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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
Se conoce la presin de P5= 1254,19 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
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
despejada y reformulada
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
despejada y reformulada
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
Se conoce la presin de P6= 763,86 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
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
despejada y reformulada
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
despejada y reformulada
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
despejada y reformulada
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]