DISEO DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA.FACULTAD DE INGENIERA MECNICA.

FUERZA MOTRIZ TERMICAMN153 ADISEO DE UNA CENTRAL TERMICA DE CICLO COMBINADO EN LOS DEPARTAMENTOS DE CAJAMARCA, AMAZONAS Y LA LIBERTAD (600 MW)Profesor: Ing. Aguilar Vizcarra, DuilioIntegrantes: Huamn Ortiz, Ronald Richard 20070180BQuispe Rodrguez, Sergio. 20060117FCarbajal Penadillo Jaime. 20087505G

Lima, 27 de diciembre del 20112011 II

INTRODUCCINContinuando con el proceso de diseo de una planta de ciclo combinado con cogeneracin pasaremos ahora a definir los detalles de la ubicacin y distribucin de la planta. Dentro de la distribucin de planta veremos especficamente la ubicacin de cada uno de los equipos tanto los tanques de almacenamiento de combustible como tambin la ubicacin de las turbinas y la manera en que estas se interconectan.El clculo tambin se enfoca al las uniones de tuberas donde se determinara el tipo de material, dimetro, longitud, etc. Luego pasaremos a calcular tambin la torre de enfriamiento donde se realiza el tratamiento de agua. Todos estos clculos estarn en relacin con los clculos previamente realizados en la monografa anterior donde se nos indica la demanda de energa proyecta al ao 2030es de 1272.54 MW para las regiones de Cajamarca, amazonas, La libertad.

UBICACIN DEL PROYECTO

RECURSOS POTENCIALMENTE INDUSTRIALIZABLES Las fuentes energticas con que dispone el Pas se clasifican de la siguiente manera:

FUENTES DE ENERGIA NO RENOVABLE Son aquellas que existen en cantidad fija y se agotarn. Entre ellas tenemos: los combustibles fsiles y los radioactivos. Los combustibles fsiles se denominan as por ser energa solar almacenada durante millones de aos.PETROLEOEs una de las fuentes de energa ms utilizadas, especialmente para el transporte (gasolina y diesel). Las zonas petroleras con reservas probadas estn en la costa norte (Tumbes y Piura), en el zcalo (especialmente en el norte), en la cuenca amaznica, y en la sierra.

Figura Lotes con contratos para operaciones petroleras en el PerFuente: MINEM

Figura Principales Abastecedores de CombustiblesFuente: MINEM

Como se puede observar, La Libertad cuenta con abastecedores de combustible y tiene contratos vigentes de operaciones petroleras, por este motivo centraremos nuestra central tambin por ser un lugar cntrico de abastecimiento de energa a las tres regiones asignadas en nuestro proyecto (Cajamarca, La Libertad y Amazonas).LA LIBERTAD:

CONDICIONES AMBIENTALES

Altitud (msnm)33

Presin atmosfrica (bar)0,97

Temperatura ambiental (C)20

Fuente: Servicio Nacional de Meteorologa e Hidrolgica del Per SENAMHI

1. RESUMEN DE CALCULOS TERMODINAMICOS PREVIOSRESUMEN CICLO JOULE BRAYTON CICLO GASRESUMEN CICLO JOULE BRAYTON

Flujo de Aire(Kg/s)

Trabajo del Compresor (WC)KW313863.0495

Trabajo de la Turbina (WT)KW647635.4145

Trabajo Neto (WN)KW333772.365

Calor Recibido del Combustible (QA)KW

Calor Cedido al ciclo vapor (QB)KW416625,68

Eficiencia del ciclo Joule Brayton %55.03

RESUMEN CICLO RANKINE (VAPOR)RESUMEN CICLO RANKINE

Calor Cedido Real al ciclo vapor (QBr)KW374963,11

Potencia BombaKW1833.76

Potencia Turbina VaporKW147685.11

Potencia Neta Ciclo RankineKW

QoutKW263896.55

Eficiencia Ciclo Rankine%38,89

EFICIENCIA DEL CICLO COMBINADOEFICIENCIA DEL CICLO COMBINADO

W Neto Ciclo Joule - Brayton (Gas)KW333772.365

W Neto Ciclo Rankine (Vapor)KW

W Neto Total CicloKW479623.705

QA (Calor Ingreso)KW

Eficiencia Total Ciclo%79,19

2. SELECCIN DE LOS PRINCIPALES COMPONENTES DE LA PLANTA

SELECCIN DE EQUIPOS DEL CICLO COMBINADOSELECCIONAMOS LA TURBINA A GAS: SGT5-4000F SIEMENSNuestra probada SGT5-4000F se caracteriza por su alto rendimiento, bajos costos de generacin de energa, los largos intervalos entre inspecciones mayores y un diseo fcil de servicio. Optimized flow and cooling add up to the highest gas turbine efficiency levels for the most economical power generation in combined-cycle applications. De flujo optimizado y la refrigeracin se suman a los ms altos niveles de eficiencia de la turbina de gas para la generacin de energa ms econmica en aplicaciones de ciclo combinado. Its state-of-the-art technology is based on proven design features. Su estado de la tecnologa ms avanzada se basa en las caractersticas de diseo probadas.

Potencia de salida

292 MW 292 MW

Efficiency Eficiencia 39.8 % 39,8%

Heat RVelocidad de calentamiento9,038 kJ/kWh

9.038 kJ / kWh 8,567 Btu/kWh 8.567 Btu / kWh

CALCULADOSELECCIONADA

POTENCIA 647,6 MW292 MW

EFICIENCIA TRMICA39,98 %

N TURBINAS3

Caractersticas Tcnicas: Anular, walk-in cmara de combustin con 24 quemadores hbridos Ceramic combustion chamber tiles De cermica de combustin azulejos de la cmara 15-stage axial flow compressor with optimized flow distribution (controlled diffusion airfoils) 15-etapa del compresor de flujo axial, con la distribucin del flujo optimizado (superficies de sustentacin de difusin controlados) Single-crystal turbine blades with thermal barrier coating and film cooling Un solo cristal labes de la turbina con recubrimiento de barrera trmica y de refrigeracin pelcula Advanced cooling technology La tecnologa de refrigeracin avanzada Optional multiple fuels capability Capacidad opcional de combustibles mltiples Low-NOx combustion system Bajo NOx sistema de combustin Paquetes de Turbinas de Gas de Siemens son la combinacin de diseo estndar con una variedad de mdulos add-ons para satisfacer parte especfica y necesidades de los clientes y para proporcionar la solucin ideal para proyectos exitosos. This approach keeps low costs and provides the flexibility to meet individual needs. Este enfoque mantiene los costos bajos y proporciona la flexibilidad necesaria para satisfacer las necesidades individuales. SGT5-PAC 4000F, a package for 50 Hz applications, enables economical power generation in a range up to 292 MW. SGT5 4000F-PAC, un paquete de 50 aplicaciones Hz, permite la generacin de poder econmico en un rango de hasta 292 MW.

SELECCIONAMOS LA TURBINA A VAPOR: SST-800 SIEMENSLa turbina de vapor SST-800 es una transmisin directa de una sola caja con un diseo de flujo inverso, usado para aplicaciones hechas a medida para los procesos ms complejos en la generacin de industria y energa. It operates at 3,000 or 3,600 rpm for generator drives up to 150 MW and at variable speed up to 5,000 rpm for compressor drives. Funciona a 3.000 o 3.600 rpm para las unidades generadores de hasta 150 MW y en la velocidad variable hasta 5.000 rpm para las unidades de compresores. The turbine can be used for both condensing and back-pressure applications. La turbina puede ser utilizado tanto para aplicaciones de condensacin y de vuelta a la presin. The SST-800 is proven as a compressor or generator drive in: La SST-800 se ha demostrado como un compresor o una unidad generadora en: Power plants pure power production Las plantas de energa - la produccin de energa pura Combined cycle plants Centrales de ciclo combinado Industrial CHP (Combined Heat and Power), eg chemical industry, food industry, pulp and paper mills Industrial cogeneracin (produccin combinada de calor y electricidad), por ejemplo, la industria qumica, industria de alimentos, fbricas de pulpa y papel Petrochemical industry Industria petroqumica Seawater desalination plants Plantas de desalinizacin de agua marina

The SST-800 turbine is built up from pre-designed modules combined to a single unit for optimum matching of the required parameters.La turbina SST-800 se construye a partir de mdulos pre-diseados se combinaron para una sola unidad para una adaptacin ptima de los parmetros requeridos. The three main modules (inlet, intermediate and exhaust section) are available in various sizes and configurations. Los tres mdulos principales (de entrada, la seccin intermedia y escape) estn disponibles en varios tamaos y configuraciones

A pesar de los arreglos tpicos estn estandarizados, el turbogenerador se pueden configurar para cumplir con los requisitos especficos del proyecto. For ground-level installation the turbine is equipped with axial or upward exhaust, yielding substantial savings in foundation and building cost. Para la instalacin a nivel del suelo de la turbina est equipada con salida axial o hacia arriba, produciendo un ahorro sustancial en la fundacin y la construccin de los costos. Where space is restrictive, an arrangement with downward exhaust and underslung condenser can be selected. Donde el espacio es restrictivo, un acuerdo con la baja de escape y el condensador underslung puede ser seleccionado.

SELECCIONAMOS COMPRESOR DE AIRE SIEMENS STC-SH

Descripcin breveEl STC-SH es un compresor centrfugo con carcasa dividida horizontalmente. Todos los componentes interiores del compresor son fcilmente accesiblesmediante la simple elevacin de la parte superior de la carcasa. Los compresores de eje nico STC-SH son flexibles, estn diseados de conformidad con API 617, y se pueden usar para la mayor parte de las aplicaciones de proceso y con una amplia variedad de gases de cualquier peso molecular, incluidas las aplicaciones txicas o peligrosas.

Datos tcnicos Caudales de 500 a 480.000 m3/h Presin de descarga de oxgeno y gases inerteshasta 100 bar Presin de descarga de otros gases de procesohasta 50 bar Accionamiento a su eleccin

mbitos de aplicacin Petrleo y gas terrestre y martimo Petroqumica Fertilizantes Olefinas Refineras Qumica general

Caractersticas Diseo flexible Gran variedad de sistemas de sellado, lo que permite operacin seco-seco (sin aceite) Se puede manejar con cualquier sistema de accionamiento Elevada eficiencia en carga parcial Se puede disear hasta cuatro etapas de proceso y hasta 10 impulsores.

SELECCIN DE VLVULAS Y EQUIPAMIENTOVlvulas de CompuertaSe selecciona una VLVULA COMPUERTA CON BRIDA TIPO F , cuerpo de bronce, Rosca Americana NPT, utilizable para agua aceite y gas. Mxima presin en fro 232psi (Presin de operacin 4Kg/cm2= 56.89psi). de 6 ART.72F

FiltrosSe seleccionan filtros marca SPIRAX SARCO modelo F-125 de 8, conexin bridada ANSI 250, Material Hierro fundido Presin Mxima 150 psi , Malla 20.

DISEO DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN2011-II

DISEO DE UNA PLANTA DE CICLO COMBINADO CON COGENERACIN2011-II

14FUERZA MOTRZ TRMICA UNI - FIM

22FUERZA MOTRZ TRMICA UNI - FIM

SELECCIN DE LA BOMBA DE ALIMENTACIN A LA CALDERA RECUPERADORACaractersticas de la Bomba:CALCULADOSELECCIONADO

CAUDAL221 m3/hHasta 2300m3/h

ALTURA1968mHasta 5300m

TEMPERATURA47 C Hasta 210C

PRESIN140 BarHasta 560 bar

Por lo tanto se seleccionar la Bomba de marca KSB con modelo HG/HD (bomba de alimentacin de calderas).

http://www.ksb.com/ksb/ImageReader/KSB__product__catalogue__es.pdf?id=340476&property=file

CLCULO DE LOS SISTEMAS AUXILIARES

a) SELECCIN DEL TIPO DE TUBERIA

Material de la tubera:

PLANTA A GAS (Ciclo Joule - Bryton):

Condiciones de Gases de Escape:T7 (C) =P7 (KPa) =650

T7 (F) =2118P7 (PSI) =96

Usando la Tabla 1 (Tubos de supercalentador y recalentador) de los manuales entregados, seleccionamos:Material: ASME SA213 Grado TP321H Croloy 18 8Esfuerzo admisible (Lb/pulg2) =3150Temperatura de trabajo (F) =2100

PLANTA A VAPOR (Ciclo Clausius - Rankine):

Vapor sobrecalentado:T3 (C) =400P3 (MPa) =14

T3 (F) =752P3 (PSI) =2058

Usando la Tabla 1 (Tubos de supercalentador y recalentador) de los manuales entregados, seleccionamos:Esfuerzo admisible (Lb/pulg2) =12500Temperatura de trabajo (F) =900

Material: ASME SA209 Grado Tla - Moly al carbono.

Tubera para el condensador:Mezcla liquido-vaporT4 (C) =46P4 (KPa) =10

T4 (F) =115P4 (PSI) =1.47

Usando la Tabla 1 (Tubos de supercalentador y recalentador) de los manuales entregados, seleccionamos:

Material: ASME SA210 Grado Al - Acero al carbono.Esfuerzo admisible (Lb/pulg2) =5000Temperatura de trabajo (F) =900

Liquido en estado de saturacinT1 (C) =46P1 (KPa) =10

T1 (F) =115P1 (PSI) =1.47

Usando la Tabla 1 (Tubos de supercalentador y recalentador) de los manuales entregados, seleccionamos:

Material: ASME SA210 Grado Al - Acero al carbono.Esfuerzo admisible (Lb/pulg2) =5000Temperatura de trabajo (F) =900

Tubera de lquido subenfriado:T2R (C) =46P2R (MPa) =14

T2R (F) =115P2R (PSI) =2058

Usando la Tabla 1 (Tubos de supercalentador y recalentador) de los manuales entregados, seleccionamos:

Material: ASME SA209 Grado Tla - Moly al carbono.

Esfuerzo admisible (Lb/pulg2) =12500Temperatura de trabajo (F) =900

b) DIMESIONES DE TUBERIAS

ETAPAS (psi)PI (psi)NUMERO SCHEDULE

Gases de Escape31509630.5

Vapor Sobrecalentado125002058164.6

Mezcla Liquido Vapor50001.470.3

Lquido Saturado50001.470.3

Liquido subenfriado125002058164.6

Espesores segn la ASME:

ETAPAS (psi)Velocidad Recomendadas (pies / min)Volumen especifico (pie3 / Lb)GV (Lb / Hr)PI (psi)Dical (pulg.)NUMERO SCHEDULE

Vapor Sobrecalentado12500150000,285487172,22058,005,3240

Mezcla Lquido Vapor50005000,018487172,21,477,32-

Lquido Saturado50005000,016487172,21,476,9440

Lquido Subenfriado125006000,016487172,22058,006,3340

ETAPADnominal (pulg)Decom (pulg)Dicom (pulg)dtcom (pulg)dtcalc Caracterstica

Vapor sobrecalentado66,6255,180,7180,677Cdula 160

Condensador88,6257,3560,3220,166Peso Normal

Liquido Saturado88,6257,3560,3220,166Peso Normal

Lquido Subenfriado88,6256,8750,8750,831XX

Se cumple dt calculado < dt comercialDonde:Dical Dimetro interno calculado anteriormente

Dnominal Dimetro nominal seleccionado

Decom Dimetro exterior comercial

Dicom Dimetro interior comercial

dtcom Espesor comercial

dtcal Espesor calculado

c) ANALISIS ESTRUCTURAL

Soporte del propio peso:

ETAPApeso propio (Lb / pie)E (PSI)I (pulg4)L (Pulg)Y (Pulg)Y/L (Pulg / Pie)

145,302939569259,11400,0017562254,39056E-05

228,5529398068127,69400,0005123591,2809E-05

328,5529398068127,69400,0005123591,2809E-05

443,3929394750161,70400,0006150011,5375E-05

El mximo esfuerzo admisible es 0,1 pulgadas por cada pie de longitud.Soporte de peso del fluido:

NVol. fluido (m3 / m long)densidad (Kg / m3)Peso fluido (Kg / m)Peso fluido (lb / pulg)Peso total (Lb / pulg)Y (pulg)Y/L(pulg / pie)

10,01456,180,760,04345,340,001757884,3947E-05

20,027890,0024,401,36429,910,000536831,34208E-05

30,027990,0027,141,51730,070,000539581,34895E-05

40,024990,0023,711,32544,710,000633781,58445E-05

Para la etapa 1 de vapor sobrecalentado con el peso del aislante de 2 pulgadas de espesor:Dext. (pulg):6,625

Densidad (Lb / pie3):4

Dint. (Pulg):5,189

Volumen de aislante (pulg3 / Pulg) : 54,19243

Peso de aislante (Lb / Pulg) :0,125445

Peso total (Lb / Pulg): 45,46813

L (Pulg) :40

Y (Pulg) : 0,001763

Y / L (Pulg / Pie) :4,41E-05

SELECCIN DE LA TRAMPA DE VAPOR

Teniendo en cuenta la informacin proporcionada en clase y los criterios de seleccin de trampas de vapor segn recomendaciones de SPIRAX SARCO,elegiremos las trampas de Vapor ms convenientes para nuestro sistema.

Datos de entrada:1) Equipos a drenar: Caldero recuperador 2) Existen gases no condensables en el sistema 3) El proceso no debe verse afectado por un drenaje inadecuado del sistema.4) Se tiene una descarga de condensado continuo.

Segn la gua de seleccin de trampas:Nos recomienda usar una trampa de vapor del tipo Flotador y Termosttico.

Asimismo segn la Gua para la seleccin de Trampas de Vapor entregadas en clase:Como se trata de un intercambiador de calor de presin baja y con carga de condensado continuo se seleccionamos una trampa de flotador y termosttica.

Caractersticas Principales:

Son trampas muy verstiles. Trabajan perfectamente tanto con cargas de condensado grandes como pequeas Son de tamao compacto Capacidad de descarga alta y continua para asegurar una transferencia de calor mxima.

d) TRATAMIENTO DEL AGUA

La necesidad de contar o suministrar agua blanda requiere el uso de ablandadores, cuya operacin se basa en el intercambio catinico, para lo cual se debe usar resina. En el Anexo 01 se dan ms detalles acerca del funcionamiento de un ablandador.El tratamiento de agua tambin abarca aspectos como el control de bacterias y corrosin de los equipos y tuberas.Partes: Casco metlico Volumen de resina de intercambio inico Volumen de graba gruesa Volumen de grava fina Toberas de flujo de agua Volumen de expansin

Calculo del volumen de resina:

Donde:VR = volumen de resinaT = tiempo de trabajo del ablandador (10 horas)D = dureza total del agua (20.4 gr/gal = 350 ppm)C = volumen del agua por ablandador (40.67 Kg/s = 38677.5 gal/hr)30000 gr/pie3 = capacidad del ablandamiento de la resina

Volumen de agua entre cada regeneracin:Capacidad de ablandamiento:

Para una dureza de 350 ppm (20.4 gr/gal) :

Tiempo de regeneracin y enjuagueVolumen de resina = 263.007 pie31 pie3 de resina = 7 Kg de salHumedad de la sal = 2%Solucin de NaCl = 23%

23 gr de sal -------------77 gr de agua1878.62 gr de sal ----- X

X = 6289.29 gr de aguaX = 6.289 litros (1.6613 gal)

Gasto de agua para enjuague de las resinas

DATOS: para el lavado de 1 pie3 de resina se requiere 150 gal

Por el lecho pasan:Gastototal:

por el lecho pasan (de resina) :

Tiempo de regeneracin y enjuague:

Dimensiones del ablandador

Altura de la resina:

Es necesario asumir o definir una relacin altura de resina (HR) y radio del ablandador (R) tal que:HR / R = K, luego:

Para nuestro caso asumimos K = 2

Altura de grava : Hs

Grava fina = 3 de alturaGrava mediana = 3 de alturaGrava gruesa = 3 de alturaArena fina = 3 de altura

Por lo tanto la altura total de grava ser de 1 pie

Espacio muerto en la parte inferior y en la parte superior

Hms = Espacio muerto en la parte superior o cmara de expansin = 1 Hs = 1 pieHmi = Espacio muerto en la parte inferior = Hs = pie

Altura de los casquetes esfricos : Hc

Casco superior: Hcs = 1/3 R = 1/3*3.47 = 1.16 pieCasco inferior: Hci = 0.75 pie

FINALMENTE: LA ALTURA TOTAL DEL ABLANDADOR SER:

H = HR + Hs + Hms + Hmi + Hcs + HciH = 6.94 + 1 + 1 + + 1.16 + 0.75 H = 11.85 pie = 3.61 m

Requerimiento de Agua para la Planta:magua (Kg / s) =29.2

Funcionamiento de la Planta Contina:# Horas / da =16

Dureza de Agua de Reposicin:D (ppm) =350

Masa del agua para Reposicin:mreposicin (Kg / s) =9.73

Densidad del agua:agua (Kg / m3) =1000

Volmen de agua a Reponer:Vagua (m3 / s) =0.010

SELECCION DEL EQUIPO

Volumen del agua a reponer:Vagua (gal / da) =222158.1

Volumen de resina necesaria:Vresina (pie3) =50.37

Se asumir tratamiento con dos equipos de servicio intermitente; es decir: 1 Ablandador trabajando dos veces al da por 8 horas 1 Ablandador trabajando una vez al da por 8 horas

Nmero de horas de funcionamiento:(# Horas / regeneracin) =8

Volumen del agua a reponer (requerida):Vagua (gal / regeneracin) =74052.7

Volumen de resina necesaria:Vresina (pie3) =16.79

Del catlogo proporcionado en clase; se asume ABLANDADOR FAL - 40D SM obtenemos las siguientes caractersticas:

* Volumen de resina:Vresina (pie3) =80

* Flujo de agua para el enjuague:Q (GPM) =60

* Nmero mximo de granos:#Granos mx =2400000

* Nmero mnimo de granos:#Granos mn =1600000

* Flujo de agua procesada para:

Servicio Contino:Qcontino (GPM) =360

Servicio Intermitente:Qintermitente (GPM) =500

* Dimensiones del Tanque Reactor:48 x 72"

* Dimensiones del Tanque de Salmuera:54 x 60"

* Flujo de agua a procesar:Qt (GPM) =154

* Capacidad Mxima de agua regenerada:Vagua/regen (galones) =74070.9

*Cantidad de Sal requerida para la regeneracin (7Kg de sal1 pie3 de resina)Wsal (Kg) =560

* Agua por humedad de la sal:V1 (gal) =6.36

* Agua en la salmuera (23%ClNa; 77%agua)V2 (gal) =318.2

* Agua para el enjuague (150gal1pie3 de resina)V3 (gal) =7555.23

* Agua que pasa por el lecho de resina:Vregeneracin (gal/regeneracin) =7857.44

* Tiempo de Regeneracin:tregeneracin (min) =5.18

Nmero de horas de funcionamiento#Horas =16

Flujo de agua a reponerQreponer (gal / hr) =14418.1

Volumen de resina necesariaVresina (pie3) =50.37

Volumen de agua a reponerVagua (gal) =222158.1

REGENERACION:Sal para la Regeneracin (7Kg de ClNa1pie3 de resina)Wsal (Kg) =352.58

Agua por humedad de la salV1 (gal) =6.36

Agua en la SalmueraV2 (gal) =318.2

Agua para el enjuague (150gal1pie3 de resina)V3 (gal) =7555.23

Agua que pasa por el lecho de resina:Vregeneracin (gal/regeneracin) =7879.8

Asumiendo, tiempo para la regeneracintregeneracin (min) =360

DIMENSIONES:ResinaRelacin Altura de la Resina - DimetroHR / D =1.3

Dimetro de AblandadorD (pie) =2.31

Altura de la ResinaHR (pie) =3.004

GravaGrava Fina (de 2 a 3 pulg de altura)H1 (pulg) =3

Grava Media (de 2 a 3 pulg de altura)H2 (pulg) =3

Grava Gruesa (de 2 a 3 pulg de altura)H3 (pulg) =3

Arena Fina (de 2 a 3 pulg de altura)H4 (pulg) =3

Altura de la GravaHs (pie) =1

Espacio Muerto Superior e InferiorAltura del espacio muerto superior (1,5Hs)HMS (pie) =1.5

Altura del espacio muerto inferior (0,5Hs)HMI (pie) =0.5

Casquete Esfricos Superior e InferiorAltura del Casquete Esfrico Superior (1/6D)HCS (pie) =0.501

Altura del Casquete Esfrico Inferior (0,75pie)HCI (pie) =0.75

Altura total del AblandadorH (pie) =5.4

Dimetro del AblandadorD (pie) =2.38

ESPECIFICACIONES DEL TANQUE:

Presin sobre la placa porta toberasPresin en el interior del TanquePi (psi) =60

Presin debido al agua en la parte superiorPAGUA (psi) =0.2

Presin debido a la resinaPR (psi) =6.74

Presin debida a la gravaPS (psi) =137.8

Presin totalPT (N / m2) =1411274.7

Material del TanqueEsfuerzo de Fluencia del Material del TanqueSy (N / m2) =230300000

Factor de SeguridadF.S. =2.5

Esfuerzo de DiseoSd (N / m2) =92120000

Espesor del tanqueEspesor de la placa portatoberase (pulg) =0.22

Espesor del resto del cilindroe1 (pulg) =0.044

e2 (pulg) =0.0004

Espesor del Tanquee (mm) =5.56

e (mm) =6

AISLAMIENTOS

Material:Perlita Expandida

Densidad (Lb / pie3) =3.00

conductividad (BTU.pie / hr.pie2.F) =0.02217

TuboDe (Pulg) =18

Di (Pulg) =16.786

AislanteDext (Pulg) =18.00

hi (BTU / h.pulg2.F) (Alta Presin) =520

he (BTU / h.Pulg2.F) (Aire exterior) =6

ktubo (BTU / hr.Pulg.F) =45

kaislante (BTU / h.pulg.F) =0.02217

Tinterior (F) =1490

Texterior (F) =68

T (F) =1422

Por unidad de longitud:Rci (h.Pulg.F / BTU) =0.00003647

Rkt (h.Pulg.F / BTU) =0.00010725

Rka (h.Pulg.F / BTU) =0.88638009

Rce (h.Pulg.F / BTU)=0.00294732

R (h.Pulg.F / BTU) =0.88947113

Q =1598.70Btu / h.plg

Q =198.53KW / m

Bibliografahttp://www.energy.siemens.com/fi/en/power-generation/steam-turbines/sst-400.htm

e) CALDERO RECUPERADOR

Prdidas de Presin en la Chimenea de Expulsin

Considerando que:Altura de la chimenea (m)10

Ta (C)20

Tg (C)565

Entonces:Tiro de la chimenea (mmH2O):16.475

Prdidas en la Regulacin (mmH2O):10

Perdida Total en la Chimenea y la Regulacin ser (mmH2O):26.475

Prdidas en el regenerador (mmH2O):15

Luego:Prdidas acumuladas (mmH2O):41.475

Prdidas de Presin a travs del Caldero Recuperador1.- Ducto de Suministro de Aire (mmH2O):15.61

2.- Hogar (mmH2O):6.4

3.- Tubos (mmH2O):78.6

4.- Recalentamiento (mmH2O):26

5.- Economizador (mmH2O):41.7

6.- Chimenea, Regulacion y regenerador (mmH2O):41.475

Total Prdidas (mmH2O):209.785

Agregando 20% por Prdidas de Empalme, tenemos:Perdida de Presin (mmH2O):251.742

Perdida de Presin (mH2O):0.252

Perdida de Presin (KPa):2.462

Flujo de aire (Kg/s):559.9

Exceso de aire (25%):139.97

Perdidas de flujo en el calentador (2%):11.1976

Perdidas de aire en el Hogar (7.5%):41.991

Flujo de aire real (Kg/s):753

Seleccin del VentiladorFactor de seleccin (%):10

Flujo de aire final (Kg/s):828

(Kg/m3):1.17

Q (m3/seg):708

Factor de Servicio:1.1

v:0.75

m:0.9

Potencia del Ventilador (KW):1917.44

Potencia del Motor (KW):2840.66

f) TORRE DE ENFRIAMIENTOUna torre de enfriamiento es una instalacin que extrae calor del agua mediante evaporacin o conduccin. Para crear flujo de aire hacia arriba, algunas torres de enfriamiento contienen aspas en la parte superior, las cuales son similares a las de un ventilador. Estas aspas generan un flujo de aire ascendente hacia la parte interior de la torre de enfriamiento. El agua cae en un recipiente y se retraer desde ah generalmente hacia un tanque deposito y regresa al proceso de produccin.Existen sistemas de enfriamiento abiertos y cerrados. Cuando un sistema es cerrado, el agua no entra en contacto con el aire de fuera. Como consecuencia la contaminacin del agua de las torres de enfriamiento por los contaminantes del aire y microrganismos es insignificante. Adems, los microrganismos presentes en las torres de enfriamiento no son eliminados a la atmsfera.A) FUNCIONAMIENTO DE UNA TORRE ENFRIAMIENTO. En las torres de enfriamiento se consigue disminuir la temperatura del agua caliente que proviene de un circuito de refrigeracin mediante la transferencia de calor y materia al aire que circula por el interior de la torre. A fin de mejorar el contacto aire-agua, se utiliza un entramado denominado relleno. El agua entra en la torre por la parte superior y se distribuye uniformemente sobre el relleno utilizando pulverizadores. De esta forma, se consigue un contacto ptimo entre el agua y el aire atmosfrico. El relleno sirve para aumentar el tiempo y la superficie de intercambio entre el agua y el aire. Una vez establecido el contacto entre el agua y el aire, tiene lugar una transferencia de calor del agua hacia el aire. sta se produce debido a dos mecanismos: la transmisin de calor por conveccin y la transferencia de vapor desde el agua al aire, con el consiguiente enfriamiento del agua debido a la evaporacin. En la transmisin de calor por conveccin, se produce un flujo de calor en direccin al aire que rodea el agua a causa de la diferencia de temperaturas entre ambos fluidos. La tasa de enfriamiento por evaporacin es de gran magnitud en las torres de enfriamiento; alrededor del 90 % es debida al fenmeno difusivo. Al entrar en contacto el aire con el agua se forma una fina pelcula de aire hmedo saturado sobre la lmina de agua que desciende por el relleno. Esto es debido a que la presin parcial de vapor de agua en la pelcula de aire es superior a la del aire hmedo que circula por la torre, producindose una cesin de vapor de agua (evaporacin). Esta masa de agua evaporada extrae el calor latente de vaporizacin del propio lquido. Este calor latente es cedido al aire, obtenindose un enfriamiento del agua y un aumentode la temperatura del aire. La diferencia de temperaturas del agua a la salida y la temperatura hmeda del aire se llama acercamiento o aproximacin, ya que representa el lmite termodinmico de enfriamiento al que puede llegar el aguaPrincipios generalesLos procesos de enfriamiento del agua se cuentan entre los mas antiguos que se conocen. Algunos de estos procesos son lentos, como el enfriamiento del agua en la superficie.El proceso de transferencia de calor comprende: La transferencia de calor latente debido a la evaporacin de una porcin pequea de agua. La transferencia de calor sensible debido a la diferencia de temperatura entre el agua y el aire.La posible eliminacin terica de calor por kilogramo de aire circulado en una torre de enfriamiento depende de la temperatura y el contenido de humedad del aire. La temperatura de bulbo hmedo es un indicador del contenido de humedad del aire. Por tanto, esta es la temperatura terica ms baja a la que puede enfriarse el agua.En una torre de enfriamiento hay que tener en cuenta: La cantidad de calor. Caudal de agua. Temperatura entrada del agua. Temperatura de salida. Temperatura de bulbo hmedo. Rendimiento de una torre de enfriamiento El margen de torre : Acercamiento : (Temperatura del bulbo Hmedo) El rendimiento de la torre depende de la humedad relativa, si el aire es muy hmedo no se podr llevar mucho vapor de agua.Para un buen rendimiento *Margen de torre: 5-6 C*Acercamiento de Torre: 6-7 CEficiencia de una torre de enfriamiento es:

B) Criterios para seleccin de una torre de enfriamientoPara Escoger una torre de enfriamiento se tiene 2 formas:1) Por criterio de Merkel.2) Por Balance trmico. 1.-CRITERIO DE MERKELLa teora del proceso de transferencia de calor en una torre de enfriamiento, es la que desarroll Merkel. Este anlisis se basa en la diferencia del potencial de entalpa como fuerza impulsora. Se supone que cada partcula de agua esta rodeada por una pelcula de aire y que la diferencia de entalpa entre la misma y el aire circundante proporciona la fuerza impulsora para el proceso de enfriamiento. Este mtodo se utiliza cuando no se cuenta con las curvas de comportamiento proporcionadas por el fabricante de la torre y se utiliza una curva caracterstica general que nos auxilia, para obtener los datos requeridos por el criterio de Merkel. Dicha ecuacin se expresa:

Donde: Nmero de unidades de difusin. Calor especfico del agua (KJ/K kg). Entalpa total del gas (KJ/kg) (aire hmedo). Entalpa total a la temperatura de la interfase agua aire (KJ/kg) (aire saturado). Coeficiente de transferencia msico (kg/m2s).Temperatura de agua fra (K). Temperatura de agua caliente (K). Caudal msico (kg/s). Atmsfera libre.Por su parte la altura de difusin se define como: Con: Donde:: Altura de la unidad de difusin (m). :Altura del relleno que posee la torre (m). :Nmero de unidades de difusin. : Coeficiente de transferencia msico (kg/m2s). :Superficie de transferencia de masa por unidad de volumen de torre (1/m). Superficie total de la seccin transversal de la torre (m2).Una interpretacin de la relacin integral de Merkel puede extraerse de la Figura. Ejemplo En la siguiente figura se ilustran las relaciones del agua y el aire y el potencial impulsor que existe en una torre de contra flujo, en donde el aire fluye en sentido paralelo, pero siguiendo una direccin opuesta al flujo del agua.

La lnea de operacin del agua est representada por la lnea AB y se especifica por medio de las temperaturas del agua de la torre en la entrada y salida. La lnea de operacin del aire principia en C, verticalmente por debajo de B, y en un punto que tiene una entalpa correspondiente a la temperatura de entrada de bulbo hmedo. La lnea BC, representa la fuerza impulsora inicial (h- h). El aire que sale de la torre se representa por medio del punto D y la gama de enfriamiento es la longitud proyectada de la lnea CD sobre la escala de temperaturas. Dependiendo del tipo de proceso, se elide nd (Nmero de unidades de difusin); para as poder elegir el tipo de torre de enfriamiento. El rea sombreada, encerrada por los vrtices A-B-C-D, es la inversa de la solucin de la relacin integral de MERKEL MTODO DEL BALANCE TRMICO. Este mtodo se utiliza cuando no se cuenta con las curvas de comportamiento ni la curva caracterstica de la torre, proporciona en forma muy global la condicin de operacin de la torre, para lo cual se requiere de los datos de diseo y de la prueba de comportamiento dentro de los lmites de aceptacin indicados.

Los datos que se requieren tanto de diseo, como de prueba son los siguientes.W = Flujo de agua = Kg/hrTAF = Temperatura de agua fra = CTAC =Temperatura de agua caliente = CCp = Calor especfico del agua =1 Kcal/KgCA partir de estos valores se calcula el calor disipado por la torre con la siguiente frmula:

Donde:

QD = Calor disipado por diseo = Kcal/hrQP = Calor disipado en la prueba = Kcal/hrXP =Valores de pruebaXD = Valores de diseoX =Variables (W, TAC, TAF)

La siguiente relacin indica el porcentaje de calor que disipa la torre en condiciones de operacin con respecto a las de diseo, de forma global:

Donde: = Porcentaje del calor removido por la torre. Es importante mencionar que el valor resultante de este clculo es preliminar, por lo que solamente indica la forma de operar de la torre desde el punto de vista energtico y no como un porcentaje de capacidad. OPERACIN DE LA TORRE DE ENFRIAMIENTO

Acondicionamiento del agua.- Los requisitos de acondicionamiento para una torre de enfriamiento consisten en la suma de las prdidas de evaporacin, prdidas por arrastre y prdidas a causa del viento.Potencia del ventilador.- Cuando se lleva a cabo un anlisis del costo de una torre de enfriamiento y los costos de operacin de la misma, uno de los factores mas significativos debe ser el establecimiento de la potencia del ventilador.La potencia del ventilador de la torre de enfriamiento puede sufrir una reduccin sustancial a causa de un decrecimiento en la temperatura de bulbo hmedo del ambiente, cuando se emplean motores de doble velocidad en los ventiladores.Potencia de bombeo.- Otro factor importante en el anlisis de la torre de enfriamiento, en especial para torres de tamao mediano y grande, es la parte de la potencia de la bomba atribuida directamente a la torre de enfriamiento. Cuando se trata de torres de enfriamiento con boquillas de aspersin, la carga esttica de bombeo ser igual a la ascensin esttica ms la prdida de presin de las boquillas.Abatimiento de neblina y bruma.-Un fenmeno que ocurre con frecuencia en la operacin de una torre de enfriamiento es la formacin de neblina, que produce una bruma muy visible y con posibilidades muy altas de formacin de hielo. La formacin de neblina es ocasionada como resultado de la mezcla de aire caliente que abandona la torre, con aire ambiente de enfriamiento. En algunas ocasiones utilizan chimeneas en los ventiladores para reducir la neblina en la parte inferior de la torre.En los ltimos tiempos el aspecto ambiental a recibido mayor atencin, aunque an existen personas que creen, en forma equivocada, que las descargas de las torres de enfriamiento son dainas. CLASIFICACIN DE LA TORRE DE ENFRIAMIENTOLa forma ms simple y usual de clasificar las torres de enfriamiento es segn la forma en que se mueve el aire a travs de stas. Segn este criterio, existen torres de circulacin natural y torres de tiro mecnico. En las torres de circulacin natural, el movimiento del aire slo depende de las condiciones climticas y ambientales. Las torres de tiro mecnico utilizan ventiladores para mover el aire a travs del relleno. Torres de circulacin natural.Se clasifican, a su vez, en torres atmosfricas y en torres de tiro natural. Torres atmosfricas utilizan las corrientes de aire de la atmsfera. El aire se mueve de forma horizontal y el agua cae verticalmente (flujo cruzado). Son torres de gran altura y pequea seccin transversal. Deben instalarse en lugares muy despejados, de forma que ningn obstculo pueda impedir la libre circulacin de aire a travs de la torre. Torre de tiro natural es aquella en la que el aire es inducido por una gran chimenea situada sobre el relleno en la siguiente Figura. La diferencia de densidades entre el aire hmedo caliente y el aire atmosfrico es el principal motivo por el cual se crea el tiro de aire a travs de la torre. La diferencia de velocidades entre el viento circulante a nivel del suelo y el viento que circula por la parte superior de la chimenea tambin ayuda a establecer el flujo de aire. Por ambos motivos, las torres de tiro natural han de ser altas y, adems, deben tener una seccin transversal grande para facilitar el movimiento del aire ascendente. SALIDA DE AIRE

Esquema de una torre de tiro natural.

Torres de tiro MecnicoLas torres de tiro mecnico proporcionan un control total sobre el caudal de aire suministrado. Se trata de torres compactas, con una seccin transversal y una altura de bombeo pequeas en comparacin con las torres de tiro natural. En estas torres se puede controlar de forma precisa la temperatura del agua de salida, y se pueden lograr valores de acercamiento muy pequeos (hasta de 1 o 2 C, aunque en la prctica acostumbra a ser de 3 o 4 C). Si el ventilador se encuentra situado en la entrada de aire, el tiro es forzado. Cuando el ventilador se ubica en la zona de descarga del aire, se habla de tiro inducido.

Las torres de tiro inducido pueden ser de flujo a contracorriente o de flujo cruzado. El flujo a contracorriente significa que el aire se mueve verticalmente a travs del relleno, de manera que los flujos de agua y de aire tienen la misma direccin pero sentido opuesto. La ventaja que tiene este tipo de torres es que el agua ms fra se pone en contacto con el aire ms seco, logrndose un mximo rendimiento. En stas, el aire puede entrar a travs de una o ms paredes de la torre, con lo cual se consigue reducir en gran medida la altura de la entrada de aire.

Torre de flujo a contracorriente y tiro inducido.

Torre de flujo cruzado (tiro inducido)Condiciones AmbientalesTBH (F) =57.2Humedad Relativa (%) =95

TBH (C) =14Presin (mmHg) =712.559

TBS (F) =69.8

TBS (C) =21

Agua a enfriarEl agua a enfriar ser el agua de refrigeracin proveniente del nter enfriador de la etapa de compresin del ciclo con turbinas a gas, y el agua de refrigeracin proveniente del condensador del ciclo de vapor.

El agua de refrigeracin:

De Los datos:

CAPACIDAD DEL VENTILADORPara:Tiro InducidoTiro forzado Entonces con el flujo msico requerido tenemos que:VENTILADOR DE:TIRO INDUCIDO (pie3/min):3658919.2181

TIRO FORZADO (pie3/min):2873261.7173

AREA REQUERIDA POR LA TORRE (consideraciones):

Para el Aire: rea de la torre : 8417.7589Considerando:Para una seccin cuadrada de piso tenemos que:Carga de agua (Lb/h) =2000

Cantidad de Agua a reponer:

Condiciones ptima para el almacenamiento del PETROLEO RESIDUAL N 6

Tanque de Almacenamiento de Combustible:Tiempo de operacin (h/ao):5840

Tiempo de abastecimiento(dias):15

Tiempo de almacenamiento por da(h):8

Para la turbina a gas es cogida anteriormente, se tiene como especificaciones:Consumo de combustible Turbina a gas (Kg/s):6.10

Para el consumo de combustible para el caldero recuperador:Consumo de combustible para elcaldero adicional (quemador) (Kg/s):0.16

Consumo Total de combustible (Kg/s):6.26

Condiciones de almacenamiento:Temperatura de almacenamiento (K):190

Presin de almacenamiento (KPa):13789.5

RGAS (KJ/Kg.K):0.5183

Entonces:Volumen del tanque de almacenamiento (m3):19312.8

Dimetro del Tanque Esfrico (m):33.3

Tanque Diario:Condiciones de almacenamiento:Temperatura de almacenamiento (K):293

Entonces:Volumen del Tanque Diario (m3):1985.5

Dimetro del Tanque Diario (m):15.6

II. BIBLIOGRAFIA CONSULTADA

ESTADSTICA ELCTRICAPOR REGIONES 2010 - Direccin General de Electricidad, Direccin de Promocin y Estudios MINEM (www.minem.gob.pe) EVOLUCIN DE INDICADORES DEL MERCADO ELCTRICO 1995-2007 RESULTADOS CENSO 2007 (www.inei.gob.pe) TERMODINAMICA PRCTICA Postigo Cruz TERMODINMICA Cengel

III. ANEXOS