calidad de X=0,085

como ya se tienen las propiedades necesarias se pasa a calcular la exergia del estados

15 = [712,377

285,84] (11,5 + 273) [2,052

1,724

]

15 = [427,09

] [93,316

] = 333,774

ESTADO 16

Como anteriormente se haban calculado las propiedades del estado ahora se procede

a calcular sus exergia

16 = [807,49

285,84] (11,5 + 273) [2,052

1,724

]

16 = [522,206

] [145,09

] = 377,11

ESTADO 17

Como el fluido est saliendo del desairador este sale en forma de lquido saturado y

con la presin de 5 as que 5 = 10 = 13 = 16 = 17 = 1254,19 y una calidad

X=0

con estos dos valores se ingresa al programa de termo Graf para calcular las dems

propiedades

17 = 189,97 = 463, 12 17 = 0,06693

17 = 807,49

17 = 2,235

Ya con las propiedades obtenidas calculamos exergia

17 = [807,49

285,84] (11,5 + 273) [2,235

1,724

]

17 = [522,206

] [145,09

] = 377,11

ESTADO 18

BOMBA 2

Tenemos que la bomba es isentropica entonces la entropa de 17 = 18 = 2,235

y

la

1 = 2 = 2 = 18 = 8697,44

18 = 190,63 = 463, 7 18 = 0,001133

18 = 815,51

18 = 2,235

18 = [815,51

285,284] (11,5 + 273) [2,235

1,724

]

18 = [530,226

] [145,37

] = 384,85

ESTADO 18

Debido a las condiciones de trabajo del ciclo los puntos 18 varian un poco asi que se

proceden hacer calculados. Se tienen los siguientes

18 = 18 = 8697,44

Para encontrar las propiedades faltantes se utiliza la ecuacin 5.

= 18 1718 17

5

Se despeja

18 = 815,51

807,49

0,9+ 807,49

18 = 816, .40

Con estos datos se encuentran las propiedades faltantes.

18 = 0,001133

18 = 2,236

18 = 190,63 = 463,7

La exergia 18 = 18

ESTADO 19

Tenemos que el fluido sale del intercambiador en forma de lquido saturado con una

calidad X=0 y se sabe que 4 = 19 = 23 = 1744,53 con estos valores se va al

programa de Termo Graf para calcular las otra propiedades

19 = 205,56 = 478,7 19 = 0,001653

19 = 877,925

17 = 2,235

19 = [877,925

285,284] (11,5 + 273) [2,38

1,724

]

19 = [592,226

] [145,37

] = 384,85

Estado 20

Tenemos que la presin del estado 20 y el estado 5 son las mismas

5 = 20 = 1254,19

19 = 20 = 877,225

con estos valores vamos a termo Graf y encontramos las propiedades faltantes

20 = 189,95 = 478,7 20 = 0,006673

19 = 877,925

17 = 2,235

Es una mezcla con una calidad de X = 0,035 Con estos valores encontrados se procede a calcular

la exergia.

20 = (877,925

285,284

) ((11,5 + 273) (2,38

1,724

))

20 = (592,641

) (186,63

) = 406,011

Estado 21

Tenemos que para calcular el estado 21 se debe tener en cuenta la entalpia de h1 asi

que

Calculando estado 1 se sabe que 2 = 1 = 8697,44 y se trata de un liquido

saturado asi que cuenta con una calidad X=0 con estos valores vamos al programa y

hallamos las propiedades faltantes

1 = 300,9 = 574,0 1 = 0,001403

1 = 1350

21 = 3,264

Teniendo las propiedades del punto 1 procedemos a hallar la entalpia del punto 21

utilizando la ecuacin 6

21 = 11

2 +18

21 =

1350 815,52/

2+

815,52

= 1082,75 /

Como tenemos la presin y la entalpia utilizamos el programa para calcular las

propiedades faltantes

21 = 248,69 = 521,8 21 = 0,001243

21 = 2,77

Con estas propiedades procedemos a calcular las exergia

21 = [1082,75

285,284] (11,5 + 273) [2,77

1,724

]

19 = [797,47

] [297,58

] = 499,89

ESTADO 22

Para el punto 22 tenemos que 3 = 22 = 3411,66

y que enese punto tenemos un

liquido saturado con una calidad X=0 . Con estos valores entramos al programa termo

Graf y calculamos las propiedades faltantes

22 = 241,09 = 514,24 22 = 0,001233

22 = 1043,12

22 = 2,71

Con los valores obtenidos calculamos las exergia

22 = [1043,12

285,284] (11,5 + 273) [2,71

1,724

]

22 = [757,83

] [280,51

] = 477,32

ESTADO 23

Tenemos que para el estado 23 4 = 23 = 1744,53 y que 22 = 23 =

1043,12 / ya con estos valores calculamos las propiedades restantes

23 = 205,5 = 478,71 23 = 0,01083

23 = 2,72

Es una mezcla la cual cuenta con una calidad X= 0,0861

23 = [1043,12

285,284] (11,5 + 273) [2,71

1,724

]

23 = [757,83

] [280,51

] = 477,32

ESTADO 1

Como ya habamos calculados sus propiedades ahora solo calculamos la exergia

1 = [1350

285,284] (11,5 + 273) [3,264

1,724

]

1 = [1064,16

] [433,00

] = 631,16

BALANCE DE MASA Y ENERGIA

Intercambiador I

Balance de masa

15 + 7 = 11

10 = 13

Balance de energa

1515 + 77 + 1010 = 1111 + 1313

1515 + 77 + 1010 = 1111 + 1013

1515 + 77 = 1111 + 10(13 10)

1515 + 77 = (15 + 7)11 + 10(13 10)

15(15 11) + 7(7 11) = 10(13 10)

15(712 525) + 7(2574 525) = 10(593,54 379.74)

. + = , (1)

lo que se pretende es dejr todo en trminos de

Intercambiador II

Balance de masa

6 = 14 = 15

13 = 16 = 10

Balance de energa

66 + 1313 = 1616 + 1414

14(6 14) = 16(16 13)

14(6 14) = 10(16 13)

14(2784,02 714,377) = 10(807,49 593,54)

2069,6414 = 213,9510

14 =213,95

2069,6410

= = , (2)

Si se reemplaza la ecuacin (2) en la (1) se tiene que:

. + = , (1)

187,37(0,103310) + 20497 = 213,8 10

7 =213,810 19,2910

2049,6

= ,

Entonces:

15 + 7 = 11 (Balance de masa inter. I)

11 = 0,103310 + 0,09410

= ,

Intercambiador III

20 = 19

16 = 13 = 10

Balance de masa

20 + 5 + 6 = 17

5 = 17 16 20

Balance de energa

2020 + 55 + 1616 = 1717

+ + = ()

Intercambiador IV

18 = 17 = 21

Balance de masa

+ = (c)

Balance de energa

2323 + 44 + 1818 = 1919 + 2121

2323 + 44 + 7,842318 = (23 + 4)19 + 7,84231

23(23 + 7,84 18 7,84 21 19) = 4(19 4)

23(1043,12 + 7,84 816,40 7,84 1082 877,92) = 4(877,928 2964,53)

1922,9923 = 2086,64

4 = 0,922 23

Reemplazando en c:

19 = 23 + 4

19 = 23 + 0,92123

20 = 19 = 1,92123

Reemplazando (b) en la ecuacin anterior:

19 = 1,994(0,12718)

20 = 19 = 0,2418 = 0,2517

Se tiene entonces en la ecuacin (a):

2020 + 55 + 1016 = 1717

0,241720 + 55 + 1016 = 1717 (*)

Y se tiene que:

5 = 17 16 20 ( 3)

5 = 17 10 0,2417

5 = 0,7617 10

Reemplazando lo anterior en la ecuacin (*):

0,251720 + 0,75175 105 + 1016 = 1717

17(0,2520 + 0,755 17) = 10(5 16)

17(0,24 877 + 0,75 2885 807,7) = 10(2886 807,49)

1567,8117 = 2078,1510

= = = ,

5 = 0,7517 10

5 = 0,75(1,3110) 10

= ,

Se tiene de antes que:

20 = 0,2417 = 0,24(1,3110)

= = ,

Y tambin:

4 + 23 = 19

4 + 0,1610 = 0,39710

= ,

= = = ,

Balance de masa en el condensador

8 + 12 = 9

9 = 10

8 = 10 12

12 = 11 10 = 0,19810

8 = 10 0,19810

= ,

Intercambiador V

21 = 18 = 1 = 17

22 = 3 = 23

Balance de masa

3 = 22

21 = 1

Balance de energa

33 + 2121 = 2222 + 11

21(21 1) = 22(22 3)

18 = 21 = 2222 3

21 1

18 = 21 = 221043,12 3139,55

1082,75 1350

18 = 21 = 7,8522

= = , (b)

EFICIENCIA DEL CICLO

MTODO DE LOS RENDIMIENTOS

=

Potencia irreversible de la turbina:

= 2(2 3) + 4(3 4) + 5(4 5) + 6(5 6)

+ 7(6 7) + 8(7 8)

Los flujos msicos en trminos de m10 en la entrada y salidas de la turbina son:

- 21 = 18 = 1 = = ,

- 22 = 23 = = ,

- = ,

- = ,

- 14 = 15 = = ,

- = ,

- = ,

Reemplazando los flujos msicos en trminos de m10 y las entalpias se tiene

que:

= 1,3110(3414,06 3139,55)

+ 0,2310(3414,05 2965)

+ 0,0110(2964,53 2885,55)

+ 0,10210(2886 2785)

+ 0,09610(2785 2603)

+ 0,80210(2874,6 2388,28)

= ,

Potencia irreversible de las bombas:

= 10(10 9) + 17(18 17)

Reemplazando se tiene:

= 10(244,88 243,31) + 1,3110(385,31 376,46)

= ,

Flujo calrico

= 1(2 1)

= 1,3110(3415 1349)

= ,

Reemplazando los valores hallados en la ecuacin de la eficiencia:

=

544,44 10 12,23 10

2706,46 10100

= , %

MTODO ESERGETICO

Potencia irreversible de la turbina:

= 2(2 3) + 4(3 4) + 5(4 5) + 6(5 6)

+ 7(6 7) + 8(7 8)

Reemplazando los valores de la esergia y flujo msico en trminos de m10:

= 1,3110(1713,3 1431,2) + 0,23710(1431,2 1178,62)

+ 0,0110(1178,62 1178,23) + 0,10210(1178,23 1078,23)

+ 0,09610(1078,23 865,43) + 0,80210(865,43 679,07)

= ,

Potencia irreversible de las bombas:

= 10(10 9) + 17(18 17)

Reemplazando valores:

= 10(1696,445 1695,345) + 1,3110(1836,47 1827,97)

= ,

Flujo calrico

= 1(2 1)

= 1,3110(1732,37 631,16)

= ,

Reemplazando los valores hallados en la ecuacin de la eficiencia:

=

539 10 11,510

1432,09 10100

= , %

FLUJOS MASICOS

=

Del mtodo de rendimiento se tiene entonces que:

539,44 10 11,510 =

En la unidad 5 se generan 66 MW.

539,4410 11,510 = 64103

524,3410 = 66103

10 =64103

524,34

10 = 116,95

A partir de este flujo msico, se hallan los dems flujos:

= = 1,3110 = 1,31(116,95) = 152,45 /

= = = 0,1610 = 0,16(116,95) = 18,62 /

= = = 0,2310 = 0,23(116,95) = 26,73/

= = = 0,0110 = 0,01(116,95) = 6,76 /

= = = 0,410 = 0,4(116,95) = 48,33 /

= = = = 116,95 /

= = 1,410 = 1,4(116,95) = 169,148 /

CALDERA

Al tener los flujos msicos se procede a calcular la Caldera

Se tienen los siguientes datos

Tabla4. Datos de la caldera

DATOS

Flujo Msico de Agua (lb/h)

601281,3376

Exceso de Aire 3,3 Flujo Msico de Aire (lb/h)

694800

Temperatura de Vapor (C)

510

Temperatura del Agua (C)

306,11

Temperatura del aire (C)

12

Presin de Trabajo (Mpa)

9,67

Fuente: Autor

CIRCUITO DE COMBUSTIBLE

Se sabe que la caldera utiliza un carbn de Boyac el cual cuenta con un poder

calorfico entre 5500-7500 Kcal y un anlisis ultimo:

Tabla 4. Anlisis ultimo de diversos carbones colombianos

Parmetros Cerrejn

Z.nte %

Cerrejn

Z.Cent %

Cundinamarca

Boyac %

Norte de

Santander %

Antioquia

%

%C 67.38 68.20 59.88 68.81 57.28

%H 3.96 4.00 3.00 4.22 3.29

%O2 8.85 8.68 8.45 7.14 15.38

%N 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5

%S 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85

%CC 8.26 8.58 17.32 8.47 12.90

%W 9.2 8.2 9 9 8.8

Fuente: (Agustin, 2015)

La caldera cuenta con un exceso de aire del 22% y un exceso de oxigeno de 5%

(Proporcionado el da de la visita)

Teniendo estos datos se procede a calcular la relacin aire combustible tanto terico

como real.

Relacin aire combustible Terica: Para calcular esta se utiliza la ecuacin 14.

= 11,46 % + 34,3 % + 4,29 % + 9,87 % 4,29 %. 14

Se reemplazan los valores

= 11,46 (0,5988) + 34,3 (0,03) + 4,29 (0,0085) + 9,87 (0,015) 4,29

(0,0845)

= 7,71

Se calcula la relacin de aire combustible real utilizando la ecuacin 15.

= (1 + ) . 15

= (1 + (3,3/100) 7,71

= 7,96

El flujo msico del aire es de (Datos proporcionado en la visita):

= 694800lb

h

El flujo msico del combustible es de (Datos proporcionado en la visita),

= 87200.1lb

h

Con el circuito de combustible se despeja mg:

+ =

= 694800lb

h+ 87200.1

lb

h

= 78000,1 lb

h

Se determinan los flujos calricos que se encuentran disponibles.

= + + 20

Ahora se calcula

qcom = mcom LHV

LHV = HHV %W hfg

LHV = 11105,05Btu

lb

qcom = 87200.1 lb

h 11105,05

Btu

lb

qcom = 968361470,5Btu

h

Se calcula el

=

ha = 122.705Btu

lb

qa = 694800 122,705

qa = 85255434Btu

h

Flujo calrico qh20

qh20 = mh20 hH2o

hH2o = 598,022Btu

lb

qh20 = 601281,3376lb

h 598,022

Btu

lb

qh20 = 359579468,1Btu

h

se calcula

= + + 2

qD = 968361470,5Btu

h+ 85255434

Btu

h+ 359579468,1

Btu

h

qD = 1413196373Btu

h

Se tiene que

Q1 = mv hv

hv = 1463,026Btu

lb

Q1 = 598274,9lb

h 1463,026

Btu

lb

Q1 = 875291779,1 Btu

h

Con los datos anteriores se calcula la eficiencia de la caldera

=Q1qD

=875291779,1

Btuh

1413196373Btu

h

= 0,619 = 61,9

CONSUMOS ESPECIFICOS

Consumo especifico de combustible

=

. 18

Se tiene que Welec es la potencia generada que equivale a 64 MW.

=39533

64000

= 0,61

Consumo especifico de vapor:

=

=545868

64000

= 9,34

Consumo especifico de agua

2 =20

=272736,60

64000

= 4,26

CONCLUSIONES

El consumo especifico de combustible y el consumo especifico de vapor actual

de la unidad cinco es de 0,66 kg/kwh y 10,67 kg /kwh respectivamente; estos

valores deben evaluarse peridicamente, ya que el ingeniero o los ingenieros

encargados de las unidades deben estar atentos a cambios en la produccin de

energa y por ende a cambios en la produccin de vapor.

Se pudieron aplicar todos los conceptos adquiridos en clase sobre la evaluacin

del ciclo Rankin con regeneracin dela central termo elctrica Martin del corral

De lo anterior se puede concluir que las mayores prdidas son debidos a los

gases a causa de la elevada temperatura con que son expulsados de la caldera

a la chimenea

Es posible concluir que estos valores de flujo msico encontrados a partir del

consumo especfico son muy similares a los calculados a travs del balance de

masas del ciclo. En el caso del combustible existe una diferencia de 2,98 ton/h y

en el del vapor de 4,022 ton/h comparando ambos flujos msicos.

Bibliografa

[1] cplatina.com, cplatina.com, 1 2 2012. [En lnea]. Available:

http://www.cplatina.com/oficial/es/noticas/73-que-es-una-central-termoelectrica. [ltimo acceso:

20 4 2015].

[2] http://www.endesaeduca.com/, http://www.endesaeduca.com/, 30 4 2012. [En lnea]. Available:

http://www.endesaeduca.com/. [ltimo acceso: 22 4 2015].

[3] .cplatina.com, .cplatina.com, 2 2 2009. [En lnea]. Available: .cplatina.com. [ltimo acceso: 20 4

2014].

[4] ingetec.com.co, ingetec.com.co, 3 12 2012. [En lnea]. Available: ingetec.com.co. [ltimo acceso:

20 4 2015].

[5] V. Agustin, Caracteristica de los combustibles solidos,liquidos y gaseosos, 2015.

ANEXOS

Figura 4. Registro fotogrfico de la visita

fuente [Autor]

Figura 4. Esquema del ciclo

Fuente : [autor]

Figura 6. Generador Enfriado por Hidrogeno

Fuente: [Autor]

Figura 7. controlador de turbina

Fuente: [Autor]

Figura 7. placa del generados especificaciones

Fuente [autor]

Figura 7. turbina

fuente [autor]

Fuente [autor]

Figura 8. Bomba centrifuga.

fuente [autor]

plantas ciclo rankin

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