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José Agüera Soriano 2011 2
Potencias de un flujo
a) Potencias entálpicas
b) Potencias exergéticas
(W) kgJ
skg ⋅⋅= hmP &
emP ⋅= &
kgJ 2
2ch +=ε
)02( 2 ≈c
Energía de un flujo
José Agüera Soriano 2011 3
Cálculo de caudales
b) Balances de energía
a) Balances de masa
se mm && Σ=Σ
se )()( hmhm ⋅Σ=⋅Σ &&
Haciendo balances de masa y balances de energía a los equipos delcircuito del vapor, obtenemos “n-1” ecuaciones, siendo n el númerode posiciones (en la realidad, unas 100). El caudal de una posiciónhay que medirlo con un venturi, a la entrada del desgasificador porejemplo; con ello ya tenemos “n” ecuaciones, y podemos calcularlos caudales de todas las posiciones.
Subíndice Subíndice (e): flujos entrantes: flujos entrantes
Subíndice Subíndice (s): flujos salientes: flujos salientes
José Agüera Soriano 2011 4
BALANCE TÉRMICOa) Rendimiento neto del grupo
b) Consumo específico neto del grupouc Hm
P⋅
=&
)red()NG(η
)red(CENG
PHm uc ⋅=
&
kWhkcal
(adimensional)(adimensional)
de esta forma dimensional esde esta forma dimensional escomo suele medirsecomo suele medirse
José Agüera Soriano 2011 5
Q&
(combustible)
(combustión)
P(red eléctrica)
)NG(η
Q&
Q&
99,0)combustión()ecombustibl(
≈+
==cu
uc HH
HQQf&
&
Factor de crédito fcAl poder calorífico inferior Hu delcombustible, , hay quesumarle el equivalente a la energíarecibida de los ventiladores deentrada de aire y de salida dehumos, llamado crédito Hc
uc Hm ⋅&
José Agüera Soriano 2011 6
Q&
(combustible)
(combustión)
(bruto vapor)
P(red eléctrica)
)NG(η
Q&
Q&
Q&
85,075,0)combustión(
) vapb()cald( ÷=
⋅=
&
&η
Rendimiento de la calderaEl calor recibido por el vapor es inferior alcalor de combustión, pues los humos salende la chimenea a unos 130-170 oC,dependiendo del azufre que tenga elcarbón. Éste, en la combustión, produceanhídrido sulfúrico (SO3), que enpresencia de agua líquida se transforma enácido sulfúrico (H2SO4), muy corrosivo.Por eso, el vapor de agua contenido en loshumos ha de condensarse fuera. Así pues,
José Agüera Soriano 2011 7
Q&
(combustible)
(combustión)
(bruto vapor)
(neto vapor)
P(red eléctrica)
)NG(η
Q&
Q&
Q&
Q&
01,1) vapn.() vapb.(≈=
QQfg &
&
Factor de generación, fgParte del “vapor bruto” generado en lacaldera no llega a la turbina. Para el“vapor neto” habría que descontarutilidades externas, como, “tanque depurga continua”, “sopladores decenizas” y “pérdidas incontroladas”:
José Agüera Soriano 2011 8
Q&
(combustible)
(combustión)
P(bombas)
(bruto vapor)
(neto vapor)
P(red eléctrica)
P(turbina)
)NG(η
Q&
Q&
Q&
Q&)TNC(η
44,0) vapn.(
)turb()TBC( ≈=QP&
η
Rendimiento bruto del ciclo,η(TBC)Cociente entre la potencia interior enel eje de la turbina y el calor neto:
43,0 vap).n(
)bomba()turb()TNC( ≈
−=
QPP
&η
Rendimiento neto del ciclo,η(TNC)Cociente entre la diferencia de lapotencia interior en el eje de la turbinay la de las bombas, y el calor neto:
José Agüera Soriano 2011 9
Q&
(combustible)
(combustión)
P(bombas)
(bruto vapor)
P(bornes alter.)
(neto vapor)
P(red eléctrica)
P(turbina)
)NG(η
Q&
Q&
Q&
Q&)TNC(η 98,0
)turb()BA(≈=
PP
emη
Rendimiento electromecánico,ηemCociente entre la potencia exterioren el eje de la turbina (potencia enbornes de alternador), y la interioren el eje:
José Agüera Soriano 2011 10
Q&
(combustible)
(combustión)
P(bombas)
(bruto vapor)
P(bornes alter.)
(neto vapor)
P(red eléctrica)
P(turbina)
)NG(η
Q&
Q&
Q&
Q&)TNC(η
1,1)red()BA(≈=
PPf a
Factor de auxiliares, faCociente entre la potencia en bornes dealternador, y la que se envía a la red:
José Agüera Soriano 2011 11
Q&
(combustible)
(combustión)
P(bombas)
(bruto vapor)
P(bornes alter.)
(neto vapor)
P(red eléctrica)
P(turbina))BG(η
)NG(η
Q&
Q&
Q&
Q&)TNC(η
36,0)BA(
)BG( ≈⋅
=uc Hm
P&
η
33,0)red(
)NG( ≈⋅
=uc Hm
P&
η
Rendimiento bruto del grupo,η(ΒG)
Rendimiento neto del grupo,η(ΝG)
José Agüera Soriano 2011 12
Q&
ESQUEMA DEL BALANCE TÉRMICO
(combustible)
(combustión)
P(bombas)
(bruto vapor)
P(bornes alter.)
(neto vapor)
P(red eléctrica)
P(turbina)
99,0)combustión()ecombustibl(
≈+
==cu
uc HH
HQQf&
&
85,075,0)combustión(
) vapb()cald( ÷=
⋅=
&
&η
01,1) vapn.() vapb.(≈=
QQf g &
&
44,0) vapn.(
)turb()TBC( ≈=QP&
η
43,0 vap).n(
)bomba()turb()TNC( ≈
−=
QPP
&η
98,0)turb()BA(≈=
PP
emη
1,1)red()BA(≈=
PP
f a33,0
)red()NG( ≈
⋅=
uc HmP&
η
)BG(η
)NG(η
Q&
Q&
Q&
Q&)TNC(η
36,0)BA()BG( ≈⋅
=uc Hm
P&
η
José Agüera Soriano 2011 13
Rendimiento neto del grupo
=⋅
=uc Hm
P&
)red()NG(η
uc HmQ
⋅⋅⋅&
&
&
& )comb()comb() vapb.(⋅⋅⋅⋅=
) vapb.() vapn.(
) vapn.()turb(
)turb()BA(
)BA()red(
QP
PP
PP
&
&
&
1/fa ηem η(TBC) 1/fg η(cald) 1/fc
agc
em
fff ⋅⋅⋅⋅
=ηηη
η)TBC()cald(
)NG(
José Agüera Soriano 2011 14
Consumos específicosSon la inversa de cada uno de los rendimientosrespectivos anteriormente definidos: η(TBC),η(TNC), η(BG), η(NG).
Consumo específico bruto del ciclo, CEBC Consumo específico neto del ciclo, CENC Consumo específico bruto del grupo, CEBG Consumo específico neto del grupo, CENG
José Agüera Soriano 2011 16
producto vapor
100
46 54
(turb)aprovechada
EV
OLU
CIÓ
N P
ROD
UCT
O A
CABA
DO P
36(pasa a fig. 6-10)
exergía destruida en el
:
exergía en el hogar
Qexergía entes de la combustión(combustible)e· ∼∼
·
producto humos
(vapor)e∆ ·
H(comb) = cm· · u
c b a
:(bomba)P-
exergía
exergía destruida enla caldera : (cald)d·e
circuito de vapor: ·de
(combustión)
(humos)( )pQb) e·
c) ·ed
d
a) de·
(vapor)
CONSIDERACIONES TERMOECONÓMICASa balance termoeconómico
EV
OL
UC
IÓN
PR
OD
UC
TO
AC
AB
AD
O
exergía combustible: mc·Hu
producto humos
productovapor
trabajointerior
exergía destruidacircuito vapor : ed (vapor)
José Agüera Soriano 2011 17
producto vapor
100
46 54
(turb)aprovechada
EV
OLU
CIÓ
N P
ROD
UCT
O A
CABA
DO P
36(pasa a fig. 6-10)
exergía destruida en el
:
exergía en el hogar
Qexergía entes de la combustión(combustible)e· ∼∼
·
producto humos
(vapor)e∆ ·
H(comb) = cm· · u
c b a
:(bomba)P-
exergía
exergía destruida enla caldera : (cald)d·e
circuito de vapor: ·de
(combustión)
(humos)( )pQb) e·
c) ·ed
d
a) de·
(vapor)
Costes exergéticos unitarios, kE
VO
LU
CIÓ
N P
RO
DU
CT
O A
CA
BA
DO
exergía combustible: mc·Hu
producto humos
productovapor
15,2)vapor(P
F)vapor( ≈∆
⋅==
eHmk uc
&
&
35,1)humos(P
F)humos( ≈∆
⋅==
eHmk uc
&
&
José Agüera Soriano 2011 18
Coste económico de la exergía
euro/año 8598,0 dehpkanualCoste &⋅⋅⋅⋅=
- Compra termias
añohoras
termiaeuro
kWhtermia 8598,0(kW) hpkeanualCoste d ⋅⋅⋅⋅= &
- Compra kg combustible
añohoras
)kJ/kg()euro/kg(
hs3600
skJ h
HpkeanualCoste
ud ⋅⋅⋅⋅= &
euro/año 3600 du
ehHpkanualCoste &⋅⋅⋅⋅=
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producto vapor
100
46 54
(turb)aprovechada
EV
OLU
CIÓ
N P
ROD
UCT
O A
CABA
DO P
36(pasa a fig. 6-10)
exergía destruida en el
:
exergía en el hogar
Qexergía entes de la combustión(combustible)e· ∼∼
·
producto humos
(vapor)e∆ ·
H(comb) = cm· · u
c b a
:(bomba)P-
exergía
exergía destruida enla caldera : (cald)d·e
circuito de vapor: ·de
(combustión)
(humos)( )pQb) e·
c) ·ed
d
a) de·
(vapor)
Producto vapor, ∆e(vapor)E
VO
LU
CIÓ
N P
RO
DU
CT
O A
CA
BA
DO
productovapor )cald vap.()()()vapor( es deememe &&&& +⋅Σ−⋅Σ=∆
es )()( emem ⋅Σ−⋅Σ &&
hay que sumar una exergía que se destruyepor rozamiento dentro de la propia caldera(economizador, sobrecalentador, recalentador):
e edd((vapvap..caldcald))
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producto vapor
100
46 54
(turb)aprovechada
EV
OLU
CIÓ
N P
ROD
UCT
O A
CABA
DO P
36(pasa a fig. 6-10)
exergía destruida en el
:
exergía en el hogar
Qexergía entes de la combustión(combustible)e· ∼∼
·
producto humos
(vapor)e∆ ·
H(comb) = cm· · u
c b a
:(bomba)P-
exergía
exergía destruida enla caldera : (cald)d·e
circuito de vapor: ·de
(combustión)
(humos)( )pQb) e·
c) ·ed
d
a) de·
(vapor)
Exergía destruida en la combustiónE
VO
LU
CIÓ
N P
RO
DU
CT
O A
CA
BA
DO
exergía combustible: mc·Hu
)hogar()combustión(
TTHme a
ucd ⋅⋅= &&
José Agüera Soriano 2011 21
producto vapor
100
46 54
(turb)aprovechada
EV
OLU
CIÓ
N P
ROD
UCT
O A
CABA
DO P
36(pasa a fig. 6-10)
exergía destruida en el
:
exergía en el hogar
Qexergía entes de la combustión(combustible)e· ∼∼
·
producto humos
(vapor)e∆ ·
H(comb) = cm· · u
c b a
:(bomba)P-
exergía
exergía destruida enla caldera : (cald)d·e
circuito de vapor: ·de
(combustión)
(humos)( )pQb) e·
c) ·ed
d
a) de·
(vapor)
Exergía del calor Qp perdido en la calderaE
VO
LU
CIÓ
N P
RO
DU
CT
O A
CA
BA
DO
−⋅=
)sal(1)cald()(
TTQQe a
ppd&&
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producto vapor
100
46 54
(turb)aprovechada
EV
OLU
CIÓ
N P
ROD
UCT
O A
CABA
DO P
36(pasa a fig. 6-10)
exergía destruida en el
:
exergía en el hogar
Qexergía entes de la combustión(combustible)e· ∼∼
·
producto humos
(vapor)e∆ ·
H(comb) = cm· · u
c b a
:(bomba)P-
exergía
exergía destruida enla caldera : (cald)d·e
circuito de vapor: ·de
(combustión)
(humos)( )pQb) e·
c) ·ed
d
a) de·
(vapor)
Exergía destruida por paso directo calor humos a vaporE
VO
LU
CIÓ
N P
RO
DU
CT
O A
CA
BA
DO
)vapor()()combustión()humos( eQeeHme pdducd &&&&& ∆−−−⋅=
abb
El cálculo directo sería muy complejo. Mejor mediante un procedimiento indirecto:
José Agüera Soriano 2011 23
1
<2p 1
pW=r
0
>Wr
0
real (
)
s
0 (cedido)
(b)
Q<
1h
h1ppp2< p11
23
pp=p= 1pp 2
=pp2h
h
0
rW
rW=
0>
1p=
ss
2
p
sss3 2
h1
>Q 0
1
(recibido)
(a)
real (
)
teóric
o (
)
h 3 2
2
teóric
o (
)
3
Exergía destruida por rozamiento en tuberías
Q12 = Q13 = h2 − h1
dp = 0 dp < 0
a) Calor recibido
23)roz( ememed ⋅−⋅= &&&
José Agüera Soriano 2011 24
1
<2p 1
pW=r
0
>Wr
0
real (
)
s
0 (cedido)
(b)
Q<
1h
h1ppp2< p11
23
pp=p= 1pp 2
=pp2h
h
0
rW
rW=
0>
1p=
ss
2
p
sss3 2
h1
>Q 0
1
(recibido)
(a)
real (
)
teóric
o (
)
h 3 2
2
teóric
o (
)
3
Q12 = Q13 = h2 − h1
dp = 0 dp < 0
Exergía destruida por rozamiento en tuberíasa) Calor cedido
23)roz( ememed ⋅−⋅= &&&
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producto vapor
100
46 54
(turb)aprovechada
EV
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ROD
UCT
O A
CABA
DO P
36(pasa a fig. 6-10)
exergía destruida en el
:
exergía en el hogar
Qexergía entes de la combustión(combustible)e· ∼∼
·
producto humos
(vapor)e∆ ·
H(comb) = cm· · u
c b a
:(bomba)P-
exergía
exergía destruida enla caldera : (cald)d·e
circuito de vapor: · de
(combustión)
(humos)( )pQb) e·
c) ·ed
d
a) de·
(vapor)
Exergía destruida en el circuito de vapor, ed(vapor)E
VO
LU
CIÓ
N P
RO
DU
CT
O A
CA
BA
DO
)turb()bombas()vapor()vapor( PPeed −+∆= &&
a desglose por equipos
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(varios)de· =6,2
· =29,3
(calent)·ed =9,7
(bombas)·ed
·
=3,0
(cond)de·
(vapor)ed·
=6,2
(turb)de· =45,6
e (vap. cald)d·
=100
realteórico
23
)roz(
ememememed
⋅−⋅==⋅−⋅=&&
&&&
Rozamiento conductos dentro de caldera
1ppp2< p11
23
pp=p= 1p
p 2=pp
2h
h
0
rW
rW=
0>
sss3 2
h1
>Q 0
1
(recibido)
real (
)
teóric
o (
)
José Agüera Soriano 2011 27
Conductos fuera de caldera: total, por rozamiento ypor pérdidas de calor
dp < 0h2
h1
h
teóric
o (
)
Q
3s 2s
p1p=
3 2
s
(cedido)<0
Wrea
l (
)
0=Wr
0>
<pp 2
r
1
1
dp = 0
realteórico23)roz( ememememed ⋅−⋅=⋅−⋅= &&&&&
21)total( ememed ⋅−⋅= &&&
)roz()total()calor( ddd eee &&& −=
José Agüera Soriano 2011 28
Tuberías, válvulas, atemperación, condensador,calentadores y otros
a) Casos de un solo flujo
Eficiencia
ses e )()( ememememed ⋅−⋅=⋅Σ−⋅Σ= &&&&&
Exergía destruida
e
s
emem⋅⋅
=&
&ψ
José Agüera Soriano 2011 29
b) Casos de varios flujos (calentadores)
Eficiencia
Exergía destruida
s e )()( ememed ⋅Σ−⋅Σ= &&&
FP
=ψ P = Exergía recibida por los flujos fríosF = Exergía cedida por los flujos calientes
José Agüera Soriano 2011 30
TurbinasPotencia
Eficiencia
Exergía destruida
se )()()turb( hmhmP ⋅Σ−⋅Σ= &&
)turb()()()turb( se Pememed −⋅Σ−⋅Σ= &&&
se )()()turb(
ememP
⋅Σ−⋅Σ=
&&ψ
José Agüera Soriano 2011 31
Bombas y compresoresPotencia
Eficiencia
Exergía destruidase )()()bomba( ememP ⋅Σ−⋅Σ= &&
se )()()bomba()bomba( ememPed ⋅Σ−⋅Σ+= &&&
)bomba()()( es
Pemem ⋅Σ−⋅Σ
=&&
ψ
José Agüera Soriano 2011 32
47
62
calent. altapresión nº7
27
52
51
25
presión nº6calent. alta
46
5
tanquepurga
continua
58
economizador
2760
98
102
57
61
104
100
103
101
1
24
bomba dren. calent.baja presión nº4
presión nº3calent. baja
20
presión nº4calent. baja
42
41
40
18 17
38
37
alimentación
bom ba aguaalimentación
2322
44
tanque agua de19
58
6749 21
96
presión nº1calent. baja
baja presión nº2bom ba dren. calent.
66
1516
presión nº2calent. baja
3534
33
13
31
30
vapor cierrescondensador
11
94
10bom ba
extración condesado
9
condensador
9597
93
8
39
70377caldera
50
784 turbina
de alta76
6968
2
7981747245
43
827371 75 80de m ediaturbina
6
turbina debaja presión
8684
vapor cierres turbinas
89 91
90 36
83 85
7
88
3292
29
87
ESQUEMA CENTRAL TÉRMICA DE PUENTE NUEVO (Córdoba)
calderíncalderín
José Agüera Soriano 2011 33
turbina
109
11-12calderín
calent. 2
sobrecalentador
6
7
caldera
econ
omiz
ador
6
calent. 15
8
4
7 8
1314-15
1
alimentación
condensador
3
bomba
10
2
caudal de vapor en 1, kg/s351 =m&consumo de carbón, t/h48,23=cm&poder calorífico, kcal/kg3950=uHtemperatura en el hogar, C 1400)hogar( o=ttemperatura salida de humos, C 170)sal( o=tpotencia en bornes de alternador, kW9,30459)BA( =Ppotencia a red, kW27118)red( =P
EJERCICIO
José Agüera Soriano 2011 34
estados p bar t oC x h kJ/kg
1 60 480,02 0,05 0,9053 p2 04 72,2 33,85 71,7 117,26 71,2 185,07 12 297,48 2 157,09 p7 0
10 p8 011 66,3 012 p6 h11
13 p11 114 61,9 483,015 p13 h14
turbina
1
caldera
econ
omiz
ador
7
calent. 26
9
6
7
45calent. 110
8
calderín11-12 sobrecalentador
1314-15
8
103
alimentaciónbomba
condensador
2
9
87
6
5 43
2
1
6
87
14-1513
10
10
11-12
José Agüera Soriano 2011 35
turbina
1
caldera
econ
omiz
ador
7
calent. 26
9
6
7
45calent. 110
8
calderín11-12 sobrecalentador
1314-15
8
103
alimentaciónbomba
condensador
2
9
87
6
5 43
2
1
6
87
14-1513
10
10
11-12
Balances de masa1=2+7+83=2+103=44=55=67=910=8+96=1111=1212=1313=1414=15
Balances de energía5+7=6+95+10=4+8+9
kg/s 351 =m&
José Agüera Soriano 2011 36
a) Balance térmico.b) Análisis termoeconómico.c) Exergía destruida en cada equipo y su eficiencia.d) Si funciona 6000 las horas, coste anual de cada equipo, si la termia cuesta 0,012 euro.
Calcular
José Agüera Soriano 2011 38
Agua (líquido y/o vapor): Propiedades de estados introducidos——————————————————————————————————————————————————————————————————————————est. título presión tempe- entalpía entropía volumen exergía absoluta ratura específica específica específico entálpica n° x p t h s v e bar °C kJ/kg kJ/kg K dm³/kg kJ/kg—————————————————————————————————————————————————————————————————————————— 1 V 60,000 480,00 3375,00 6,81990 54,8170 1378,61 2 0,90500 0,050 32,90 2331,34 7,64363 25516,1172 93,47 3 0,00000 0,050 32,90 137,80 0,47630 1,0052 1,03 4 L 72,200 33,80 148,03 0,48612 1,0023 8,38 5 L 71,700 117,20 496,85 1,49112 1,0541 62,59 6 L 71,200 185,00 788,21 2,17922 1,1291 152,23 7 V 12,000 297,40 3041,23 7,02428 212,7583 984,93 8 V 2,000 157,00 2782,93 7,31322 976,6788 641,92 9 0,00000 12,000 187,96 798,40 2,21600 1,1386 151,64 10 0,00000 2,000 120,23 504,70 1,53010 1,0608 59,01 11 0,00000 66,300 282,15 1248,09 3,08820 1,3393 345,64 12 L 71,200 282,20 1248,09 3,08690 1,3380 346,03 13 1,00000 66,300 282,15 2777,94 5,84298 29,0719 1067,93 14 V 61,900 483,00 3379,74 6,81262 53,2977 1385,48 15 V 66,300 485,27 3379,74 6,78267 49,7354 1394,27
José Agüera Soriano 2011 39
BALANCE TÉRMICOCalor de combustión
kW 6,1078631868,43950)6,3/48,23()comb( =⋅⋅=⋅= uc HmQ &&
Calor recibido por el vapor
kW 7,90703)()()vapor( es =⋅Σ−⋅Σ= hmhmQ &&&
RESULTADOS DEL EQUIPO 9: caldera ——————————————————————————————————————————————————— estado caudal potencia potencia másico entálpica exergética n° m m·h m·e kg/s kW kW ——————————————————————————————————————————————————— 6 (e) 35,000 27587,346 5328,154 14 (s) 35,000 118291,016 48491,934∑m·h(entrantes) = 27587,346 kW ∑m·h(ent)-∑m·h(sal)=-90703,67 kW∑m·h(salientes) = 118291,016 kW ∑m·e(entrantes) = 5328,154 kW ∑m·e(ent)-∑m·e(sal)=-43163,78 kW∑m·e(salientes) = 48491,934 kW
José Agüera Soriano 2011 40
Potencia de la turbinakW 1,31145)()()turb( se =⋅Σ−⋅Σ= hmhmP &&
Rendimiento de la caldera
8409,06,1078637,90703
)comb()vapor(
)cald( ===QQ&
&η
RESULTADOS DEL EQUIPO 1: turbina ——————————————————————————————————————————————————— estado caudal potencia potencia másico entálpica exergética n° m m·h m·e kg/s kW kW ——————————————————————————————————————————————————— 1 (e) 35,000 118124,961 48251,207 2 (s) 25,681 59869,965 2400,344 7 (s) 4,547 13827,720 4478,208 8 (s) 4,773 13282,190 3063,720
∑m·h(entrantes)=118124,9609 kW ∑m·h(ent)-∑m·h(sal)=31145,09 kW∑m·h(salientes)= 86979,8750 kW ∑m·e(entrantes)= 48251,2070 kW ∑m·e(ent)-∑m·e(sal)=38308,93 kW∑m·e(salientes)= 9942,2725 kW
José Agüera Soriano 2011 41
Potencia bomba de alimentaciónkW 0,358 )()()bomba( se −=⋅Σ−⋅Σ= hmhmP &&
Rendimiento térmico bruto del ciclo
3434,07,907031,31145
)vapor()turb(
)TBC( ===QP&
η
RESULTADOS DEL EQUIPO 3: bomba agua de alimentación ——————————————————————————————————————————————————— estado caudal potencia potencia másico entálpica exergética n° m m·h m·e kg/s kW kW ——————————————————————————————————————————————————— 3 (e) 35,000 4822,999 36,143 4 (s) 35,000 5180,979 293,372∑m·h(entrantes) = 4822,9985 kW ∑m·h(ent)-∑m·h(sal)=-357,9800 kW∑m·h(salientes) = 5180,9785 kW ∑m·e(entrantes) = 36,1430 kW ∑m·e(ent)-∑m·e(sal)=-257,2289 kW∑m·e(salientes) = 293,3719 kW
José Agüera Soriano 2011 42
Rendimiento térmico neto del ciclo
3394,07,90703
0,3581,31145)vapor(
)bomba()turb()TNC( =
−=
−=
Q
PP&
η
Rendimiento bruto del grupo
2824,06,1078639,30459)BA()BG( ==
⋅=
uc HmP&
η
Rendimiento electromecánico del turboalternador
9780,01,311459,30459
)turb()BA(
===PP
emη
José Agüera Soriano 2011 43
Factor de auxiliares
1232,127118
9,30459)red()BA(
===PP
f a
Rendimiento neto del grupo
2514,06,107863
27118)red()NG( ==⋅
=uc Hm
P&
η
Consumos específicos
CEBC = 1/η(TBC) = 1/0,3434 = 2,9121 = 2503,8 kcal/kWhCENC = 1/η(TNC) = 1/0,3394 = 2,9464 = 2533,3 kcal/kWhCEBG = 1/η(BG) = 1/0,2824 = 3,5411 = 3044,6 kcal/kWhCENG = 1/η(NG) = 1/0,2514 = 3,9777 = 3420,0 kcal/kWh
José Agüera Soriano 2011 44
BALANCE TÉRMICO
·
= 59558,6 kW
(cald)
Pem= 685,2 kW
(auxil)
(red) = 27118 kWP
P = 3341,9 kW
= 31145,1 kW
(vapor)= 90703,7 kW
P(turb)
Q =
(cond)Q· p
·pQ = 17159,9 kW
Q = 107863,6 kWc(comb)· ·= m H· u
José Agüera Soriano 2011 45
CÁLCULO TERMOECONÓMICOExergía destruida por rozamientos internos
economizadorkW 4,131112 =⋅−⋅= ememed &&&
RESULTADOS DEL EQUIPO 6: economizador (sólo rozamiento) ——————————————————————————————————————————————————— estado caudal potencia potencia másico entálpica exergética n° m m·h m·e kg/s kW kW ——————————————————————————————————————————————————— 11 (s) 35,000 43683,145 12097,541 12 (e) 35,000 43683,145 12110,914
∑m·h(entrantes) = 43683,1445 kW ∑m·h(ent)-∑m·h(sal)=0,000 kW∑m·h(salientes) = 43683,1445 kW ∑m·e(entrantes) = 12110,9141 kW ∑m·e(ent)-∑m·e(sal)=13,37 kW∑m·e(salientes) = 12097,5410 kW
José Agüera Soriano 2011 46
sobrecalentadorkW 3,3071415 =⋅−⋅= ememed &&&
RESULTADOS DEL EQUIPO 7: sobrecalentador (sólo rozamiento) ——————————————————————————————————————————————————— estado caudal potencia potencia másico entálpica exergética n° m m·h m·e kg/s kW kW ——————————————————————————————————————————————————— 14 (s) 35,000 118291,016 48491,934 15 (e) 35,000 118291,016 48799,266
∑m·h(entrantes) = 118291,0156 kW ∑m·h(ent)-∑m·h(sal)=0,0000 kW∑m·h(salientes) = 118291,0156 kW ∑m·e(entrantes) = 48799,2656 kW ∑m·e(ent)-∑m·e(sal)=307,33 kW∑m·e(salientes) = 48491,9336 kW
Total elementos dentro de calderakW 7,3203,3074,13)vap.cald( =+=de
José Agüera Soriano 2011 47
RESULTADOS DEL EQUIPO 9: caldera ——————————————————————————————————————————————————— estado caudal potencia potencia másico entálpica exergética n° m m·h m·e kg/s kW kW ——————————————————————————————————————————————————— 6 (e) 35,000 27587,346 5328,154 14 (s) 35,000 118291,016 48491,934∑m·h(entrantes) = 27587,346 kW ∑m·h(ent)-∑m·h(sal)=-90703,67 kW∑m·h(salientes) = 118291,016 kW ∑m·e(entrantes) = 5328,154 kW ∑m·e(ent)-∑m·e(sal)=-43163,78 kW∑m·e(salientes) = 48491,934 kW
Exergía recibida por el vapor en caldera
kW 4,434847,3207,43163 )cald vap.()()()vapor( es
=+==+⋅Σ−⋅Σ=∆ deememe &&&&
José Agüera Soriano 2011 48
Exergía destruida en la combustión
kW 6,1889016732936,107863
)hogar()combustión(
=⋅=
=⋅⋅=T
THme aucd &&
Exergía destruida por pérdidas calor en caldera
kW 5810,3 4432931)7,907036,107863(
)sal(1)cald()(
=
−⋅−=
=
−⋅=
TT
QQe appd&&
José Agüera Soriano 2011 49
Exergía destruida en el circuito de vapor
kW 12697,331145,10,35843484,4 )turb()bombas()vapor()vapor(
=−+=
=−+∆= PPeed &&
Exergía destruida en el circuito de humos
kW 3,396784,434843,58106,18890107863,6
)vapor()()combustión()humos(
=−−−=
=∆−−−⋅==
eQeeHme
pdduc
d&&&&
&
José Agüera Soriano 2011 50
Coste exergético unitario humos
30,13,58106,188906,107863
6,107863
)()combustión()humos(
=−−
=
=−−⋅
⋅=
pdduc
ucQeeHm
Hmk
&&&
&
Coste exergético unitario del vapor
48,24,434846,107863
)vapor()vapor( ==
∆⋅
=e
Hmk uc
&
&
José Agüera Soriano 2011 51
kW 8,71631,311459,38308 )turb()()()turb( se
=−==−⋅Σ−⋅Σ= Pememed &&&
813,09,383081,31145
)()()turb(
se==
⋅Σ−⋅Σ=
ememP
&&ψ
Eficiencia
Exergía destruidaTurbina
José Agüera Soriano 2011 52
RESULTADOS DEL EQUIPO 1: turbina ——————————————————————————————————————————————————— estado caudal potencia potencia másico entálpica exergética n° m m·h m·e kg/s kW kW ——————————————————————————————————————————————————— 1 (e) 35,000 118124,961 48251,207 2 (s) 25,681 59869,965 2400,344 7 (s) 4,547 13827,720 4478,208 8 (s) 4,773 13282,190 3063,720
∑m·h(entrantes) = 118124,9609 kW ∑m·h(ent)-∑m·h(sal)= 31145,0859 kW∑m·h(salientes) = 86979,8750 kW ∑m·e(entrantes) = 48251,2070 kW ∑m·e(ent)-∑m·e(sal)= 38308,9346 kW∑m·e(salientes) = 9942,2725 kW
José Agüera Soriano 2011 53
kW 2,2914)()( se =⋅Σ−⋅Σ= ememed &&&
RESULTADOS DEL EQUIPO 2: condensador ——————————————————————————————————————————————————— estado caudal potencia potencia másico entálpica exergética n° m m·h m·e kg/s kW kW ——————————————————————————————————————————————————— 2 (e) 25,681 59869,965 2400,344 3 (s) 35,000 4822,999 36,143 10 (e) 9,319 4703,544 549,954
∑m·h(entrantes) = 64573,5078 kW ∑m·h(ent)-∑m·h(sal)=59750,51 kW∑m·h(salientes) = 4822,9985 kW ∑m·e(entrantes) = 2950,2986 kW ∑m·e(ent)-∑m·e(sal)=2914,156 kW∑m·e(salientes) = 36,1430 kW
Exergía destruida en el condensador
José Agüera Soriano 2011 54
718,00,3582,257
)bomba()()( es ==
⋅Σ−⋅Σ=
Pemem &&
ψ
kW 8,1002,2570,358 )()()bomba()bomba( se
=−=
=⋅Σ−⋅Σ+= ememPed &&&
Bomba de alimentaciónExergía destruida
Eficiencia
José Agüera Soriano 2011 55
RESULTADOS DEL EQUIPO 3: bomba agua de alimentación ——————————————————————————————————————————————————— estado caudal potencia potencia másico entálpica exergética n° m m·h m·e kg/s kW kW ——————————————————————————————————————————————————— 3 (e) 35,000 4822,999 36,143 4 (s) 35,000 5180,979 293,372∑m·h(entrantes) = 4822,9985 kW ∑m·h(ent)-∑m·h(sal)=-357,9800 kW∑m·h(salientes) = 5180,9785 kW ∑m·e(entrantes) = 36,1430 kW ∑m·e(ent)-∑m·e(sal)=-257,2289 kW∑m·e(salientes) = 293,3719 kW
José Agüera Soriano 2011 56
592,00,5505,6897,3063
4,2935,2190
)()()()()(
FP
1098
45
=−+
−=
=⋅−⋅+⋅
⋅−⋅==
ememememem&&&
&&ψ
kW 1,1306)()( se =⋅Σ−⋅Σ= ememed &&&
Calentador 1Exergía destruida
Eficiencia
José Agüera Soriano 2011 57
RESULTADOS DEL EQUIPO 4: calentador 1 ——————————————————————————————————————————————————— estado caudal potencia potencia másico entálpica exergética n° m m·h m·e kg/s kW kW ———————————————————————————————————————————————————
4 (e) 35,000 5180,979 293,37 5 (s) 35,000 17389,750 2190,54 8 (e) 4,773 13282,190 3063,72 9 (e) 4,547 3630,125 689,47 10 (s) 9,319 4703,544 549,95∑m·h(entrantes) = 22093,2930 kW ∑m·h(ent)-∑m·h(sal)=0,00 kW∑m·h(salientes) = 22093,2949 kW ∑m·e(entrantes) = 4046,5591 kW ∑m·e(ent)-∑m·e(sal)=1306 kW∑m·e(salientes) = 2740,4983 kW
José Agüera Soriano 2011 58
kW 1,651)()( se =⋅Σ−⋅Σ= ememed &&&
828,05,6892,44785,21902,5328
)()()()(
FP
97
56
=−−
=
=⋅−⋅⋅−⋅
==emememem
&&
&&ψ
Calentador 2Exergía destruida
Eficiencia
José Agüera Soriano 2011 59
RESULTADOS DEL EQUIPO 5: calentador 2 ——————————————————————————————————————————————————— estado caudal potencia potencia másico entálpica exergética n° m m·h m·e kg/s kW kW ——————————————————————————————————————————————————— 5 (e) 35,000 17389,750 2190,544 6 (s) 35,000 27587,346 5328,154 7 (e) 4,547 13827,720 4478,208 9 (s) 4,547 3630,125 689,467∑m·h(entrantes)=31217,4688 kW ∑m·h(ent)-∑m·h(sal)=-0,00 kW∑m·h(salientes)=31217,4707 kW ∑m·e(entrantes)= 6668,7529 kW ∑m·e(ent)-∑m·e(sal)=651,13 kW∑m·e(salientes)= 6017,6216 kW
José Agüera Soriano 2011 60
kW 7,240)()( se =⋅Σ−⋅Σ= ememed &&&
RESULTADOS DEL EQUIPO 8: tubería 14-1 ——————————————————————————————————————————————————— estado caudal potencia potencia másico entálpica exergética n° m m·h m·e kg/s kW kW ——————————————————————————————————————————————————— 1 (s) 35,000 118124,961 48251,207 14 (e) 35,000 118291,016 48491,934∑m·h(entrantes) = 118291,0156 kW ∑m·h(ent)-∑m·h(sal)=166,05 kW∑m·h(salientes) = 118124,9609 kW ∑m·e(entrantes) = 48491,9336 kW ∑m·e(ent)-∑m·e(sal)=240,73 kW∑m·e(salientes) = 48251,2070 kW
Exergía destruida en tubería 14-1
José Agüera Soriano 2011 61
(cond)e·d = 22,95
= 10,29
= 5,13
= 0,11
= 2,42
= 0,79
(tub. 14-1)de·
d
= 1,90
(sobrec)d
(econ)d
e·
·e
· (cal.1)
(cal.2)e·
ed
(bomba)e·d
(vapor)·de = 100
(turb)de· = 56,42
Total destruido
kW 4,126977,2403,307
4,131,6511,1306
8,1002,29148,7163
)vapor(
=+
++++++
=de&
José Agüera Soriano 2011 62
Exergía destruida equipos circuito vapor
euro/año 153,526 60000,0122,480,8598
u.m./h 8598,0
d
d
d
ee
epkCoste
&
&
&
⋅==⋅⋅⋅⋅=
=⋅⋅⋅=
Coste económico de cada equipo
José Agüera Soriano 2011 63
turbina: 7163,8153,526 ⋅=Coste = 1099830 euro/añocondensador: 2,2914153,526 ⋅=Coste = 447405 euro/año
bomba: 8,001153,526 ⋅=Coste = 15475 euro/añocalentador 1: 1,3061153,526 ⋅=Coste = 200520 euro/añocalentador 2: 1,516153,526 ⋅=Coste = 99961 euro/año
economizador: 4,31153,526 ⋅=Coste = 2057 euro/añosobrecalentador: 3,073153,526 ⋅=Coste = 47179 euro/año
tubería 14-1: 7,402153,526 ⋅=Coste = 36954 euro/año
añoeuro 381 949 1 TOTAL