Instalacion termica
Páginas: 9 (2036 palabras)
Publicado: 27 de septiembre de 2013
TRABAJO TÉRMICA
El trabajo de ingeniería
Un equipo de ingenieros en prácticas de una empresa multinacional trabaja en el Departamento de Ingeniería de Planta. La empresa utiliza vapor de agua a baja presión para su proceso de producción y se plantea una remodelación energética con el objetivo de obtener este vapor de agua y, simultáneamente, una producción de energía eléctrica, paramejorar la eficiencia energética de la empresa. Se pretende estudiar la influencia de varios de sus parámetros (presión, temperatura, rendimiento de las máquinas) sobre la energía utilizada y su impacto ambiental (en términos de CO2 emitido). El equipo debe presentar a la Dirección de la empresa un informe de los posibles comportamientos de la instalación energética en función de sus límites defuncionamiento y de las variables que se pueden modificar.
La instalación:
La empresa utiliza vapor de agua a una presión PTs en su proceso productivo. Para ello proyecta instalar una turbina de vapor que admita vapor a 60 bar y 350ºC y lo expanda hasta la mencionada presión PTs, obteniendo potencia durante la expansión del vapor. El rendimiento isentrópico de la turbina de vapor puedevariar entre 0,70 y 0,95.
El vapor se obtendrá a partir de agua líquida, y se vaporizará en un intercambiador de calor mediante la aportación de calor de los gases calientes de escape de un conjunto compresor/combustor/turbina denominado ciclo de cabecera de turbina de gas.
Este ciclo de cabecera admite aire ambiental a 20ºC y 1 bar en un compresor, cuyo rendimiento isentrópico puede variar entre0,60 y 0,80. La presión de descarga del compresor es un factor de diseño y se desean considerar varios casos comprendidos entre 6 y 12 bar. Tras la compresión, el aire comprimido se lleva a un combustor o cámara de combustión donde se quema gas natural para incrementar la energía de la corriente de gases. El rendimiento de esta cámara de combustión es del 95%. Los gases de combustión calientesobtenidos (modelizados como aire) se expanden en una turbina de gas hasta la presión de descarga de 1 bar, obteniendo una cantidad adicional de potencia durante esta expansión. El rendimiento isentrópico de la turbina de gas puede variar entre 0,70 y 0,95.
Estos gases calientes de la turbina son los que se van a aprovechar para aportar calor al agua y vaporizarla en un intercambiador de calor. Latemperatura de salida de los gases de este intercambiador será prácticamente igual a la temperatura de saturación del vapor en el intercambiador.
Se desea que la potencia generada por las dos turbinas sea de 25 MW.
Algunos límites. La seguridad
El conjunto compresor/combustor/turbina denominado ciclo de cabecera de turbina de gas, ha de operar a unas temperaturas que estén por debajo delas temperaturas límite de resistencia estructural de los materiales empleados en su construcción. Esta temperatura límite se estima en 1100ºC.
El contenido del informe
Primer nivel de exigencia del informe (imprescindible)
1. Para las condiciones estacionarias de presión y temperatura asignadas a cada equipo, evaluar la influencia de la variación de rendimientos isentrópicos delas turbinas de vapor y de gas y de la presión de descarga del compresor sobre el consumo/producción de energía (electricidad, combustible) y emisiones de CO2 de la instalación,
Segundo nivel de exigencia del informe (adicional)
2. Dimensionar térmicamente (longitud, diámetros de tubos, etc.) el intercambiador de calor empleado en la generación de vapor de agua.
PLANTEAMIENTO DE NUESTROTRABAJO:
1. Cálculo de los flujos másicos
DIBUJO
Para el cálculo de los flujos másicos nos vamos a centrar en la parte del ciclo de cabecera que va desde el punto 3 hasta el 8, donde encontraremos la turbina de gas, turbina de vapor e intercambiador.
En primer lugar generamos dos ecuaciones a partir de las cuales seremos capaces de obtener los flujos másicos del gas y del vapor.
La...
El trabajo de ingeniería
Un equipo de ingenieros en prácticas de una empresa multinacional trabaja en el Departamento de Ingeniería de Planta. La empresa utiliza vapor de agua a baja presión para su proceso de producción y se plantea una remodelación energética con el objetivo de obtener este vapor de agua y, simultáneamente, una producción de energía eléctrica, paramejorar la eficiencia energética de la empresa. Se pretende estudiar la influencia de varios de sus parámetros (presión, temperatura, rendimiento de las máquinas) sobre la energía utilizada y su impacto ambiental (en términos de CO2 emitido). El equipo debe presentar a la Dirección de la empresa un informe de los posibles comportamientos de la instalación energética en función de sus límites defuncionamiento y de las variables que se pueden modificar.
La instalación:
La empresa utiliza vapor de agua a una presión PTs en su proceso productivo. Para ello proyecta instalar una turbina de vapor que admita vapor a 60 bar y 350ºC y lo expanda hasta la mencionada presión PTs, obteniendo potencia durante la expansión del vapor. El rendimiento isentrópico de la turbina de vapor puedevariar entre 0,70 y 0,95.
El vapor se obtendrá a partir de agua líquida, y se vaporizará en un intercambiador de calor mediante la aportación de calor de los gases calientes de escape de un conjunto compresor/combustor/turbina denominado ciclo de cabecera de turbina de gas.
Este ciclo de cabecera admite aire ambiental a 20ºC y 1 bar en un compresor, cuyo rendimiento isentrópico puede variar entre0,60 y 0,80. La presión de descarga del compresor es un factor de diseño y se desean considerar varios casos comprendidos entre 6 y 12 bar. Tras la compresión, el aire comprimido se lleva a un combustor o cámara de combustión donde se quema gas natural para incrementar la energía de la corriente de gases. El rendimiento de esta cámara de combustión es del 95%. Los gases de combustión calientesobtenidos (modelizados como aire) se expanden en una turbina de gas hasta la presión de descarga de 1 bar, obteniendo una cantidad adicional de potencia durante esta expansión. El rendimiento isentrópico de la turbina de gas puede variar entre 0,70 y 0,95.
Estos gases calientes de la turbina son los que se van a aprovechar para aportar calor al agua y vaporizarla en un intercambiador de calor. Latemperatura de salida de los gases de este intercambiador será prácticamente igual a la temperatura de saturación del vapor en el intercambiador.
Se desea que la potencia generada por las dos turbinas sea de 25 MW.
Algunos límites. La seguridad
El conjunto compresor/combustor/turbina denominado ciclo de cabecera de turbina de gas, ha de operar a unas temperaturas que estén por debajo delas temperaturas límite de resistencia estructural de los materiales empleados en su construcción. Esta temperatura límite se estima en 1100ºC.
El contenido del informe
Primer nivel de exigencia del informe (imprescindible)
1. Para las condiciones estacionarias de presión y temperatura asignadas a cada equipo, evaluar la influencia de la variación de rendimientos isentrópicos delas turbinas de vapor y de gas y de la presión de descarga del compresor sobre el consumo/producción de energía (electricidad, combustible) y emisiones de CO2 de la instalación,
Segundo nivel de exigencia del informe (adicional)
2. Dimensionar térmicamente (longitud, diámetros de tubos, etc.) el intercambiador de calor empleado en la generación de vapor de agua.
PLANTEAMIENTO DE NUESTROTRABAJO:
1. Cálculo de los flujos másicos
DIBUJO
Para el cálculo de los flujos másicos nos vamos a centrar en la parte del ciclo de cabecera que va desde el punto 3 hasta el 8, donde encontraremos la turbina de gas, turbina de vapor e intercambiador.
En primer lugar generamos dos ecuaciones a partir de las cuales seremos capaces de obtener los flujos másicos del gas y del vapor.
La...
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