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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA PAZ
INGERNIERIA ELECTROMECANICA
MÁQUINAS Y EQUIPOS TERMICOS
ING. DANIEL SOLORIO TRASVIÑA
CALCULOS DE UNA CENTRAL TERMOELECTRICA
SAÚL ADÁN RAMOS PÉREZ
MANUEL ALBERTO MONTAÑO SANTOS
JOSÉ ROBERTO SIDONIO BERNAL
MIGUEL ANGÉL CARBALLO NIETO
CRISTIAN EMANUELLE AGUIRRE GOMEZ
ERICK ARMANDO OSUNA ROJAS
JOSE LUIS CESEÑA LOPEZ
RICARDO EUSTACIO PEREZ RODRIGUEZ
SERGIO CASTRO GARCIA
MAQUINAS Y EQUIPOS TERMICOS
[ ]MAQUINAS Y EQUIPOS TERMICOS
22-ABRIL-2012
MAQUINAS Y EQUIPOS TERMICOS
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Introducción
En general, la generación de energía eléctrica consiste en transformar alguna
clase de energía química, mecánica, térmica o luminosa, entre otras, en energía
eléctrica. Para la generación industrial se recurre a instalaciones denominadas
centrales eléctricas, que ejecutan alguna de las transformaciones citadas. Estas
constituyen el primer escalón del sistema de suministro eléctrico.
La generación eléctrica se realiza, básicamente, mediante un generador; si bien
estos no difieren entre sí en cuanto a su principio de funcionamiento, varían en
función a la forma en que se accionan. Explicado de otro modo, difiere en qué
fuente de energía primaria utiliza para convertir la energía contenida en ella, en
energía eléctrica.
Desde que Nikola Tesla descubrió la corriente alterna y la forma de producirla en
los alternadores, se ha llevado a cabo una inmensa actividad tecnológica para
llevar la energía eléctrica a todos los lugares habitados del mundo, por lo que,
junto a la construcción de grandes y variadas centrales eléctricas, se han
construido sofisticadas redes de transporte y sistemas de distribución. Sin
embargo, el aprovechamiento ha sido y sigue siendo muy desigual en todo el
planeta. Así, los países industrializados o del Primer mundo son grandes
consumidores de energía eléctrica, mientras que los países del llamado Tercer
mundo apenas disfrutan de sus ventajas.
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Central termoeléctrica
¿Qué es una central termoeléctrica?
En términos simples, es una forma de crear electricidad. Para ello se necesita pasar por diferentes etapas. Todo comienza en la caldera, que es el elemento fundamental donde se quema y se produce la combustión del carbón, fuel o gas. A su vez, pasa por ésta una tubería con agua que es calentada, generando vapor a alta presión, como una gran olla a presión. Este vapor confinado sale de esta gran olla para mover unas hélices curvas o álabes de unas turbinas que hacen girar el generador eléctrico formando la electricidad.La termoeléctrica puede ser de ciclo cerrado o abierto, esto se refiere a la captura del agua. Si es cerrado, significa que el agua que fue calentada es enfriada mediante una torre de enfriamiento donde el trabajo lo hace el aire. En el caso del ciclo abierto, el agua es tomada directamente del curso de agua para posteriormente ser eliminada al mar nuevamente, pero con varios centígrados de más.La única ventaja es que son económicas con respecto a otras formas de generar electricidad, por eso optan por este método, pero el que paga el precio es el medio ambiente.
Las desventajas de generar electricidad mediante este método El uso de combustibles fósiles genera emisiones de gases de efecto
invernadero y de lluvia acida a la atmósfera, junto a partículas volantes (en el caso del carbón) que pueden contener metales pesados.
Al ser los combustibles fósiles una fuente de energía finita (no renovable), su uso está limitado a la duración de las reservas y/o s rentabilidad económica.
Sus emisiones térmicas y de vapor pueden alterar el microclima local.
Generan grandes cantidades de CO2 acelerando el calentamiento global. Afectan negativamente a los ecosistemas fluviales debido a los vertidos de
agua caliente en estos.
Su rendimiento (en muchos casos) es nulo (comparado con el rendimiento ideal), a pesar de haberse realizado grandes mejoras en la eficiencia (un 90-91% de la energía liberada en la combustión se convierte en electricidad, de media).
Una termoeléctrica a carbón es tres veces más contaminantes que una a gas natural.
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Calculo de la central termoeléctrica
Se pretende diseñar una central termoeléctrica, se tiene como datos que la demanda a abastecer es de 44.292 MW, la caldera convertirá el agua a vapor sobresaturado a una presión de 15 MPa y una temperatura de 600 °C y el condensador tendrá una presión de 10 KPa.
El combustible utilizado es diesel:
Densidad=832 KgL
Poder calorífico bajo=10000 KcalKg
*Calcular:
1. M3 de combustible consumido por día2. Kg de vapor por segundo necesarios3. Tipo de caldera4. Eficiencia de la caldera
Eficiencia de la caldera
Primero procedemos a calcular la eficiencia, para asi proceder a calcular el combustible consumido.
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Estado 1.
P1=10 KPa.
h1=191.81 Kj/kg.
V1= 0.001010 m3/kg.
Estado 2.
P2= 15 MPa
S2=S1
h2= h1 + Wbomba = 206.884 Kj/kg.
Wbomba = V (P2-P1) = (0.001010 m3/kg)-(15000-75) KPa= 15.074 Kj/kg
Estado 3.
T3= 600°C.
P3= 15 MPa.
h3= 3583.1 Kj/kg.
S3= 6.6796 Kj/kg.
Estado 4.
P4= 10 KPa.
S4=S3.
CALIDAD X4= S4 – Sf /Sfg = 6.6796 – 0.6492 / 7.4996 = 0.8041.
h4=191.81 + (0.8041) (2392.1) = 2115.3 Kj/kg.
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Qin= h3 - h2 = (3583.1 Kj/kg) – (206.884 Kj/kg) = 3376.216 Kj/kg.
Qout= h4 – h1 = (2115.3 Kj/kg) - (191.81 Kj/kg) = 1923.5 Kj/kg.
EFICIENCIA
1- Qout / Qin = 1 – 1923.5 Kj/k / 3376.216 Kj/kg (100) = 43%
M3 de combustible consumido por día
Cálculo del consumo térmico específico: Es el Consumo Térmico Especifico que se calcula aplicando la fórmula siguiente, midiendo la energía eléctrica generada en la frontera comercial del generador.
HR=3600n
= KjKW h
HR=36000.43
HR=8372.09 KjKW h
Donde el cálculo por unidad de tiempo de calor que absorbe la caldera es
HR= QaKW h
Qah
=HR∗KW
Qah
=8372.09 KjKW h
∗44.292 x106Kw
Qa=3.71 x1011Kj /h
Calculo del flujo másico
Qa=m∗LHV
m= QaLHV
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m=3.71x 1011Kj /h
41868KjKg
m=8861.2K kgh
Diesel
1 Kcal = 4186.8 J/Kcal
1 m3 = 832 kg
1 día = 24 horas
m=8861.2K kgh⌊ 1832
m3
Kg⌋ [24 hd ]
Cantidad de combustible requerido:
m=255.6 m3
d
Kg de vapor por segundo necesarios
h3=3583.1 KjKg
Potencia=44300 Kjs
Kgde vapor=44300
Kjs
3583.1KjKg
Kgde vapor=12.36 Kgs
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Tipo de caldera
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Anexos- Formulas utilizadas
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