Saber para Ser ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO INGENIERA MECNICA SISTEMAS TRMICOS Y LAB. TAREA: CICLOS COMBINADOS Y COGENERACION EJERCICIO 1 Considere una instalacin de ciclo combinado, siendo los datos de la instalacin los siguientes: Combustible= metano Operacin:desdeTo=20C,Po=0,82barsecomprimeelairehasta15bar,conun rendimiento isentropico de 0,87. Elairecomprimidosemesclaenlacmaradecombustinconelcombustible,estamezcla tiene tiene un gran exceso de aire. Se supone combustin adiabtica e isobrica. Losproductos decombustin salen dela cmara de combustin a 1100C con un caudal de 10 kg/s, y se expanden en una turbina adiabtica hasta un bar y 395C. Paraaprovecharsuelevadopodercalorficoresidual,estosgasesdeescapealimentanun generador de vapor, saliendo estos a 150C a la atmosfera. El generador de vapor produce vapor a 1,2 MPa y 350C, despus se expande en una turbina adiabtica hasta la presin del condensador con un ttulo de 0,90. Del condensador sale como liquido saturado a 35C. Suposiciones: Existen perdidas de presin y calor en el sistema, la cmara de combustin es adiabtica. Saber para Ser La combustin del metano es total y completa debido al gran exceso de aire La potencia calorfica inferior del metano es: PCI= 50140 JK/KgK Considerando: Aire: cp = 1,005kJ/KgK ; k= 1,4 Gases producto de la combustion: 1, 147kJ/KgK ; k= 1,33 Agua: cp = 4,18 kJ/KgK ; v = 0,001 m3/Kg Determine: La potencia disponible en los gases producto de la combustin que ingresan al generador de vaporLa temperatura de entrada del aire en la cmara de combustin El dosado empleado Calculo masico del agua en el ciclo rankinePotencia neta obtenida en la instalacinRendimiento trmico de la instalacin en funcin del potencial del combustibleRendimiento del sistema rankine en funcin de la exergia de los gases de escapeTemperatura de saturacin de los humos a la salida del generador de vapor. EJERCICIO 2 Considere una instalacin de ciclo combinado, siendo los datos de la instalacin: Turbina de gas: Gasto: 30 Kg/seg Entrada en el compresor: 20C y 1 atm Entrada en la turbina: T3 = 850C Temperatura de salida del intercambiador de calor: 180C Relacin de compresin: 7 Combustible utilizado: Bunker C Cadas de presinCompresor cmara de combustin: 1,5% de la presin mxima del sistema Cmara de combustin turbina de gas : 1,8% de la presin de salida de la turbina de gas. Escape de la turbina de gas : 1,4% de la presin de salida de la turbina de gas. Saber para Ser Rendimientos: Cmara de combustin = 0,95 Compresor=0,85 Turbina de gas=0,90 Rendimiento mecnico del compresor y turbina= 0,95Rendimiento elctrico= 0,99 Turbina de vapor: Temperatura de salida del generador de vapor: por definir de acuerdo a la temperatura con la que ingresen los gases al generador de vapor considerando una diferencia terminal. Presin de entrada a la turbina de vapor (AP) : 90 atm Temperatura entrada a las turbinas de vapor : considere una prdida de temperatura del 3,5C de la temperatura mxima del vapor. Presin de entrada a la turbina de vapor (BP): 25 atm Presin en el condensador: 5 kPa Cadas de presinLnea generador de vapor turbina de AP: 5% de la presin mxima del sistema Turbina AP recalentador: 2% de la presin con que sale de la turbina AP Recalentador- turbina BP: 2% de la presin con que sale del recalentador Rendimientos: Generador de vapor: 0,85 Bombas=0,85 Turbinas de vapor =0,87 Rendimiento mecnico de la bomba y turbinas= 0,95Rendimiento elctrico y motor de la bomba= 0,99 Elcalordisipadoalambienteenintercambiadoresdecalor,recalentadoresycondensadores de 3% del calor mximo admitido por el agua de alimentacin en cada intercambiador.Existendospurgaspordondesefugael2%delflujomsicoqueseestexpandiendoenla turbina de baja presin El agua utilizada como refrigerante para el sistema de condensacin, es agua de mar, la cual se encuentra a 17C. Determinar: 1. la potencia til del ciclo brayton y su rendimiento global. 2. la potencia til del ciclo Rankine y su rendimiento global 3. la potencianeta del ciclo combinado y rendimiento de la instalacin. 4.-Costosdeprdidaagananciaparalostresliteralesanteriores,considerandoconsumode combustible y venta de energa5.-Culeselcostodegeneracindeenergaelctrica,compareconloscostosdelatabla adjunta de datos a nivel mundial.6.-Cul es la posibilidad de aplicar cogeneracin en este sistema7.-Calcule la carga calrica til y el rendimiento con cogeneracin. Datos adicionales: Aire: cp = 1,005kJ/KgK ; k= 1,4 Gases producto de la combustion: 1, 147kJ/KgK ; k= 1,33 Agua: cp = 4,18 kJ/KgK ; v = 0,001 m3/Kg Para resolver el problema se debe considerar el flujo de combustible. Saber para Ser COSTOS DE GENERACIN ELCTRICA A NIVEL MUNDIAL EJERCICIO 3 Resolvernuevamenteelejercicio1propuestoenlatareadeCiclosdevaporrealpara obtener una potencia de 8 MW en la turbina de vapor . DeterminarCuantosciclosBraytonsimplesrealestienenqueubicarseparaabastecercaloraun venerador de vapor y obtener la potencia de 8 MW en la turbina de vapor. Cul es la potencia neta del sistema Calcule tambin el rendimiento del ciclo combinado Cul es la carga trmica que puede ser utilizada para cogeneracin y trigeneracion. Turbina de gas: Gasto: 30 Kg/seg Entrada en el compresor: 18C y 1 atm Entrada en la turbina: T3 = 1100C Relacin de compresin: 7 Combustible utilizado: Bunker C Cadas de presinCompresor cmara de combustin: 1,5% de la presin mxima del sistema Cmara de combustin turbina de gas : 2% de la presin de salida de la turbina de gas. Escape de la turbina de gas : 1,5% de la presin de salida de la turbina de gas.Rendimientos: Cmara de combustin = 0,95 Compresor=0,85 Turbina de gas=0,90 Rendimiento mecnico del compresor y turbina= 0,85 Se adjunta datos del ejercicio 1 de la tarea ciclos reales de vapor Unaplantadegeneracindepotenciaavaporoperaenunciclorankineregenerativocon recalentamientocomosemuestraenlafigura,contrescalentadoresdeaguade alimentacin,unoabiertoydoscerrados,ademsdeunarecalentador.Elvaporsaledela caldera a 15 Mpa y 600C y se condensa a una presin de 10kPa. Algo de vapor se extrae de laturbinadealtapresina5Mpaparaelcalentadorabierto,mientrasqueelrestose Saber para Ser recalientaalamismapresinhastalamximatemperaturadelacaldera.Delvapor recalentadoqueseconducealasiguienteetapadelaturbinaseextraeunporcentajede vapor para un intercambiador de calor cerrado. El vaporpara el ltimo calentador cerrado se extrae de la turbina de baja presin a una presin de 0.5Mpa. Considerecadasdepresinytemperaturaeneltramosalida-ingresoaturbinadealtay recalentamiento-ingreso turbina de baja de 4% de la presin mxima del sistema y 3C. Las eficiencias trmicas de turbinas, bombas y calderas son de 85, 87 y 80% respectivamente. Las eficiencias mecnicas de la turbina bombas yson de 95 y 97% respectivamente. La eficiencia del generador elctrico y de los motores de las bombas es del 99%. Elcalordisipadoalambienteenintercambiadoresdecaloresde3%delcalormximo admitido por el agua de alimentacin en cada intercambiador.Existendospurgaspordondesefuga2%delflujomsicoqueseestexpandiendoenla turbina en cada purga. Elaguautilizadacomorefrigeranteparaelsistemadecondensacin,estomadadeunrio cercano, la cual se encuentra a 16C.Determine: a)Los diagramas Pv , hs y tsb)Los porcentajes de flujos msicos de cada extraccin. c)la eficiencia trmica del ciclo,d)flujo msico de vapor sabiendo que la planta genera una potencia de 8MWe)flujomsicodecombustibleparagenerarelvapornecesarioenlacaldera,considere que el combustible utilizado es Bunker C f)Potencias efectivas de las bombas, y turbinag)Cantidad de calor que admite el sistemaa)Cantidad de calor perdido al ambiente en intercambiadores de calor y purgas. b)Flujo msico deagua quedebera alimentar la bomba para asegurar el flujo de vapor calculado anteriormente. c)Flujo msico del condensado que se extrae por purgas. d)Caractersticasdimensionalesdelosintercambiadoresdecalorcerradosy condensador. e)Kilogramosdeaguarefrigerantenecesariosparacondensarelflujomsicodevapor que sale de la ltima etapa de la turbina de baja. f)Cantidad de vapor generado en la caldera por KWh generado. g)Cantidad de combustible quemado en la caldera por KWh generado. h)Costo de KWh generado Saber para Ser NOTA: El deber se realizar en equipos de dos personasDa de presentacin: 22 de julio del presente TEMAS PARA PROYECTOS DE EXPOSICIN - SISTEMAS TERMICOS 1.Ciclo Orgnico de Rankine 2.Plantas generadoras de energa elctrica a partir de energa solar trmica3.Plantas generadoras de energa elctrica a partir de energa solar fotovoltaica 4.Tecnologas y sistemas trmicos que trabajan con sales fundidas5.La tecnologa de las bombas de calor6.Eficiencia energtica en centrales termoelctricas de generacin elctrica, implantacin de un proyecto de eficiencia energtica7.Situacin energtica del Ecuador 8.Cambios que se dieron en el consumo energtico del pas por la insercin de focos ahorradores, plan renova (refrigeradores) , cocinas de induccin.NOTA: Las exposiciones se realizaran en equipos de cuatro personasSe defendern los trabajos a partir del22 de julio del presente.