ANÁLISIS DE LA IMPLEMENTACIÓN DE UN CHILLER ELÉCTRICO

Universidad Tecnológica de Bolívar 1

ANÁLISIS DE LA IMPLEMENTACIÓN DE UN CHILLER ELÉCTRICO PARA

ENFRIAR EL AIRE A LA ENTRADA DE LA TURBINA GE ENERGY 107FA


Ciclo Brayton simple


Potencia eléctrica y eficiencia

térmica vs. Temperatura a la entrada del

compresor


Esquema de un ciclo simple con turbina de gas con una unidad de enfriamiento

de aire


GE Turbine 107FA

Gross Output [MW] 183,2

Net Output [MW] 274Heat Rate [kJ/kW.h] 9500Gross Efficiency [%] 57,4Shaft Speed [RPM] 60Pressure Ratio 16,1Exhaust Mass Flow [kg/s] 418Exhaust Temperature [k] 875,15ηt 0,88ηcomb 0,85ηcomp 0,82ηGE 0,95

DATOS GENERALES ENTREGADOS


Esquema de un ciclo simple con turbina de gas con una unidad de enfriamiento

de aire


Metodología de trabajo

Potencia en el ciclo abierto1. Potencia del compresor

2. Potencia de la turbina

3. Potencia neta

Potencia en la unidad de enfriamiento1. Potencia del compresor

2. Potencia de la bomba del agua y potencia auxiliar

3. Potencia neta de la unidad de enfriamiento


Metodología de trabajo

Constantes del proceso1. Determinación del caudal que

admite el compresor.2. Cálculo del flujo másico de

combustible.

𝒎𝒂ሶ= 𝒎𝒇∗𝑯𝑯𝑽∗𝝀∗𝑨∗𝒇𝒄ሶ (𝟏)


Potencia del compresor


Potencia del turbina

Coeficiente de exceso de aire


Flujo másico de agua


Indicadores energéticos

Ganancia de potencia

Ganancia de eficiencia

Consumo específico de combustible

Heat Rate

Eficiencia del proceso con enfriamiento


Resumen de resultadosT1 278,15 283,15 288,15 293,15 298,15 303,15 308,15 313,15 K

Cpa1 1,00353853 1,00366349 1,00381445 1,00399109 1,00419305 1,00442001 1,004671631 1,00494757 kJ/kg.Kma 753,786164 740,426425 727,660452 714,89448 703,019156 691,143832 680,1591582 660,683627 kg/smf 11,3751634 11,3751634 11,3751634 11,3751634 11,3751634 11,3751634 11,3751634 11,3751634 kg/sρa 1,2695 1,247 1,2255 1,204 1,184 1,164 1,1455 1,1127 Kg/m^3Va 593,766179 593,766179 593,766179 593,766179 593,766179 593,766179 593,7661791 593,766179 m^3/sT2 689,307746 701,698681 714,089617 726,480553 738,871488 751,2624237 763,6533593 776,044295 K

Cpa2 1,07233212 1,07538649 1,07845055 1,08152066 1,08459318 1,08766454 1,090731232 1,09378976 kJ/kg.KPcomp 379294,756 379316,871 379416,662 379295,123 379432,69 379364,709 379587,9532 374804,609 kW

Tc 1284,5982 1295,10058 1305,64569 1316,24649 1326,89004 1337,582887 1348,318981 1359,101566 KT3 1284,5982 1295,10058 1305,64569 1316,24649 1326,89004 1337,582887 1348,318981 1359,101566 KCpg 1,21729821 1,21934123 1,22137468 1,22338482 1,22538205 1,223752489 1,229318022 1,231255703 kJ/kg.Kmg 765,161328 751,801589 739,035616 726,269643 714,394319 702,5189959 691,5343216 672,0587909 Kg/s

Pturb 576946,907 572467,109 568274,497 563919,028 560096,659 554486,4111 552699,6376 542282,9845 KWPnet 197652,15 193150,238 188857,836 184623,905 180663,968 175121,7024 173111,6844 167478,3752 kWPelec 187769,543 183492,726 179414,944 175392,71 171630,77 166365,6173 164456,1002 159104,4564 kWQin 483444,444 483444,444 483444,444 483444,444 483444,444 483444,4444 483444,4444 483444,4444 kWne 40,8841496 39,9529336 39,0650545 38,1892702 37,3701612 36,22374905 35,80797884 34,64273447HR 10359,257 10600,7087 10841,644 11090,2725 11333,3579 11692,03693 11827,7944 12225,63456 Kj/kw.hρf 0,78 0,78 0,78 0,78 0,78 0,78 0,78 0,78 Kg/m^3Ws 0,20718514 0,21201417 0,21683288 0,22180545 0,22666716 0,233840739 0,236555888 0,244512691 Kg/kw.hTsal 665,177303 670,615539 676,075897 681,565094 687,076422 692,6132838 698,1725363 703,7558626 K


Resumen de resultadosT 278,15 283,15 288,15 293,15 298,15 303,15 308,15 Unidades

ma 660,683627 660,683627 660,683627 660,683627 660,683627 660,683627 660,683627 kg/sCpa1 1,00451772 1,00451772 1,00451772 1,00451772 1,00451772 1,004518 1,004518 kJ/kg.KTamb 313,15 313,15 313,15 313,15 313,15 313,15 313,15 K

T1 278,15 283,15 288,15 293,15 298,15 303,15 308,15 KT6 283,15 283,15 283,15 283,15 283,15 283,15 283,15 KT5 278,15 278,15 278,15 278,15 278,15 278,15 278,15 K

Cpag 4,22 4,22 4,22 4,22 4,22 4,22 4,22 kJ/kg.Kmag 1100,87177 943,604377 786,336981 629,069585 471,802189 314,53488 157,26744 kg/sh9 525 525 525 525 525 525 525 kJ/kgh8 144,5 144,5 144,5 144,5 144,5 144,5 144,5 kJ/kgmr 61,0470287 52,3260246 43,6050205 34,8840164 26,1630123 17,442013 8,72100652 kg/sh10 580 580 580 580 580 580 580 kJ/kg

Pcompr 3950,10186 3385,80159 2821,50133 2257,20106 1692,9008 1128,60084 564,300422 kJ/sQcedr 23228,3944 19910,0524 16591,7103 13273,3682 9955,02618 6636,68596 3318,34298 kJ/sCOPr 5,88045455 5,88045455 5,88045455 5,88045455 5,88045455 5,88045455 5,88045455EER 18,4716838 18,4716838 18,4716838 18,4716838 18,4716838 18,4716838 18,4716838

Pbomb 38,8542979 33,3036839 27,7530699 22,2024559 16,6518419 11,101231 5,55061552 kJ/sPaux 395,010186 338,580159 282,150133 225,720106 169,29008 112,860084 56,4300422 kJ/sPnet 4383,96634 3757,68543 3131,40453 2505,12362 1878,84272 1252,56216 626,28108 kJ/s

Pnet, enf 193268,184 189392,553 185726,431 182118,781 178785,126 173869,14 172485,403 kWPelec, enf 183604,775 179922,925 176440,11 173012,842 169845,869 165175,683 163861,133 kW


Resumen de resultados












Análisis de resultados y conclusiones

• De la gráfica 1 se deducir que a medida que se disminuye la temperatura a la entrada del compresor la potencia eléctrica producida es mayor, pero a su vez menor que la que se obtendría si operáramos la turbina sin enfriamiento. Esto es debido a la potencia eléctrica producida se le descuenta la utilizada para enfriar el aire.

• Por su parte el consumo específico de combustible es mayor en el ciclo con enfriamiento porque se requiere mayor cantidad de combustible para producir un kW.h y la diferencia es mayor a medida que se disminuye la temperatura a la entrada del compresor.

• El Heat Rate presenta el mismo comportamiento debido a que se requiere mayor energía en forma de calor para producir un kW.h.

• De hecho la eficiencia es menor en el ciclo con enfriamiento porque es menor la energía producida respecto a la teórica porque se le resta la parte gastada en el Chiller con la misma energía entregada a la turbina.


Análisis de resultados y conclusiones

• Sin embargo es conveniente sacrificar eficiencia para producir mayor potencia eléctrica. • Viendo las gráficas de los factores de ganancia de potencia y eficiencia podemos darnos cuenta

que respecto a la potencia producida sin enfriamiento en condiciones de Cartagena a 40°C éstos valores son relativamente altos encontrándose en un 16 y 22 % los valores más altos de ganancia.


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ENFRIAR EL AIRE A LA ENTRADA DE LA TURBINA GE ENERGY 107FA

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