EFICIENCIATERMICA3[2]

8/6/2019 EFICIENCIATERMICA3[2]

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INTRODUCCION

Un ciclo termodinmico es cuando todos sus estados estn

equilibrio, por ello el ciclo Rankine, es uno de los ciclos

termodinmicos ideales donde interviene (bomba, caldera,

turbina y el condensador) son dispositivos de flujo estacionario.

El presente trabajo toma como referencia al ciclo Rankine

haciendo uso de una caldera, turbina, condensador, bomba.

Considerando a la caldera como generadora de vapor, el vapor

que se obtiene de estas calderas son indispensables para el

funcionamiento de toda la empresa que es distribuido a todas

sus reas como: planta elctrica, turbinas, molinos, trapiches,

turbogeneradores, desfibradoras, evaporadores.


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I. OBJETIVOS.

OBJETIVO GENERAL.

Determinar la eficiencia de un ciclo termodinmico de la EmpresaAgroindustrial Tuman.

OBJETIVOS ESPECIFICOS.

Determinar si el rendimiento del ciclo termodinmico es el adecuado

para la Empresa.

Proponer una mejora dentro del ciclo termodinmico.


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II. GENERALIDADES

NOMBRE DE LA EMPRESA (RAZON SOCIAL):

Empresa Agroindustrial Tumn S.A.A.

RUC:

20136009614

TIPO DE EMPRESA:

Sociedad Annima Abierta

ACTIVIDAD ECONOMICA:Elaboracin de azcar de caa.

UBICACIN:

Direccin Legal: Av. el Trabajo Nro. S/n Coo. Tuman

Distrito / Ciudad: tuman

Provincia: Chiclayo

Departamento: Lambayeque

FUNDACION:

El 24 de Junio de 1969 mediante D.L. N 17716 * Ley de Reforma

Agraria* El Gobierno Militar conducido por el General Juan Velasco

Alvarado, garantizaba el cambio de Justicia Social en el Per, pasando a

ser administrada la Hacienda por sus trabajadores, constituyndose en

1970 la Cooperativa Tuman Ltda.

PRODUCCION

La produccin de azcar en la empresa es de 8000 bolsas/hora de azcar

rubia extrada de 180 toneladas de caa de azcar, segn datos

muestreados y procesados tcnicamente.


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III. MARCO TEORICO

CALDERA

Una caldera es una maquina o dispositivo de ingeniera que est diseado

para generar vapor saturado. ste vapor se genera a travs de

una transferencia de calor a presin constante, en la cual el fluido,

originalmente en estado liquido, se calienta y cambia de estado.

En la Empresas Agroindustrial TUMN S.A.A. Existen 5 calderas las cuales

generan vapor para tres procesos especficos, como son en la extraccinde jugo, en la concentracin de jugo y en la cristalizacin y separacin del

cristal, de las cuales se describen a continuacin su capacidad de

generacin de vapor.

TURBINAS:

Turbina es el nombre genrico que se da a la mayora de las

turbomquinas motoras. stas son mquinas de fluido, a travs de las

cuales pasa un fluido en forma continua y este le entrega su energa a

travs de un rodete con paletas o labes.

Es un motor rotativo que convierte en energa mecnica la energa de una

corriente de agua, vapor de agua o gas. El elemento bsico de la turbina es

la rueda o rotor, que cuenta con palas, hlices, cuchillas o cubos colocados

alrededor de su circunferencia, de tal forma que el fluido en movimiento

produce una fuerza tangencial que impulsa la rueda y la hace girar. Esta

energa mecnica se transfiere a travs de un eje para proporcionar el

movimiento de una mquina, un compresor, un generador elctrico o una

hlice.


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Las turbinas constan de una o dos ruedas con paletas, denominadas rotor y

estator, siendo la primera la que, impulsada por el fluido, arrastra el eje en

el que se obtiene el movimiento de rotacin.

Hasta el momento, la turbina es uno de los motores ms eficientes que

existen (alrededor del 50%) con respecto a los motores de combustin

interna y hasta algunos elctricos.

BOMBAS:

Las bombas se clasifican en tres tipos principales:

De mbolo alternativo.

De mbolo rotativo.

Rotodinmicas.

Los dos primeros operan sobre el principio de desplazamiento positivo, es

decir, que bombean una determinada cantidad de fluido (sin tener en cuenta

las fugas independientemente de la altura de bombeo).

El tercer tipo debe su nombre a un elemento rotativo, llamado rodete, que

comunica velocidad al lquido y genera presin. La carcaza exterior, el eje y

el motor completan la unidad de bombeo.

En su forma usual, la bomba de mbolo alternativo consiste en un pistn

que tiene un movimiento de vaivn dentro de un cilindro.

EVAPORADORES:Se conoce por evaporador al intercambiador de calor que genera la

transferencia de energa trmica contenida en el medio ambiente hacia un

gas refrigerante a baja temperatura y en proceso de evaporacin. Este

medio puede ser aire o agua.


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Estos intercambiadores de calor se encuentran al interior de neveras,

refrigeradores domsticos, cmaras de refrigeracin industrial, vitrinas

comerciales para alimentos y un sinfn de aplicaciones en procesos para la

industria de alimentos, as como en procesos qumicos. De igual manera,

tambin se encuentran al interior una diversa gama de equipos de aire

acondicionado. Es debido a esto que el evaporador tiene un diseo, tamao

y capacidad particular conforme la aplicacin y carga trmica.

CICLO RANKINE


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Proceso 12: Compresin isentrpica en una bomba: El agua entra a la bomba

en el estado 1 como liquido saturado y se condensa

isentrpicamente hasta la presin de operacin de la caldera. Latemperatura del agua aumenta ligeramente debido a una ligera

disminucin en el volumen especfico del agua, como podemos

observar en el grafico T s de la Figura 1.

Proceso 23: Adicin de calor a presin constante en una caldera: El agua entra

a la caldera como liquido comprimido en el estado 2 y sale como

vapor sobrecalentado en el estado 3. La caldera es bsicamente

un intercambiador de calor en donde el calor originado en los

gases de combustin, reactores nucleares u otras fuentes se

transfiere al agua a presin constante.

Proceso 34:Expansin isentrpica en una turbina: El vapor sobrecalentado en

el estado 3 entra a la turbina donde se expande isentrpicamente

y produce trabajo al hacer girar el eje conectado a un generador

elctrico. La presin y temperatura del vapor disminuyen durante

este proceso hasta los valores del estado 4, donde le vapor entra

al condensador. En este estado el vapor es una mezcla saturadade lquido vapor con una alta calidad.

Proceso 41: Rechazo de calor a presin constante en un condensador: El

vapor se condensa a presin constante en el condensador, el cual

es bsicamente un intercambiador de calor que rechaza a este

hacia un medio de enfriamiento como puede ser un lago un ro o la

atmsfera, el vapor sale del condensador como liquido saturado y

entra a la bomba completando el ciclo.


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IV. Sistema.


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V. Sistema seleccionado


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VI. DIAGRAMAS

DIAGRAMA T _ V y DIAGRAMA T _ V

T

300C

46 C

2 MPa

0,01 MPa2

V (m3 /kg)

1

3

4

0,12547 0.0010104

T

300C

46C

2 MPa

0.01 MPa2

S

4

3

1

0,6492 6.7663


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VII. EFICIENCIA TERMICA

ESTADO 1:

P1 = 0,01 Mpa h1= hf@0,01 Mpa = 417. 44 KJ/kg

Liquido saturado v1= vf@0,01 Mpa = 0.001043 m3/kg

ESTADO 2:

P2 = 2,5MPa

S2 = S1 W bomba = v1 (P2 - P1)

W bomba = 0.001043 m3/kg (2500 10) Kpa (kj/kpa.m3)

W bomba = 2.60kj/kg


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W bomba = h2 h1

h2 = h1 + W bomba

h2 = 417.44Kj/kg + 2.60Kj/kg

h2 = 420.04Kj/kg

ESTADO 3:

P3 = 2MPa h3= 3023.5Kj/kg

T3 = 300 C S3= 6.7663kj/kg.k

ESTADO 4:

P3 = 0.01215 Mpa

S4 = S3 X4

X4 = 6.7663 0.6946

7.3599

X4 = 0.82

h4 = hf+ x hfg

h4 = 206.473+ 0.82*(2382.95)

h4 = 2366.96Kj/kg

10 Kpa __________ 0.6492 Kj/kg.K 10 Kpa _________ 7.5010 kj/kg.k

12.15 Kpa _______ SfKj/kg.K 12.15 Kpa ______ Sfgkj/kg.k

15 Kpa __________ 0.7548 Kj/kg.K 15 Kpa _________ 7.2536 kj/kg.k

ENTROPIA DELLIQUIDO = 0.6946 Kj/ Kg.K ENTROPIA DE MEZCLA = 7.3599 Kj/ Kg.K


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10Kpa ________ 191.81 Kj/kg 10Kpa __________ 2392.8kj/kg.k

12.15Kpa _____ hfKj/kg 12.15Kpa ________ hfgkj/kg.k

15Kpa _________ 225.91Kj/kg 15Kpa __________ 2373.1kj/kg.k

ENTALPIA DELLIQUIDO = 206.473 Kj/ Kg ENTALPIADE MEZCLA = 2382.95 Kj/ Kg

CLCULO DELAEFICIENCIA

nt =

qentra = h3 h2 qsale = h4 h1

qentra = 3023.5 Kj/kg 420.04 Kj/kg qsale = 2366.96 Kj/kg 417.44KJ/kg

qentra = 2603.46 kj/kg qsale = 1949.52kj/kg

nt =

nt =

x 100

nt = 25 %


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CONCLUSIONES

y La eficiencia trmica del ciclo de la Empresa Agroindustrial Tuman resulto

el 25 %.

y Segn el estudio hecho proponemos:

a. Disminuir la Presin en el condensador.

b. Aumentar la temperatura en vapor sobrecalentado.

c. Aumentar la Presin de operacin de la caldera (aumentando la

presin en la bomba).

d. Sobrecalentando el vapor de salida de la caldera.

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