EES ciclo confinado

I Jornadas Nacionales de Ingeniería Termodinámica
Abril 1999, Badajoz
Actas del Congreso

ANÁLISIS Y DISEÑO DE CICLOS COMBINADOS CON EES
Miguel Angel Lozano Serrano
Departamento de Ingeniería Mecánica - Universidad de Zaragoza
C/ María de Luna, 3. 50015 Zaragoza (España)
Resumen: Los programas de resolución de sistemas ecuaciones no lineales
permiten una orientación de la docencia eningeniería hacia los aspectos prácticos
(análisis, diseño y operación) de los sistemas estudiados. El programa EES
incorpora funciones de cálculo de propiedades termofísicas por lo que resulta muy
útil en ingeniería térmica. Aquí se presentan algunas de sus características más
relevantes, ilustrándose su aplicación al análisis y optimización del diseño de un
ciclo combinado de turbina de gas.1. El programa EES
Es evidente la creciente demanda tanto académica como industrial de reorientar los planes de estudio de
ingeniería poniendo mayor énfasis en los aspectos prácticos: operación, diseño y optimización de los equipos y
sistemas estudiados. La incorporación de problemas de diseño y de final abierto a los textos que desarrollan
disciplinas básicas (Moran y Shapiro1, Bejan2) y laaparición de otros textos (Stoecker3, Hodge4, Janna5, Bejan et
al6, Boehm7-8) enfocados directamente al análisis y diseño de sistemas térmicos tratan de responder a dicha
demanda. El objetivo es proporcionar a los estudiantes la oportunidad de desarrollar su creatividad y criterio
técnico, considerar las necesidades de un proyecto dado, buscar alternativas y aplicar restricciones realistas. Siademás se fomenta la presentación de resultados mediante informes razonados, tablas y gráficos se mejorara
también su capacidad de comunicación.
El análisis y diseño de sistemas energéticos requiere conceptos de termodinámica, mecánica de fluidos y
transferencia de calor, así como conocimientos de economía industrial y cálculo numérico. La ausencia de
problemas de diseño y de final abierto enla práctica docente convencional cabe atribuirla a dos motivos. En
primer lugar, las relaciones fundamentales que describen los equipos y procesos energéticos conducen casi
siempre, salvo idealizaciones excesivas, a sistemas de ecuaciones simultáneas no lineales. Además, dichas
ecuaciones envuelven implícitamente propiedades termodinámicas y de transporte de los flujos materiales, lo
queincorpora una dificultad adicional. El segundo motivo es la insuficiente ligazón de objetivos y contenidos de
las disciplinas mencionadas, ha sido analizado en distintos foros (véanse, por ejemplo, las publicaciones de
ASME9-11 relativas a educación en termodinámica y sistemas energéticos) y no será objeto de esta
comunicación.
En los últimos años se han desarrollado programas de resolución desistemas de ecuaciones (TK Solver,
MATHCAD, etc.) fáciles de usar en ordenadores personales y que nos permiten salvar las dificultades del
cálculo y centrarnos en los aspectos conceptuales del problema. En el ámbito de la ingeniería térmica destaca el
programa EES12 pues incorpora además de las funciones matemáticas convencionales otras de cálculo de
propiedades termofísicas ajustándose así a lasnecesidades del análisis y diseño de sistemas energéticos. Una
descripción simple de este programa y su aplicación a la resolución de tres casos prácticos (ciclos frigoríficos,
aislamiento térmico y equilibrio químico) puede verse en Lozano13. El nombre EES es el acrónimo de
“Engineering Equation Solver”. La función básica de este programa es la resolución de sistemas de hasta 5000
ecuacionesno lineales y esta disponible para IBM PC y APPLE MACINTOSH. Como explican los autores la
motivación para crearlo surgió de su experiencia docente en termodinámica y transferencia de calor. La mayor
parte del tiempo y esfuerzo en la resolución de problemas en estas asignaturas se destina a la búsqueda de
propiedades termofísicas y de la secuencia de cálculo de las ecuaciones del modelo...