Diseño de una central térmica

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Ingeniería Térmica

Índice

Introducción…………………………………………………………………………………… 2 Desarrollo……………………………………………………………………………………….. 3 Conclusión………………………………………………………………………………………. 6 ANEXO: Cálculos……………………………………………………………………………… 7

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Introducción El presente proyecto tiene por objeto el diseño de una central térmica a partir de una serie delimitaciones. El principal objetivo que debe cumplir nuestra central es funcionar con un rendimiento total superior al 52%, produciendo una potencia neta de entre 180 y 220 MW. Para ello contamos con gas natural como combustible, con un poder calorífico de 40000 kJ/kg, y con la posibilidad de instalar los siguientes elementos tantas veces como sea preciso: 1. Turbina de vapor (alta presión) •Rendimiento isentrópico: 90 % • Presión máxima de admisión: 140 bar (abs) • Presión mínima de descarga: 50 bar (abs) • Temperatura máxima del vapor: 400 ºC 2. Turbina de vapor (media – baja presión) • Rendimiento isentrópico: 90 % • Presión máxima de admisión: 50 bar (abs) • Presión mínima de descarga: 0,08 bar (abs) • Temperatura máxima del vapor: 400 ºC 3. Bomba de condensados • Rendimientoisentrópico: 80 % • Presión máxima de descarga: 140 bar (abs) • Presión mínima de admisión: 0,08 bar (abs) 4. Turbina de gas • Rendimiento isentrópico: 88 % • Temperatura máxima del gas: 1600 K • Presión máxima del gas: 30 bar 5. Compresor de gas • Rendimiento isentrópico: 84 % • Relación máxima de compresión: 30 El resto de condicionantes son los siguientes: • • • La presión y temperatura atmosféricapromedio de la zona de ubicación de la central son 1 bar y 300 K respectivamente. Los gases de combustión no pueden verterse a la atmósfera a una temperatura superior a 380 K. Se dispone de un circuito cerrado de agua de refrigeración con un rango de operación de 300 – 320 K

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Desarrollo Nuestro primer planteamiento es el de crear un simple ciclo de gascon una única turbina, imponiendo como presiones y temperaturas las máximas permitidas por nuestro compresor y turbina. El sistema planteado se esquematiza como sigue:

1 bar 300 K

30 bar 1600 K

Realizando los cálculos para cada etapa del ciclo se obtiene un rendimiento total aproximado del 40%, insuficiente para nuestras pretensiones. Comprobamos que instalar un regenerador con el fin dereducir la cantidad de calor aportada es imposible, pues la temperatura de entrada en la cámara de combustión es superior a la temperatura de salida de la turbina, con lo que sólo conseguiríamos perder calor. Sin embargo los gases expulsados por la turbina, aún estando a presión atmosférica, tienen una temperatura de 800K, que podemos aprovechar para generar trabajo. Con el fin de aumentar elrendimiento total de nuestra central, aprovechamos el calor que expulsa nuestra turbina de gas para calentar un segundo ciclo, esta vez de vapor. De est este modo podemos conseguir obtener mayor trabajo a partir de la misma cantidad de calor aportada. El sistema resultante es un ciclo combinado:
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Antes de realizar los cálculos para el ciclo de vapor, intuimosque la temperatura a la que expulsa los gases la turbina de gas puede no ser suficiente para hacer funcionar correctamente la turbina de vapor. Dado que no podemos aumentar la temperatura de admisión de la turbina admisión de gas, decidimos disminuir la presión de admisión, es decir, la relación de compresión del

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compresor. De este modo los gasesexpulsados tendrán una temperatura mayor a la calculada anteriormente. Imponemos una relación de compresión de 12, manteniendo la temperatura de admisión de la turbina a 1600 K, de forma que obtenemos una temperatura a la salida de la misma próxima a 1000 K. Imponemos a la salida del intercambiador una temperatura de 300 K (inferior a la temperatura máxima de vertido, 380 K). Las entalpías...