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8/13/2019 Mono Final Motriz
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Universidad Nacional de IngenieraFacultad de Ingeniera Mecnica
Curso : FUERZA MOTRIZ TERMICA
Seccin : A
Tema : CALCULO DE LOS SISTEMAS COMPLEMENTARIOS
UNA CENTRAL TERMICADE CICLO COMBINADO
Alumnos : ANAYA GOMEZ, OMAR 970356F
DE LA SOTA ALVAREZ, ALVARO 972032C
PAREDES DELGADO, JUAN 970286H
Profesor : ING. DUILIO AGUILAR
2003
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INTRODUCCIN
Con el paso de los aos, el aumento de la poblacin y de la capacidad industrial
del pas, se hace necesario ahora proyectarnos y tratar de estimar de por lo menos un
consumo de energa de aqu a 15 aos. Ya que es la nica forma de estar preparados y
satisfacer las necesidades a futuro.
Si bien es cierto con el sistema interconectado nacional, no importara donde
estara ubicada la planta ya que si se requiere energa para tumbes y la planta esta
ubicada en Tacna, no habra problema para transmitirle la potencia requerida a este
departamento.
Pero en este trabajo calculamos el requerimiento de energa de la regin
asignada y vemos la posibilidad de crear la planta en esta regin, tomando en cuenta la
potencialidad energtica de esta.
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PROYECCIN DE LA POTENCIA INSTALADA PARA LOS
DEPARTAMENTOSDE LA LIBERTAD, AMAZONAS Y
CAJAMARCA ESTIMADA PARA 15 AOS
TABLAS DE DATOS Y RESULTADOS
DATOS OBTENIDOS DEL INEI Y MEM (ver anexo)
La Libertad Amazonas CajamarcaPobl. Actual (2000) 1,465,970 406,060 1,411,942Pobl. estimada (2015) 1,822,557 519,973 1,653,391Energia disponible (kw) 140,774 18,920 160,390
Energia usada (kw) 82,408 9,632 165,686Cap. Industrial (%) 39.32 36.54 42.63IDH 0.61 0.516 0.495Pobl. Con acceso a alumb. Electrico (%) 63.3 34.2 29.5Tasa de crecimiento (%) 1.87 1.3 1.5Pobl. Total nacional (%) 5.71 1.58 5.5Ranking Nacional 9/24 18/24 20/24Prod. Industrial (S/.) 16,000,000 118,000,000 918,000,000Indice estimado de crecim. anual(%) 4 4 4
CALCULO DEL CONSUMO DE ENERGIA (proyectada a 15 aos)
La Libertad Amazonas CajamarcaConsumo de energia por Habitante(kw.h/Hab.) 202.37 85.39 422.45Consumo dentro 15 aos (Mw.h) 368831 44403 698469Considerando un factor de crecim.(Mw.h) 664245 79967 1257903Sobrecarga de 15%(Mw.h) 763881 91962 1446588Potencia instalada proyectada (Mw) 212 26 402Potencia faltante(Mw) 129.78 15.91 236.14
POTENCIA A PRODUCIR POR LA PLANTA (MW) 381.84
UTILIZANDO 3 UNIDADES DE GENERACION (MW/u) 127.3
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TABLAS Y PROCEDIMIENTOS DE CALCULO :
Informacin de tablas :
- Poblacin actual ao 2000:
Tabla del INEI, adjunta en el anexo
- Poblacin estimada al ao 2015:
Tabla del INEI, adjunta en el anexo
-Energa disponible (kw) y Energa usada (kw)
Elaboracin: equipo INDH-PNUD, Lima 2002, tabla adjuntada en el anexo de
recursos y potencialidades por departamentos
-Capacidad industrial:
Gran atlas universal del mundo
-ndice de desarrollo humano (IDH):
Elaboracin: equipo INDH-PNUD, Lima 2002, tabla adjuntada en el anexo de
recursos y potencialidades por departamentos
-Pobl. Con acceso a alumb. Electrico (%):
Gran atlas universal del mundo
- Tasa de crecimiento (%):
INEI, convenio INEI-PNUD
- Pobl. Total nacional (%)INEI, convenio INEI-PNUD
- Ranking Nacional
INEI, convenio INEI-PNUD
- Prod. Industrial (S/.)
INEI, convenio INEI-PNUD
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- Pobl. Total nacional (%)
INEI, convenio INEI-PNUD
- Ranking nacional
INEI, convenio INEI-PNUD
- Prod. Industrial (S/.)
INEI, convenio INEI-PNUD
- ndice estimado de crecim. anual(%)
Este ndice se estima de un promedio emitido por el ministerio de economa y
finanzas del crecimiento promedio anual de los ltimos dos aos.
Clculos:
- Consumo de energa por Habitante(kw.h/Hab.)
Del total de energa consumida por el departamento de la tabla INEI-PNUD
dividido entre el total de la poblacin
- Consumo dentro 15 aos (Mw.h)
De la proyeccin de poblacin, considerando constante el consumo de energa
por habitante
- Considerando un factor de crecim.(Mw.h)
Considerando un factor de crecimiento de 4%, usamos la formula
Consumo = Consumo dentro 15 aos*(1+0.04)15
- Considerando Sobrecarga de 15%(Mw.h)
Para que exista una estabilidad y ante cualquier contingencia de la red ponemos
una sobrecarga de 15%
- Potencia instalada proyectada (Mw):
Potencia instalada considerando sobrecarga/3600
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- Potencia faltante:
Diferencia entre la potencia instalada proyectada y la potencia instalada actual
Seleccin del combustible
La seleccin del combustible a emplear se baso en los recursos producidos por
los departamentos en estudio, ya que al estar transportando combustible de algn otro
departamento nos generara un gasto adicional, adems de que los recursos econmicos
generados de la explotacin del recurso energtico no se quedaran en la regin.
De cuadros obtenidos se encontr que el carbn ( Antracita) se produce en La
Libertad y cuenta con un 87% de reserva nacional, en Cajamarca no existen reservas de
hidrocarburos encontrados. En Amazonas tampoco existen reservas de este tipo
encontrados.
Pero se ve que en la Libertad se encuentran abundantes reservas de carbn
encontradas, las que se podran explotar para generar los recursos energticos
requeridos
En el siguiente cuadro vemos la estructura de consumo de carbn a nivel
nacional y vemos que el sector industrial tiende a aumentar la demanda de estecombustible. Tambin sabemos que actualmente el carbn en un recurso poco explotado
en el pas. y nuestro pas sufre de un dficit de energa trmica, ya que importamos estos
recursos energticos (petrleo, carbn, etc.), entonces el uso de el carbn puede ser una
excelente posibilidad para tratar de importar menos y autoabastecernos internamente.
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PROCEDIMIENTOS DE CALCULO PARA UNA PLANTA TRMICA DE
CICLO COMBINADO GAS- VAPOR DE 127 MW
Los clculos se realizara para una planta trmica compuesta por tres grupos
generadores de una potencia de 127MW cada uno ya que nuestra potencia obtenida
segn nuestros clculos ya mencionados es de 381.84MW.
Datos de diseo:
- Potencia elctrica a generar: 127 MW
- Presin de vapor mxima: 60 bar = 6 MPa- Combustible: Carbn Antracitico
- Ciclo : Sobrecalentado
- Altura 33 m.s.n.m. (La Libertad-Trujillo)
La Turbina a gas seleccionada : ABB turbine, modelo GT 13 D:
Potencia Heat Rate
(BTU/KWH)
Flujo Masa
(Lb)
Relacin de
Compresin
Temp. a la Turbina
97,9 MW 10564 BTU 869 11,9 990 C
Datos iniciales: Para 33 m.s.n.m. (condiciones ISO)
- P inicial = 1.01 bar- T entrada = 15 C
- aire = 1.225 Kg/m3
1. Proceso de Compresin: (ndice poli trpico de compresin Kc=1,4)
COMP
COMPCOMP
COMP
K
KK
K
TTP
P
T
T 1
12
1
1
2
1
2
T2= 288 (11,9)(1,4-1/1,4)
T2= 584 KEficiencia adiabtica del compresor: c = 90 %
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112
2
12
12 TTT
TTT
TT
COMP
R
R
COMP
T2R= 2889.0
288584
T2R = 617 K
2. Proceso de Expansin : (Kexp = 1,33)
EXP
EXP
EXP
EXP
K
K
K
K
TT
P
P
T
T1
34
1
4
3
4
3
Calculando:T4= 648 K
Eficiencia Adiabtica de Expansin : EXP = 93 %
433443
43 TTTTTT
TTEXPR
REXP
T4R= 12630.93(1263 - 648)
T4R = 691 K
3. Potencia Especifica del Ciclo :
1243
0035.1,172,1
TTCpTTCp
KKg
KJCp
KKg
KJCp
RaRgNETO
COMPRESORTURBINANETO
ag
NETO = 1.172 (1263 - 691)
1.0035 (617 - 288)NETO= 340 KJ/Kg
4. Calor Especifico entregado al Ciclo:
QA= Cpg*(T3T2r)
QA= 1.172 * (1263
617)QA = 757 KJ/Kg
)23(* RTTCpgQa
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5. Flujo de Combustible y Aire: Pcc = 34750 KJ/Kg (Carbn)Se tiene que QA * mg = comb * mc * Pcc
donde: comb
= eficiencia de combustin (95%)
757 (ma+mc) = mc * 34750 * 0.95
61,431m
m
c
a ra/c = 42,61Kgcomb
Kgaire
Entonces:
Pot = mg * wT ma * wC
97900 KJ/s = (ma+mc) * 670.4ma * 330.2
97900 KJ/s = 340.2 * ma+ 670.4 * mc
mc = 6.46 Kg/S
ma = 275 Kg/S
2
2R
3
4R
4
1
T (K)
S (KJ / Kg K)
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CLCULO DEL CICLO VAPOR
Datos:
- P2 = P3 = 6 Mpa
- T3 = 400 C (suposicin)
- T = 0.9 (Eficiencia adiabtica de la turbinas de alta y baja presin)
- B = 0.85 (Eficiencia adiabtica de la bomba)
- h3 =3177.2 KJ/Kg
- s3 = 6.5407 KJ/Kg
- T4 286 C
Aprox P4= 2 Mpa
h4= 2902.5 KJ/Kg
T= 0.9 =2902.5-3177.2
h2.3177 4r h4r= 2930 KJ/Kg
Si T5= 508 C P5= 2 Mpa h5=3485 KJ/Kg
S5= 7.4535 KJ/Kg S6= S5= 7,4535 P6= 0,076 Mpa
h6= 2663,5 KJ/Kg
T= 0.9 =526633485
34856
,
h r
h6r= 2745,65 KJ/Kg
h1= 385,7 KJ/Kg S1 = 1.2165 KJ/Kg*K
De tabla:
S1= S2 = 1,2165 KJ/Kg.K P 6 Mpa h2= 398,41 KJ/Kg
Luego b=0.85 =7,385
7,38541,398
2
rh h2r= 400,7 KJ/Kg
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3 5
4r4
2r
2
1 6r6
Si : m = Eficiencia mecnica
m = 0.95 m = 0.98
Wt1 G W1
TA
m = 0.95 m = 0.98
Wt2 G W2
TB
m=0.9
Wb W3
P
w 1WG
T (K)
S (KJ / Kg K)
6 MPa
2 MPa
0.076 MPa
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Potencia = 44 MW (para el ciclo de vapor)
P = W1+ W2W3
P = 0.95 * 0.98 * (wt1+ wt2) wb/0.9
45000 = 0.95*0.98*(mv*(h3h4r) + mv*(h5h6r))1/0.9*(mv*(h2rh1)
45000 = 0.95*0.98*mv*(3177.2 2930 + 3485 2745,65) mv/0.90*(400,7
385,7)
mv = 49.90 Kg/s
En el ciclo a gas:
HRSG = 85% (eficiencia del Heat Recovery Steam Generator)
Q = HRS*mg*Cpg*(T4rT5)
Si se supone T5= 180 C = 453 K (Temperatura de los gases de escape despus del
HRSG). Por efecto de la temperatura de roco de los gases de escape T5 > 146 C
Q = 0.85 * 281.51 * 1.172 * (730 453)
Q = 77683 KJ/SPrecalentamiento:
Q = mv (hfh2r)
Q = 49.90 (1213.32400.7)
Q = 40549 KW
Sobrecalentamiento:
Q = mv (h3hg)
Q = 49.90 (3177.22784.3)
Q = 19605 KW
Recalentamiento:
Q = mv (h5h4r)
Q = 49.90 (34852930)
Q = 27693 KW
Calor requerido:
Q = Qpre+Qsob+Qrec = 40549+19605+27693
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Q = 87848 KW
En el ciclo vapor:
Q = mv (hghf)
Q = 49.90 (2784.31213.32)
Q = 78391 KW
78391 KW = 0.95 * mc * 34750
mc= 2.37 Kg/s
Luego, el valor de la potencia es:
Pot. = 78391 / 9.809 = 7992 BHP
Entonces se tiene una caldera de las siguientes caractersticas:
P = 7992 BHP
Capac. = 49.90 kg/s
Pres. Trab. = 6 MPA
Tipo de vapor = Vapor sobrecalentado
El calor de Condensacin para la Torre de enfriamiento.
Q = 49.90 * (2745.65385.7) = 115118 KW
Q = 118 MW
Entonces:
Potencia a generar por la turbina de alta presin:
W1= 49.90 * (3177.22930) = 12 MW
Potencia a generar por la turbina de baja presin:W2= 49.90 * (34852745,65) = 36.8 MW
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Del catlogo : Westinghouse Steam Turbines:
Model Maximum
Inlet
Pressure
(Psig/Mpa)
Maximum
Inlet
Temperat.
(F/C)
Maximum
Exhaust
Pressure
(Psig/Mpa)
Maximum
Power
Capatibility
(Hp/MW)
Maximum
Speed
Arrangement
Wheel
Diameter
(in/mm)
EM20 1500/10.345 950/510 300/2.07 7000/5.2 14500 20/510
EM25 1500/10.345 950/510 300/2.07 11500/8.5 10000 26/635EM25/32 1500/10.345 950/510 75/0.515 15000/12 10000 32/815
M25 1500/10.345 950/510 300/2.07 20000/1 10000 25/635
M32 1500/10.345 950/510 300/2.07 30000/22.4 7000 32/815
EMM 3500/24.138 1000/538 75/0.515 50000/37.3 6000 Variable
Para la turbina de alta presin escogemos el modelo: EMM25/32
Cuyos parmetros son: Mxima Potencia: 12 MWMxima presin de entrada: 10.345 MPa
Mxima Temperatura de entrada: 510 C
Mxima presin de salida: 0.515 MPa
Para la turbina de baja presin escogemos el modelo: M32
Cuyos parmetros son: Mxima Potencia: 37.3 MW
Mxima presin de entrada: 24.138MPa
Mxima Temperatura de entrada: 538 C
Mxima presin de salida: 0.515 MPa
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Clculo de Torre de Enfriamiento:
Utilizando:
tonh
BTU
FTGPMaargC
15000
500 (tons)
Carga = Qa = 118 MW
Suponiendo T = 30F
Se tiene:
15000
3050026841
GPM
ton ,
Caudal = 26841 GPM.
Considerando cuatro torres de enfriamiento, se tiene:
Caudaltorre= 26841 / 5 = 5368 GPM
Caudaltorre= 0.34 m3/s
Caudaltorre= 340 l/s
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ESQUEMA DE UN CICLO COMBINADO
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EJEMPLO DE DISPOSICIN DE EQUIPOS DE UNA PLANTA DECICLO COMBINADO
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Clculo de los accesorios.
1. Calculo de TuberasPor la ley de continuidad se tiene:
Gasto de peso =Velocidad * rea * densidad
Si se tiene que las velocidades de conduccin en las tuberas son:
- Conduccin general de agua 200500 pie/min
- Servicios varios de planta 300600 pie/min
- Tubera de descarga de bomba 300600 pie/min
- Tubera de succin de bomba 200500 pie/min
- Tubera de alimentacin de caldera 500600 pie/min
- Vapor saturado de alta presin 600010000 pie/min- Vapor saturado de baja presin 40006000 pie/min
- Vapor de escape de alto vaci 2000024000 pie/min
- Vapor de alta presin sobrecalentado 1000015000 pie/min
a. Calculo de la lnea de vapor principal sobrecalentado:Si nuestro flujo de vapor (gasto) es :
Gv = 49.90 kg /s = 110.01 Lb /s
Gv = 396038 Lb / h
La presin de operacin:
P= 60 bar = 870.23 psia =855.53 psig
La temperatura :
T = 500 C = 932 F
Volumen especifico:
V = 0.05665 m3/ kg = 0.90744 pie3/ Lb
Si:
Gv = .V.A=
AV.=
4
.. 2DV D =
v
Gv
.
.4.
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Entonces :
D = (10000*
60/1*90744.0*4*4.396038
)1/2= 0.7626 pie = 9.15 pulg.
D = (15000*
60/1*90744.0*4*4.396038
)1/2= 0.5084 pie = 6.10 pulg.
Si tomamos
D = 9 pulg.
Verificando V =60*)667.0(*
90744.0*4*4.3960382
V = 13557.9 pie /min ok!
De catalogo tomamos entonces :
D =10 pulg.
Para designar el espesor del tubo
catalogo =St
Pm*1000
donde:
Pm = P manomtrica psi
St = Esfuerzo permisible de trabajo Lbf/m2
Segn normas y especificaciones para tuberas de plantas de fuerzas
Material : Acero Cr - Mo
Especificacin ASTM : A158 sin costura
El esfuerzo mximo permisible a 500 C es 1012 kg/cm2= 14392 Lbf/pulg.2
Luego: catalogo = 103*855.53/14392 = 59.4
Entonces usaremos:
catalogo =60
nominal exterior espesor interiorm 10 10.75 0.50 9.75
Usando la formula de el ASA para tuberas para un espesor mnimo:
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dt = cPS
DoP
*8.0*2
*
donde: P: presion manometrica (psig)
Do: dimetro exterior (pulg.)
S: esfuerzo de trabajo (psi)
C {0.05 pulg. En tubos Do 1
0.065 pulg. En tubos Do 1
dt = 065.053.855*8.014392*2
75.10*53.855
dt = 0.377 pulg.
0.377 < 0.50 pulg. Ok!
Se usara entonces un tubo :exterior = 10.75 pulg.
Espesor = 0.50 pulg.
Cedula = 60
b. Calculo de la lnea de vapor recalentado:
Si el flujo de vapor es:
Gv = 396038 Lb / h
La presion de operacin:
P = 2 Mpa = 290.075 psia = 275.37 psig
T = 400 C = 752 F
V = 0.1512 m3/kg = 2.422 pie3/Lb
Si:
D =v
Gv
.
.4.
Entonces :
D = (1000*
60/1*422.2*4*396038
)1/2= 1.17pie = 17.64 pulg.
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D = (15000*
60/1*422.2*4*396038
)1/2= 1.36 pie = 16.3 pulg.
Tomamos:
D = 18 pulg.
Verificando: V =60*)36.1(*
422.2*4*3960382
V = 11005 pie /min ok!
Para designar el espesor del tubo:
catalogo =St
Pm*1000
Segn normas y especificaciones para tuberas de plantas de fuerzas:
Material : Acero al carbono
Especificacin ASTM : A106 al A 53 sin costura
El esfuerzo mximo permisible a 400 C es 669 kg/cm2= 9513.88 Lbf/pulg.2
Luego: catalogo = 103*275.37/9513.88 = 28.9
Entonces usaremos:
catalogo = 30
nominal exterior espesor interior
m 18 18 0.438 17.124
Usando la formula de la ASA para tuberas para un espesor adicional por corrosin:
dt = cPS
DoP
*8.0*2
* dt = 065.0
37.275*8.088.9513*2
18*37.275
dt = 0.323 pulg. 0.2939 < 0.438 pulg. Ok!
Se usara entonces un tubo :
exterior = 18 pulg.
Espesor = 0.438 pulg.
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dt = cPS
DoP
*8.0*2
* dt = 065.0
2.11*8.06.10395*2
625.8*2.11
dt = 0.065 pulg. 0.065 < 0.25 pulg. Ok!
Se usara entonces un tubo :
exterior = 8.625 pulg.
Espesor = 0.25 pulg.
Cedula = 20
2. Clculo del aislamiento Trmico:Para la fibra de vidrio ka = 0.028 w/m.k
Para el acero dulce kt = 64 w/m.k
Conveccin libre de aire he = ( 325) w/m2
.k (h = 25 w/m2
.k)Conveccion forzada en vapor hi = 2000 w/m2.k
a) Lnea de vapor sobrecalentado: (50 m.)Si el tubo :
D1 = 9.564 pulg = 242.92 mm.
D2= 10.75 pulg = 273.05 mm.
Si el calor dado al vapor es de:
Q = (h3h2r).mv= (3186.4507.07)*49.9
Q = 133699 kj/s
Luego por transferencia de calor:
Pi Tub ais. Pe
Ti Too
Ti : Temperatura del vapor = 400 C
Too = Temperatura del aislamiento = 18 C
Pi = Pared interior
Tub. = tubera
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ais.= aislamiento
Pe = pared exterior
A. Sin aislante:
Di = 9.564 pulg. = 242.92 mm
Ti = 400 C De = 10.75 pulg. = 273.05 mm
Di De
L = 50 m
RPi=hiAi*
1=
2000*50*243.0*
1
= 1.31*10-5
. Rtub.=Lk
DDLn
***2
)1/2(
=
50*64**2
)92.242/05.273(
Ln=5.815*10-6
. Rpe =heAe*
1=
25*50*273.0*
1
= 1.048*10-3
RT= 1.0673*10-3C/w
Q =Rt
TooTi =
310*0673.1
)18400(
= 357908.76 W
B. Con aislamiento:. RPi =
hiAi*
1=
2000*50*243.0*
1
= 1.31*10-5
. Rtub =Lk
DiDfLn
***2
)/(
=
50*64**2
)92.242/05.273(
Ln= 5.815*10-6
. RPe= heAe*
1
= 25*50*)2273.0(*
1
e = )2273.0(**1250
1
e
R ais =50*028.0**2
)273.0/)2273.0(
eLn =
7962.8
)1365.0/1( eLn
8/13/2019 Mono Final Motriz
26/35
. Qais=
R
)18400(=
7962.8
)1365.0/1(
)2273.0(1250
1000018925.0(
382
eLn
e
Si:e = 0.02 Q ais = 23325.55 W
e = 0.03 Q ais = 16346 W
e = 0.04 Q ais = 12751.6 W
e = 0.05 Q ais = 10557.3 W
e = 0.1 Q ais = 6059.5 W
b) Lnea de vapor recalentado: (60 m.)D1 = 17.124 pulg. = 434.95 mm
D2= 18 pulg. = 457.2 mm.
Si el calor dado por el vapor es de:
Q= (h5h4r)*mv = ( 3247.62974.4)*49.9
Q = 13633 kj/s
A. Sin aislante:
Di = 0.435 m
De = 0.457 m
Ti = 400 C Di De
L = 60 m
RPi=hiAi*
1 =2000*60*435.0*
1
= 6.098*10-6
Rtub.=Lk
DDLn
***2
)1/2(
=
60*64**2
)435.0/457.0(
Ln=2.044*10-6
Rpe =heAe*
1=
25*60*457.0*
1
= 4.64*10-4
8/13/2019 Mono Final Motriz
27/35
RT=4.724*10-4C/w
Q =Rt
TooTi =
410*724.4
)18400(
= 808483 W
B. Con aislante:RPi =
hiAi*
1=
2000*60*435.0*
1
= 6.098*10-5
Rtub =Lk
DiDfLn
***2
)/(
=
60*64**2
)435.0/457.0(
Ln= 2.044*10-6
RPe=heAe*
1=
25*60*)2457.0(*
1
e=
)2457.0(*25.4712
1
e
R ais = 60*028.0**2
)457.0/)2457.0(
eLn
= 55.10
)228.0/1( eLn
. Qais=
55.10
)228.0/1(
)2457.0(25.4712
100000814.0(
382
eLn
e
Si:
e = 0.05
Q ais = 19913 We = 0.07 Q ais = 14839 W
e = 0.1 Q ais = 10976 W
e = 0.2 Q ais = 6372 W
c) Lnea despus del condensador: (100 m.)D1 = 8.125 pulg. = 0.2063 m
D2= 8.625 pulg. = 0.2191 m.
Si el calor dado por el vapor es de:
Q= (h6rh1)*mv = ( 2760.7504.68)*54.1
Q = 122050.7 kj/s
8/13/2019 Mono Final Motriz
28/35
A. Sin aislante:RPi=
hiAi*
1=
2000*100*2063.0*
1
= 7.71*10-6
Rtub.=Lk
DDLn
***2
)1/2(
=
100*64**2
)387.0/2063.0/2191.0(
Ln=1.497*10-6
Rpe =heAe*
1=
25*100*2191.0*
1
= 5.81*10-4
RT= 5.903*10-4C/w
Q =Rt
TooTi =
410*903.5
)18120(
= 172778.4 W
C. Con aislante:RPi = 7.71*10
-6
Rtub = 1.497*10-6
RPe= =25*100*)22191.0(*
1
e=
)22191.0(*75.7853
1
e
R ais =100*028.0**2
)2191.0/)22191.0(
eLn =
592.17
)10955.0/1( eLn
Qais=
592.17
)10955.0/1(
)22191.0(75.7853
1
000009207.0(
102
eLn
e
Si:
e = 0.05 Q ais = 4683.14 W
e = 0.07 Q ais = 3585.4 W
e = 0.1 Q ais = 2743.3 W
e = 0.2 Q ais = 1721.2 W
Finalmente para el calculo del espesor del aislamiento se debe considerar un
eficiencia del aislamiento del 98%, entonces:
a) Vapor Sobrecalentado:
Q = 357908.76 *0.02 = 7168 W
8/13/2019 Mono Final Motriz
29/35
Aprox. El espesor es de : e = 0.1 m
b) Vapor Recalentado:
Q = 808483*0.02 = 16170 W
Aprox. El espesor es de : e = 0.07 m
c) Condensado:
Q = 172778.4*0.02 = 3455.57 W
Aprox. El espesor es de : e = 0.07 m
3. Clculo del tanque de Almacenamiento de agua:Debido a que antes que arranque la planta se debe llenar todo el sistema con agua,
se construir un tanque para agua de reposicin para la planta de fuerza estevolumen ser de aproximadamente el 25 % del agua total a usar en el proceso;
entonces:
Magua adicional = 0.25*49.9 = 12.48 Kg/s
Si se considera que la planta funcionara solo 16 horas al da entonces:
Magua = 12.48*16*3600 = 718848 Kg/dia
Vagua = 718848/1000 = 719 m3/da
Vtanque
= 800 m3/da ( 16*16*3.2)
4. Clculo del tanque de almacenamiento de agua dura:Es el tanque principal de agua para el abastecimiento del tanque de agua tratada,
se construir siendo 1.2 veces el volumen del tanque de agua tratada.
Vtanque = 1.2*800 = 960 m3/da (18*18*3 m3)
5. Clculo del Ablandador:Si se tiene una operacin de 16 horas de funcionamiento, con un flujo de agua de
12.48 Kg/s = 11873 Gal/h, con una dureza de 20.4 Gn/Gal (= 350 ppm)
El Volumen de Resina:
8/13/2019 Mono Final Motriz
30/35
VR= 3/30000
/11873*/4.20*16
piegn
hgalgalgnh
VR= 129 pie3
La capacidad de ablandamiento es:
129 pie3*30000 gn/pie3= 3 875 000 gn
y para una: dureza = 350 ppm.
El volumen de agua entre cada regeneracin ser :
Vagua=
galgn
gn
/4.20
3875000 Vagua = 189951 gal.
Cantidad de sal total :
Si se sabe que para 1 pie3de resina se necesita 7 Kg de sal, donde esta tiene una
humedad de 2 %, con solucin de una de 23 %
98.0
7*129= 921 kg de sal.
Volumen de agua necesaria para regenerar la resina:
Si:
23 gr sal 77 gr de agua
921000 gr sal X
X = 3084782 gr agua
X = 3085 L ( 814.97 gal agua )
Tiempo de regeneracin de la resina :
Treg=hgal
gal
/11873
97.814= 0.06864 h = 4.12 min.
Volumen necesario para el enjuague:
Venj= 150 gal/pie3*129 pie3= 19350 gal
8/13/2019 Mono Final Motriz
31/35
Tiempo de enjuague de la resina :
Tenj=hgal
gal
/11873
19350= 1.63 h = 98 min.
Dimensiones de enjuague de la resina :
a) Altura de la grava ( Hs) :
Grava fina 3 pulg.
Grava media 3 pulg.
Grava gruesa 3 pulg.
Arena fina 3 pulg.
Hs = 12 pulg. = 1 pie.
b) Espacio muerto en la parte inferior y en la parte superior ( Hms y Hmi)
Espacio muerto en la parte superior o cmara de expansin.
Hms = 1.5(Hs) = 1.5 (1) Hms = 1.5 pie
Espacio muerto en la parte inferior
Hmi = 0.5(Hs) = 0.5(1) Hmi = 0.5 pie
c) Altura de la resina ( HR)Si consideramos una relacin altura /radio = HR/R = 3/1 =K
HR= 32
1415.3
129*3 HR = 7.18 pie
R = 2.39 pie
d) Altura de los casquetes esfricos( Hc):
Casquete superior
Hcs= 1/3 *R = 1/3(2.39) Hcs = 0.80 pie
Casquete inferior
Hci= 0.75 pie.
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6. Clculo de la chimenea de gases (HRSG)Como vimos anteriormente, el flujo de combustible para el gas natural (
mayor % de metano).
C3H8+ X(O2+3.76*N2) A*CO2+B*H2O + C*N2
3 = A
8 =B*2 B = 4
X(2) = 3*2 + 4 X = 5
C = 3.76*5 = 18.8
C3H8+ 5(O2+3.76*N2) 3*CO2+4*H2O + 18.8*N2
ra/c=
)1*812*3(1
))28(76.332(5 ra/c =15.6 kg aire/kg comb.
Pero para combustible gaseoso se requiere 10 % de exceso de aire
ra/c = 15.6*1.1 ra/c = 17.16 kg aire / kg comb.
El flujo de aire necesario ser :
Ma= 17.16 kg aire / kg comb*2.37 kg comb/s = 40.7 kg aire/s
El flujo de gases de escape ser :
Mg = Ma+ Mc= 17.76 + 2.37 Mg = 20.13 kg gases/s
Calculo del flujo (volumen ) de gases:
Para la salida de gases Tgases180 C =453 k
P = 101.35 kPa
P.V =m.R.T
V =35.101
453*287.0*13.20 Vgases= 25.82 m
3/s
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Calculo del flujo (volumen) de aire :
Para una temperatura : Taire= 18 C = 291 K
Paire= 101.35 Kpa
V =35.101
291*287.0*78.17 Vgases= 14.65 m
3/s
Pero adems del ciclo de gas se obtuvo:
Mc = 6.46 kg/s Mg = 281.46 kg/s
Ma = 275 kg/s
Y el volumen de estos gases de combustin a T = 200 C = 473 K
P = 101.35 Kpa
V =35.101
473*287.0*46.281 Vgases= 377 m
3/s
7. Clculo de la potencia de servicios auxiliares:1) Potencia del ventilador de combustin:
Si se considera que la suma de perdidas en el ducto es de 12.5 pulg. H2O;
luego:
HP = 0.0001573(PCM)(Hw) Hw = perdidas (pulg. H2O)
PCM = pie3/min aire
HP = 0.0001573(14.65*60*35.31)(12.5 pulg H2O)
HP = 61.04 HP.
Si se considera que la eficiencia del ventilador es de 75 % y la eficiencia del
motor elctrico es de 90 %
Pot =9.0*75.0
04.61 HP Pot = 90.4 HP
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2) Potencia de la bomba de alimentacin de agua:Si la presin es de 60 Bar = 870.23 psia y considerando perdidas en :
Sobrecalentador = 4.5 %
Recalentador = 4 %
Tubera y vlvulas = 5 %
Tubo colector de vapor = 0.5 %
14 %
Pcaldero = 870.2314.7 = 855.53 psig
855.53/(1-0.14)= 995 psig + 14.7 psi Pcaldero = 1010 psia
Entonces :
HP =60*33000
31.2** tbomba HQ Qbomba = Lb/h
Ht= psia
HP =60*33000
)31.2(*)1010(*)3600*2.2*9.49(
HP = 466 HP
Considerando una eficiencia mecnica de la bomba de 80 % y la eficiencia
del motor del 85 %
Pot =8.0*85.0
466HP Pot = 685.3 HP
3)
Potencia de la bomba de condensado:Si la presin es de 0.076 Mpa = 11 psia y considerando perdidas en el sistema
de tuberas de 8.6 psi ( 20 pie H2O)
P = 118.6 = 2.4 psia.
8/13/2019 Mono Final Motriz
35/35
Entonces : HP =60*33000
)31.2)(4.2)(3600*2.2*9.49(
HP = 1.1 HP
Considerando una eficiencia mecnica de la bomba del 75 % y una eficiencia
del motor elctrico del 85 %
Pot =85.0*75.0
1.1 Pot = 1.74 HP