TERMODINAMICA

201015A

TRABAJO COLABORATIVO 2

FASE 2

MIRNA SOFIA LEAL RUIZ COD: 1¨047.370.074

WILSON ORLANDO GÓMEZ MINA COD: 94´298.561

SUGELIS MARGARITA ACOSTA DAZA COD: 36´669.359

DANNY ABID MORENO DE LA HOZ COD:

INGENIERO QUIMICO RUBEN DARIO MUNERA TANGARIFE

TUTOR DEL CURSO 201015_16

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIAS E INGENIERIAS

MAYO 2015 – I

TEMA 5

El Trabajo colaborativo N° 2, tiene como objetivo realizar los respectivos

cálculos termodinámicos sobre algunos de los equipos que se establecen en el

proyecto para cogeneración y optimización de energía. Para los grupos que han

trabajado el TEMA 5, se escogen los siguientes equipos:

Caldera

Bomba de agua desaireada de alimentación a la caldera

Turbompresor que comprime el aire que se emplea para la combustión.

Se debe recordar que la caldera emplea agua desaireada que proviene de una

mezcla de agua fresca desmineralizada y condensados recuperados de los

turbocompresores. Para la caldera se emplean diversos combustibles que se

queman con aire comprimido.

Actividades:

Realice los siguientes cálculos termodinámicos:

1. Determine la temperatura de la mezcla de corrientes al interior del desaireador,

suponga que los cambios en las energías cinética y potencial, así como las

pérdidas de calor son insignificantes.

2. Determine la cantidad de calor requerido en la caldera para la formación del

vapor asignado a su grupo.

3. Determine la cantidad de carbón requerido en la combustión y la cantidad de

dióxido de carbono generado (recuerde la ecuación estequiométrica de la

combustión).

4. Determine la relación aire/combustible para la caldera.

5. Determine el trabajo realizado por la bomba teniendo en cuenta que el líquido

que es impulsado ingresa a presión atmosférica suponiendo que el equipo se

encuentra ubicado en Bogotá.

6. Para el turbocompresor encuentre el trabajo real realizado por la turbina.

7. Encuentre la cantidad de aire que es comprimida en el compresor.

A continuación se presentan los datos asignados a su tema y a partir de los cuales

debe desarrollar todos los cálculos.

DESAIREADOR VALOR UNIDADTemperatura de agua fresca 12 °CTemperatura de condensado 35 °CPérdida de agua desaireada 200% %

CALDERA VALOR UNIDADVapor generado 22000 Kg/hrPresión de vapor saturado 150 PSIEficiencia de la Caldera 0,8Porcentaje de agua fresca 45 %Combustible PropanoEficiencia de la combustión. 8800% %

BOMBA VALOR UNIDADCaudal Máximo 22000 m3/hrPresión descarga 170 PSI

TURBOCOMPRESOR VALOR UNIDADPorcentaje de vapor que ingresa 6000% %Presión de salida de vapor 45 PSIEficiencia de la turbina 0,78Relación Wcomp/Wturbina 0,8Eficiencia del compresor 0,8Presión de salida de aire comprimido 150 PSI

Tabla 1: Datos base para el desarrollo de cálculos termodinámicos.

La lectura de las entalpías para los diferentes fluidos y gases involucrados en

los problemas se realizará en los Apéndices del libro de Yunus Cengel y en el

Cuaderno de Tablas Termodinámicas que se ha colgado en el foro justo debajo

del libro.

DESARROLLO

1. Determine la temperatura de la mezcla de corrientes al interior del desaireador, suponga que los cambios en las energías cinética y potencial, así como las pérdidas de calor son insignificantes.

DESAIREADOR VALOR UNIDADTemperatura de agua fresca 12 °CTemperatura de condensado 35 °CPérdida de agua desaireada 200% %

O2

Tc Taf

Condensado Agua fría

Mezcla

Vapor

T af = 12 ℃

T c = 35 ℃

he=hs

CPs∆T E=CPs∆T S

Si no hay pérdida de calor C pe=CPs

∆T E=∆T S

T ef −¿ Tei=T sf T si¿

35℃−12℃=∆T s

22℃=∆T s

Temperatura de la mezcla de agua fría y condensado

T s=22℃−0,02 (22 )=21,56℃

SOLUCIÓN: 21,56℃

2. Determine la cantidad de calor requerido en la caldera para la formación del vapor asignado a su grupo.

CALDERA VALOR UNIDADVapor generado 22000 Kg/hrPresión de vapor saturado 150 PSIEficiencia de la Caldera 0,8Porcentaje de agua fresca 45 %Combustible PropanoEficiencia de la combustión. 8800% %

Q=M .Cp .∆T .

T F=100℃=373,15K (Vapor )

C p=4,22kjkg

. k = 958kg

m3

T i=temperaturadel aguaambiente

T i=20℃=293,15k

Q=(22000 kghr )(4,22 kjkg . k ) (373,15−293,15 ) k

Q=7427200 kjhr

SOLUCIÓN: 7427200kjhr

3. Determine la relación aire/combustible para la caldera.

C H 4+¿ 3O2 ----> CO2 + 2H 2O + O2

Para un 100 % de aire teórico tenemos:

C H 4+¿ 3O2 + 3.76 N2 ----> CO2 + 2H 2O + O2 + 3.76 N2

La masa aire que reacciona con 1 kg – mol es:

32 kg O2 + 3.76 x 28 kg N2= 137.28 kg de aire

La masa del combustible (metano) es:

12kg de carbono + 14 kg de hidrogeno = a 16 kg (aproximadamente)

Entonces:

AF = 137.2816

=¿8.58 (adimensional)

Entonces la relación combustible/aire es de 8.58.

SOLUCIÓN: 8.58