universidad autononia metropolitana …148.206.53.84/tesiuami/uam5356.pdf · 1.1.2 centrales de...

UNIVERSIDAD AUTONONIA METROPOLITANA

UNIDAD IZTAPALAPA

J’ CIENCIAS BASICAS DE INGENIERIA

LICENCIATURA:

u/’’ INGENIERIA EN ENERGIA

SEhZINARIO DE PROYECTOS I Y I1

CENTRAL TERMOELECTRICA POZA RICA /”’

/’’’ CORTES IblAKCIAL ARMANDO ALUMNO PROFESOR

julio de 1999 ..“ -_

AGRADECTMIENTOS

A mis padres y hermanos, que me han apoyado y alentado con su cariño, a continuar adelante en la vida, que han estado siempre a mi lado compartiendo las buenas y malas noticias, brindándome su apoyo a seguir adelante; con su cariño y consejos.

:i todos mis profesores clue me han ayudado a tener una formac.icin académica, a todos aquellos compañeros que me brindaron su amistad y alentaron a sewir adelante. Un especialmente agradecimiento al profesor Rairl Lug0 Leyte, que gracias a su valiosa orientación y asesoramiento fue posible terminar los seminarios de proyectos I y 11.

CENTRAL TERMOELECTRICA POZA RICA 111

En este seminario de proyectos I y 11, los objetivos básicos son presentar un tratamiento completo de la temodinámica que se le realiza a la czntral termoeléctrica Poza Rica, a íin de proporcionar un análisis de las características del funcionamiento de la central termoeléctrica, siendo esta central del tipo de combustible fósil, tomando encuentra los parámetros en su funcionamiento real, siendo estas la temperatura y presiones iniciales y finales de las cargas que se utilizan.

Primeramente SI; hace una descripción del ciclo Rankine, que es el tipo de ciclo que utiliza este tipo de centrales termoeléctricas de combustible fósil, llevando acabo las diferentes modificaciones que se le realizan al ciclo Rankine. Posteriormente se hace una descripción del funcionamiento del equipo que puede utilizar una central termoeléctrica

En estos seminarios se explica el procedimiento con que se llevan acabo los balances de masa y energía de la central tern1oclGctrica Poza Rica, como el procedimiento para la obtención de las propiedades termodinimicas dc las difcrzntes cargas, de cada uno de los estados del diagrama térmico que se menciona en los capítulos 3: 4 y 5, se ilustra este procedimiento con la carga maxima teniendo en cuenta las presiones y temperatura con que se. utilizan en condiciones reales, únicamente variando el DTT.

En la unidad S sz dewihe la nbtencih del CTY, la efic,iencia. la potencia y el flujo del combustible. de la central termot'lictrica Poza Rica en condiciones reales. esto mismo se aplica parra la obtencihn del CT1.T: 1.1 eficjencia? la potencia y el flujo del combustible con las modificaciones que se llevan acabo en el diagrama tkrmico de la central termoelictrica Poza Rica.

CENTRAL TERMOELWTRICA POZA RICA IV

INDICE

UNIDAD I

1 CICLOS DE V,4PORPAR~PRODUC'CION DE TRABAJO

1.1 Descripción de centrales eléctricas

1.1.1 Centrales de combustible fósil

1.1.2 Centrales de turbina de gas

1.1.3 Centrales de ciclo combinado

1.1.4 Centrales geotérmicas

1.1.5 Centrales nucleares

1.1.6 Centrales hidroeléctricas

1.2 Ciclo Rankine

1.2.1 Ciclo Rankine ideal

1.2.2 Ciclo Hankine con sobrecslentan~ie~lto

1.2.3 Ciclo Rankine con recalentamiento

1.2.4 Ciclo Rankine con regeneración

1.3 Efectos de las irreversibilidad en e1 funcionamiento de los ciclos de potencia de vapor

1

1

1

1

2

2

2

2

3

3

5

5

7

9

UNIDAD I1

2 DESCRIPCION TECNO1,OGICA DE LAS PL14NTAS DE [JNA CENTRAL DE COMBUSTIBLE FOSIL 11

2.1 Generador de vapor 11

2.1.1 Combustih de un generador de vapor 11

CENTRAL TERMOELECTRICA POZA RICA v

3.1.1.1 tYilizacicin del calor

2.1.2 Partes principales de un generador de vapor

2.1.2.1 Caldera

2.1.2.1.1 Partes de la caldera

2.1.2.1.2 Formas de circulacihn (del agua-vapor)en una caldera

2.1.2.1.3 Separación de agua vapor

2.1.2.2 El sobrecalentador

2.1.2.3 El recalentador

2.1.2.4 El economizador

2.1.2.5 Precalentadores de aire

2.1.3 Tiro y ventiladores

2.2 Turbina de vapor

2.2.1 Partes de una turbina

2.2.2 Tipo de turbinas

2.3 E1 condensador

2.4 Calentadores

12

12

12

12

13

14

14

15

15

16

16

17

18

18

18

19

UNIDAD 111

3 CENTRAL TERMOE1,ECTRIC.Q POZA RICA 21

3.1 Condiciones reales de operación del ciclo térmico de la central termoelcctrica Poza Rica 21

3.2 Modificaciones que se hacen al ciclo térmico 25

3.3 Balance térmico de la central termoeléctrica Poza Rica 25

CENTRAL TERMOELECTRICA POZA RICA VI

3.3.1

3.3.2

3.3.3

3.1

4

4.1

4.2.1

3.2.2

4.2.3

Presiones 25

Cálculo de las propiedades termodinámicas de los estados en la turbina 26

Cálculo de las propiedades termodinámicas en las bombas, condensador y calentadores' 32

Balance de masa y energía 39

UNIDAD IV

CALCULO DE LOS ESTADOS DE LA CENTRAL TER4,gOELECTRICA POZA RICA

Balance térmico de la central termoeléctrica Poza Rica

Presiones

Cálculo de las propiedades termodinámicas de los estados de la central termoektricas Poza Rica

Cálculo del flujo de vapor

41

41

41

43

61

UN1DA.D V

S CI?\L,CULO DEL CTU EN CONDICIONES REALES DE LA CENTRAL 'I'ERILIOELECTRICA POZA RICA 63

5.1 Cálculo de la eficiencia térmica 69

5.2 Cálculo del flujo de combustible 65

5.3 Datos y resultados de la central termoeléctrica Poza Rica en condiciones reales 65

5.4 Resultados obtenidos de las modificaciones que se le hacen a la central termoeléctrica Poza Rica en operación 68

CENTRAL TERMOELECTRICA POZA RICA vi1

UNIDAD VI

6 ANALISIS DE RESlj LI'ADOS

UNIDAD VI1

7 CONCLUSIOIVES

UNIDAD VI11

8 REFERENCIAS

ANEXO 1

70

74

7 5

76


1 CICLOS DE VAPOR PARA PRODUCCION DE TRABAJO

La generación de electricidad a llevado a la ingeniería a crear sistemas de generación más eficientes; en la conversión de fuentes de energía de tipo químico, nuclear, o solar. Los procesos que tienen lugar en los sistemas de generación son altamente complicados y, por ello, se tienen que idealizar para poder desarrollar modelos termohámicos ádecuados. Que permitan obtener el rendimiento de los equipos reales.

Tales modelos son importantes en la etapa inicial del diseño técnico, así como para firturas modificaciones, para un rendimiento térmico mayor si así se requiere, o para la utilización de otro tipo de combustible.

La mayoría de las centrales eléctricas son variación de ciclos de potencia de vapor en los que el agua es el fluido de trabajo. La parte que nos interesa es donde se lleva acabo la conversión de calor a trabajo, que es la parte térmica.

1.1 DESCRIPCION DE CENTRALES ELECTRICAS

El proceso de generación de energía eléctrica es la energía térmica se convierta a energía mecánica y esta a energía eléctrica, esto es por medio de una turbina y esta es transformada en energía eléctrica a la salida del generador. Esto se da por diferentes métodos para las centrales eléctricas.

l. 1.1 CENTRALES DE COMBUSTIBLES FOSILES

Estas centrales utilizan el poder calorífico de combustibles tales como carbón y derivados del petróleo para calentar agua y producir el vapor que impulsa las turbinas para llevar a cabo el proceso de conversión de energía mecánica en eléctrica. Estas centrales tienen características de diseño similares. Sin embargo, debido al menor valor calorífico del carbón, los generadores de vapor de estas centrales son más grandes que las utilizadas en las centrales que utilizan derivados del petróleo. Por otro lado, las centrales de carbón requieren instalaciones más grandes para el manejo y almacenamiento de combustibles que las centrales de derivados de petróleo, así como medios para la colección y disposición de cenizas. Estos factores hacen que las centrales de carbón requieran de una mayor inversión que las de derivados del petróleo.

1.1.2 CENTRALES DE TURBINA DE GAS

Este tipo de centrales utihza un proceso de conversión de energía donde gases a altas temperaturas y bajas presiones son expandidos en una turbina de potencia, la cual está acoplada directamente a un generador eléctrico.

Su capacidad de arranque y llegar a plena carga en tiempos cortos (dependiendo del tipo de turbina este arranque puede ir de 4 ó 5 minutos hasta 15 ó 20 minutos) hace que estas centrales sean utilizadas principalmente para satisfacer picos de demanda en los sistemas de


energía eléctrica. Son además un factor importante en el proceso de control y estahdización de la frecuencia del sistema. Su principal desventaja es el alto costo de los combustibles.

1.1.3 CENTRALES DE CICLO COMBINADO

Estas centrales son una extensión de las centrales con turbina de gas que aprovechan el calor de los gases de escape de la turbina de gas para producir vapor (si estos gases no llevan una temperatura alta se meterá combustión suplementaria para producir el vapor requerido) y mover una turbina que tiene acoplado un generador eléctrico como es el caso de las centrales de combustible fósil.

El generador de vapor en esta central es similar al utilizado en una central termoeléctrica de combustibles fósiles, con la diferencia de que el oxígeno requerido para realizar la combustión es tomado del exceso de aire de los gases de escape de la turbina de gas.

El mérito principal de estas centrales es la mayor eficiencia global de los ciclos de vapor y turbina de gas combinados que los que se pueden obtener por separado.

1.1.4 CENTRALES GEOTERMICAS

En este tipo de centrales la fuente de energía primaria es. el vapor geotérmico extraído del subsuelo. La lava fundida atrapada a unos 5 kilómetros bajo el suelo libera calor y gases a altas temperaturas que calientan el agua que existen en estratos porosos que posteriormente se extrae mediante pozos profundos. El producto extraído es una mezcla de agua y vapor a alta presión, los que son separados por un separador centrifuge. El vapor así obtenido se envía a una turbina de vapor del tipo convencional para obtener la energía eléctrica a través del proceso de conversión de energia electromecánica.

1.1.5 CENTRALES NUCLEARES

En las centrales nucleoeléctricas el calor necesario para calentar el agua y producir el vapor que mueve la turbina se obtiene de un proceso conocido como fisión nuclear, que se lleva a cabo en un dispositivo llamado reactor nuclear.

De las principales características de estas centrales destacan su capacidad para generar grandes cantidades de energía eléctrica y baja contaminación. Sin embargo, persiste aun el problema del destino de los desechos radiactivos producida por estas centrales.

1.1.6 CENTRALES HIDROELECTRICAS

Las centrales hidroeléctricas utilizan la energía potencial del agua como fuente primaria de energía para gencrar energía eléctrica. Estas centrales se localizan en sitios tales que existe una diferencia de altura entre la central eléctrica y el sumjnistro de agua. De esta forma la energia potencial del agua se convierte en energía cinética la cual es utilizada para impulsar el rodete de la turbina y hacerla girar produciendo así energía mecánica.

CENTRAL TERMOELECTFUCA POZA RICA 3

1.2 CICLO RANKINE

1.2.1 EL CICLO RANKINE IDEAL

El ciclo Rankme ideal esta constituido por cuatro procesos termodinámicos, siendo dos isobáricos y dos isoentrópicos. El fluido de trabajo de un ciclo Rankine ideal es agua líquda- vapor. En la figura l. 1 se ilustra los elementos básicos de este ciclo, como su diagrama T-S: * T.V.

T

S

Figura 1.1 a) Esquema del ciclo Rankine ideal, b) Diagrama T-s del ciclo Rankine ideal

Los procesos del ciclo Rankine ideal son los siguientes.

Proceso 1-2: Expansión isoentrópica del fluido de trabajo.

Proceso 2-3: Proceso de condensación a presión constante del fluido de trabajo (condensación).

Proceso 3-4: Bombeo isoentrópico.

Proceso 4-1 : Calor suministrado hacia el fluido de trabajo.

Trabajo producido por la turbina

El vapor generado por la caldera en el estado 1, se expande a través de la turbina, descargándose en el condensador en el estado 2, los balances de masa y energía en estado estacionario se reducen a:

donde:


m es el flujo másico del fluido de trabajo

bt:. es el trabajo desarrollado por la turbina

P, es la potencia producida por la turbina

0 Calor rechazado

En el condensador se transfiere el calor del fluido de trabajo al agua de enfriamiento o se puede utilizar un aerocondensador donde este calor se transfiere al aire, los balances de masa y energía son:

donde:

q, es la energía transferida en forma de calor desde el fluido de reberación

trabajo al agua de

e Trabajo de la bomba

El liquido en el estado 3 es bombeado desde la presi6n del condensador hasta la presión de la caldera, los balances de masa y energía son:

donde :

it; es el trabajo consumido por la bomba.

e., es la potencia de la bomba

o Calor suministrado

El ciclo es completado cuando el fluido de trabajo procedente de la bomba en 4, es calentado nuevamente hasta la saturación y evaporado en la caldera, siendo sus balances de masa y energía:

donde:


y, es el calor transferido por la fuente de energia al fluido de trabajo que circulando por la caldera

0 Eficiencia térmica

La eficiencia se calcula mediante la siguiente ecuación:

La eficiencia también se puede escribir como sigue:

1.2.2 EL CICLO RANKINE CON SOBRECALENTAMIENTO

El ciclo Rankine ideal se puede variar con un sobrecalentador en el generador de vapor, al sobrecalentar el fluido de trabajo, éste tiene una mayor temperatura que el ciclo ideal. El sobrecalentamiento disminuye el problema de la humedad a la salida de la turbina.

El tener un aumento de temperatura beneficia al ciclo ya que se ve incrementada su eficiencia como se puede ver en la figura 1.2, ya que se ve incrementada el área de trabajo.

S

Figura 1.2 Diagrama T-S con sobrecalentamiento ciclo Rankine

1.2.3 EL CICLO RANKINE CON RECALENTAMIENTO

En el ciclo de recalentamiento no se permite que el vapor se expanda completamente hasta la presión del condensador en una sola etapa. Después de una expansión parcial el vapor se extrae de la turbina y se recalienta a presión constante. Luego se regresa a la turbina para expandirlo hasta la presión de condensación. Puede considerarse que la turbina consiste en dos etapas, una de alta presión y otra de baja presión. En la figura 1.3 se ven el ciclo de


recalentamiento en un diagrama T-S y el esquema del ciclo. La temperatura después del recalentamiento en el estado 3, usualmente es igual o ligeramente menor que la temperatura de entrada de la primera etapa de la turbina.

El empleo correcto del recalentamiento eliminará el alto contenido de humedad de la salida de la turbina y esto hace que aumente la eficiencia térmica.

La temperatura del vapor a la entrada de la turbina esta restringida por las limitaciones metalúrgicas impuestas por los materiales usados para fabricar el sobrecalentador, el recalentador y la turbina. Las alkw presiones en el generador de vapor también requieren tuberías que puedan soportar grandes esfuerzos a elevadas temperaturas.

Figura 1.3 a)Esquema del ciclo Rankine con recalentamiento, b)Diagrama T-s con recalentamiento

Utilizando la notación de la figura 1.3, el trabajo de la turbina, el calor transferido, el trabajo de la bomba, y la eficiencia se determinan mediante las siguientes ecuaciones:

0 Trabajo de la turbina

0 Calor suministrado

0 Trabajo de la bomba


Calor rechazado

Eficiencia térmica

(1.10)

1.2.4 EL CICLO RANKINE CON REGENERACTÓN

Para aumentar la eficiencia en las centrales eléctricas de potencia de vapor se hace el calentamiento regenerativo del agua de alimentación.

S

(a) @)

Figura 1.4 a)Esquema del ciclo Rankine con regeneración, b)Diagrama T-S con regeneración

El ciclo de potencia de vapor con regeneración mostrado en la figura 1.4 se lleva acabo en la forma siguiente: parte del vapor sobrecalentado que entra en la turbina 1 se extrae de la turbina en el estado, el cual es un estado intermedio en el proceso de expansión de la turbina. El vapor extraído se dirige a un intercambiador de calor conocido como calentador de agua de alimentación. Para llevar acabo un ciclo con recuperación ideal, se necesitaría de un gran número de intercarnbiadores de calor, lo cual no resulta económicamente justificable, en la práctica seis o siete calentadores es el número máximo utilizado y sólo en plantas de gran capacidad.

Se hace el análisis termodinámico del ciclo regenerativo ilustrado en la figura 1.4. Primero se calculará el flujo másico en cada uno de los componente, el balance de masa en estado estacionario es:

CENTRAL TERMOELECTRICA POZA RICA

m 1 = m2+ 1n3

8

donde:

njl es el flu-jo másico de vapor que entra a la primera etapa de la turbina

m2 es el flujo m&ico de vapor extraído en el estado 2

rn? es el flujo másico de vapor que sale de la segunda etapa de la turbina

dividiendo por m1 se tiene:

Denotando la fiacción de masa extraída en el estado 2 por y ("v = , la fracción del ',

flujo total que atraviesa la segunda etapa de la turbina es:

m3 -=l-.v (1.11) m 1

La fracción se puede determinar aplicando los principios de conservación de masa y energía al volumen de control que define el calentador del agua de alimentación, entonces los balances de masa y energía son:

y32, + (1 - y)& - 11, = o

despejando y de la ecuación anterior tenemos:

h, - h , h, - h, Y = - (1.12)

Utilizando la notación de la figura 1.4, el trabajo de la turbina, el calor transferido, el trabajo de la bomba, y la eficiencia se determinan mediante las siguientes ecuaciones.

e Trabajo de la turbina:

(1.13)


0 Trabajo de la bomba

~ ~ = ( h : - h s j + í l - . v r h , - h , j (1.14)

Calor suministrado

Calor rechazado

Eficiencia térmica

w, - y j

77=---"--" (1.17) 4,

1.3 EFECTOS DE LAS IRREVERSIBILIDADES EN EL FUNCIONAMIENTO DE LOS CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR

1.3.1 Eficiencia de una turbina

La eficiencia adiabática, o isoentrópica, de una turbina vr se defrne como el cociente del trabajo real entre el trabajo que se obtendría mediante una misma presión final. Es decir:

expansión isoentrópica hasta la

(1.18)

donde el numerador es el trabajo real desarrollado por unidad de mas que pasa através de la turbina y el denominador es el trabajo para una expansión isoentrópica desde el estado de entrada a la turbina hasta la presión de salida de la turbina. La irreversibilidad dentro de éSta reduce el trabajo neto producida por la planta que oscila entre 80 y 90 YO. Como se ilustra el proceso 1-2 de la figura 1.5.

1.3.2 Eficiencia de una bomba

La eficiencia adiabatica, o isoentrópica, de una bomba v b se define como el cociente del trabajo isoentrópico entre el trabajo real para el mismo estado inicial y la misma presión final es decir:


(1.19)

S

Figura 1.5 Diagrama T-S para mostrar los efectos de la irreversibilidad

El trabajo de la bomba para el proceso isoentrópico aparece en el numerador. El trabajo real de la bomba, que es mayor, está en el denominador. Ya que el trabajo de la bomba es mucho menor que el de la turbina, la irreversivjlidad en la bomba tiene un impacto en el trabajo neto del ciclo mucho menor que la irreversibilidad en la turbina.

CENTRAL TERMOELECTFUCA POZA RICA 1 1

2 DESCRIPCION TECNOLOGICA DE LAS PARTES DE LJNA CENTRAL DE COMBUSTIBLE FOSIL

Una central termoeléctrica de combustibles fósiles es una instalación industrial en la que se produce energía eléctrica y que utiliza como combustible carbón, combustóleo o gas natural. En este tipo de centrales, el fluido de trabajo es agua. La figura 2.1 ilustra en forma simplificada los elementos b&icos que componen una central termoeléctrica.

Figura 2.1 Diagrama esquemático en una central termoeléctrica

2.1 GENERADOR DE VAPOR

El generador de vapor es un conjunto de equipos que integrados y dispuestos de tal forma realizan los procesos de combustión y se absorbe el calor de los productos de esta combustión en forma eficiente.

Las variables esenciales de un generador de vapor son, el flujo de vapor, la presión y la temperatura del vapor generado, para manipular el flujo de combustible y el aire de combustión. Esto es importante para poder cambiar el nivel de operación 0 la carga de la unidad.

2.1.1 COMBUSTION EN UN GENERADOR DE VAPOR

La combustión (del combustible y el aire necesario) se realiza en el espacio interior del generador de vapor llamado hogar.

El combustible puede ser líquido, sólido o gaseoso y se alimenta continuamente al hogar mediante los quemadores y otros dispositivos adecuados.


El aire requerido para la combustión es manejado por unos ventiladores que lo envían a través de ductos hasta llegar a los quemadores y el hogar.

Los gases producto de la combustión en el hogar son conducidos por ductos hasta la chimenea, para posteriormente escapar a la atmósfera.

2.1.1.1 Utilización del calor

La combustión en el hogar libera el calor que será aprovechado por determinadas partes del generador de vapor.

El calor liberado en el hogar se emplea para:

a) Calentar el agua.

b) Transformar el agua en vapor.

c) Sobrecalentar el vapor.

d) Recalentar el vapor.

e) Calentar el aire para la combustión.

2.1.2 PARTES PRINCIPALES DEL GENERWOR DE VAPOR

2.1.2.1 Caldera

La caldera es una parte o elemento que absorbe calor. Es m a estructura metálica, construida con tubos alineados unos contra otros, formando las paredes del hogar. A estos tubos se les llaman tubos de generación.

Las calderas pueden clasificarse según la distribución de los gases calientes y el agua en dos tipos:

a) Tubos de agua (Acuatubulares)

El agua se encuentra en el interior de los tubos y los gases pasan por el exterior.

b) Tubos de humo (Pirotubulares)

Los gases circulan por el interior de los tubos y el agua se encuentra en el exterior.

2.1.2.1.1 Partes de la cddera

La caldera esta constituida por las partes que forman un circuito de circulación de agua o de una mezcla agua-vapor.


a) Tubos de generación

Aquí se lleva acabo el calentamiento del agua y parte de ella se convierte en vapor. Los tubos se agrupan alineándolos uno junto a otro para formar las paredes del hogar.

b) Tubos elevadores

Son tubos de enlace entre los tubos de generación y el domo. En su interior lleva una mezcla de liquido-vapor producida en los tubos de generación, con destino hasta el domo. Los tubos elevadores no están expuestos al calor.

c) Domo

Es un recipiente cilíndrico horizontal con determinado nivel de agua. Aquí se lleva acabo la separación del vapor producido y el agua. El vapor sale por la parte superior con destino a otros elementos del generador de vapor. El domo no esta expuesto al calor.

En ocasiones se llama domo superior para diferenciarlo de otro domo inferior.

d) Bajantes

Son tuberías de un mayor diámetro que viajan por el exterior del hogar y por consiguiente no están expuestos al hogar. Contiene agua que debe circular hacia abajo.

e) Domo inferior

Es un recipiente cilíndrico horizontal en la parte inferior del hogar. S u diámetro es menor al del domo superior. Sirve como un cabezal distribuidor y es el enlace entre los bajantes y los tubos de generación. Todos los tubos de generación parten del domo inferior. El domo inferior no esta expuesto al calor.

Cuando las calderas no tienen este domo, se cuenta con varios cabezales distribuidores.

f) Cabezales

Son depósitos que s h e n como dstribuidores o descargas comunes de un grupo de tubos. Enlazan a los tubos de generación con los bajantes o con los elevadores. El cabezal no esta expuesto al calor.

2.1.2.1.2 Formas de circdacidn (del uguu- vapor) en una caldera

a) Circulación natural

Se logra en forma natural, al calentar los tubos de generación se empiezan a producir burbujas de vapor. El peso de la columna de agua con vapor dentro de los tubos de generación en menor peso de la columna de agua que hay en el interior de los bajantes. Esta


diferencia de peso es una fuerza resultante que inicia la circulación: del agua, hacia abajo en los bajantes; y de la mezcla agua-vapor, hacia arriba en los tubos de generación.

Mientras se está aplicando calor a los tubos de generación, este circuito mantiene la circulación, haciendo que continuamente llegue al domo una mezcla de agua vapor en donde el vapor se separa y sale por la parte superior con destino a otro elemento del generador de vapor.

Como se está produciendo vapor, es necesaria la reposición continua del agua de alimentación para evitar la disminución de nivel y que la caldera quede seca.

b) Circulación forzada

La circulación se produce por una bomba. Existen varios tipos de circulación forzada pero solo se mencionara la circulación forzada.

Circulación controlada

La circulación se logra con una bomba que suministra la presión necesaria para provocarla. El uso de la bomba permite que los tubos puedan tener menor dihetro, más cambios de dirección, bajadas, etc., que implica mayor resistencia al flujo y no serían tolerables en la circulación natural.

En la circulación controlada se tiene un domo inferior (o más) que actúan como distribuidor y tiene unos orificios que sirve para compensar las diferentes resistencias cuando hay trayectorias más complicadas que otras.

2.1.2.1.3 Sepmacidn de agua vapor

La separación del agua y del vapor se realiza en el domo. Como el vapor tiende a arrastrar gotas líquidas al desprenderse de la superficie del agua y esto es perjudicial para otros elementos del generador de vapor y la turbina, es necesario contar con dispositivos que eviten este fenómeno haciendo que el vapor sea seco.

Los tipos de separación más comunes son:

a) Separadores primarios.

b) Separadores secundarios.

c) Secadores.

2.1.2.2 El sobrecalentador

El sobrecalentador recibe vapor saturado que sale del domo y lo sobrecalienta hasta la temperatura requerida por la turbina de vapor.


Cuando se usa vapor sobrecalentado, puede obtenerse mayor trabajo, y más pasos en la turbina antes de que se forme humedad en el vapor. Además el uso del sobrecalentador se ve incrementada la eficiencia de la central.

El sobrecalentador es un intercambiador de calor formado por una gran cantidad de tubos que se conectan a un cabezal de entrada y otro de salida. Por el interior de los tubos pasa el vapor y por fuera los gases de combustión. Generalmente, el sobrecalentamiento se realiza en dos o mis etapas; denominado sobrecalentamiento primario, secundario, y así sucesivamente. Estos pueden ser de tipo horizontales o verticales.

Dependiendo de su localización dentro del generador de vapor y de la forma como absorben el calor, estos pueden ser:

a) Sobrecalentadores radiantes

Están localtzados en la parte superior del hogar y recibe el calor directamente de la flama, por radiación.

b) Sobrecalentadores convectivos

Están localizados en los pasajes de los gases calientes y reciben el calor de estos por convección. (En este caso, los sobrecalentadores no alcanzan a “ver” a la flama del hogar).

c) Sobrecalentadores radiantes-convectivos

Cuando un sobrecalentador se encuentra en una zona intermedia entre los dos descritos anteriormente, será una combinación de ambos.

2.1.2.3 El recalentador

El vapor que ya se expandió en una turbina, sale con menor presión y temperatura, pero puede volverse a recalentar para seguir aprovechándolo y trabajar en las etapas restantes o en otra turbina.

El recalentador recibe vapor denominado “recalentado fiío”, y lo recalienta “recalentado caliente” a la temperatura requerida por las etapas restantes de la turbina o de otra turbina.

El recalentador es un intercambiador de calor similar al sobrecalentador, con la diferencia que trabaja a una presión menor.

2.1.2.4 El economizador

Aprovecha el calor de los gases antes de que escapen a la atmósfera.

Reciben agua de alimentación “fría” y la calienta para después enviarla al domo.


2.1.2.5 Precalentadores de aire

El uso de aire caliente en la combustión mejora las condiciones de ésta y aumenta la eficiencia del generador de vapor. Estos precalentadores reciben el aire frio del exterior y lo calientan para enviarse al hogar. Emplea los gases calientes que ya se utilizaron en e1 economizador? para calentar el aire.

Tipos de precalentadores de aire:

a) Precalentadores aire-vapor

El aire se calienta con el vapor, produciendo finalmente aire caliente. El aire y el vapor no se mezclan.

b) Precalentadores aire-gas

Son los gases que salen del economizador y aun contienen energía. Antes de tirar estos gases a la atmósfera por la chimenea. El aire y los gases no se mezclan.

2.1.3 TIRO Y VENTILADORES

Se requiere una circulación efectiva del aire hacia el hogar y una evacuación de los gases producto de la combustión. Para crear esta circulación se requiere establecer una d8erencia de presiones, comúnmente llamado tiro.

Este tiro se establece mecánicamente mediante ventiladores y pueden existir dos opciones.

a) Tiro forzado

Para producir este tipo se utiliza un ventilador que fuerza al aire a entrar por ductos hasta el hogar por la chimenea. A este ventilador se le conoce como ventilador de tiro forzado. En este caso el hogar se encuentra a una presión mayor a la atmósfera.

b) Tiro balanceado

En este tiro se utiliza un par de ventiladores. Uno para forzar la entrada del aire al hogar y otro para inducir la salida de los gases de combustión al hogar. El segundo ventilador esta colocado en la parte inferior del ducto de la chimenea y se le conoce como ventilador de tiro inducido. En este caso, el hogar se encuentra a una presión menor que la atmosférica. La presión del hogar se mantiene constante regulando la posición de las compuertas del ventilador de tiro inducido.

Los conceptos del generador de vapor descritos anteriormente se ilustraran a grandes rasgos en la figura 2.2, ya que esto dependerá de las necesidades y el uso que se dé al generador de vapor.


RECALE

SOBRECN SEClJ?

e I*- I

-h 4""". 4""".

AIRE-VAPOR

/ PRECALJXI-ADOR

TIRO FORZADO

Figura 2.2 Partes de un generador de vapor

2.2 TURBINA DE VAPOR

Después de que el agua es calentada en el generador de vapor sale como vapor, éste vapor entra a una tobera fija donde se expande, obt.eniéndose un chorro de vapor con gran velocidad. Esta energia cinética del vapor se utilila para impulsar los alabes de la turbina, y fmalmente en trabajo mecánico.


2.2.1 P.4RTES DE UNA TURBINA

a) El rotor

Es la parte m6vil de la turbina, sobre la cual van montadas las paletas y las toberas. A las paletas combadas y perfííadas se les denomina alabes, mientras que las toberas son conductos perfilados en los que el fluido que circula por ellos aumenta su velocidad mediante las pérdidas de presión.

b) Toberas fijas

Son dispositivos que expanden el vapor, con lo cual aumenta su velocidad con una pérdida en la presión del mismo.

c) La carcaza

Es la cubierta o envolvente en donde van montadas las toberas fijas.

2.2.2 TIPO DE T'CTRBINAS

a) Turbina de acción

Cuando las toberas están montadas en la carcaza y al chorro de vapor se le dirige contra paleta del rotor.

b) Turbina de reacción

Si la tobera esta montada en el rotor y tiene movimiento libre.

c) Turbinas de acción-reacción

Son las que aplican ambos principios.

En centrales termoeléctricas convencionales es común que las turbinas tengan varias etapas o pasos, y que el primer paso de la turbina de alta presión sea de acción y los pasos restantes de reacción.

2.3 EL CONDENSADOR

El condensador es un intercambiador de calor y se localiza en el escape de vapor de la turbina. Esta formado por una cámara donde se encuentran tubos transversales al flujo de vapor, por los que circula agua de enfriamiento. El vapor al tener contacto con los tubos frios se condensa y se precipita a la parte infierior de la cámara conocida como pozo caliente. El agua es extraída del pozo caliente por medio de las bombas de condensado.


El agua que se utiliza para el enfriamento del vapor que sale de la turbina, no tiene ningún contacto con el vapor que se condensa. Esta agua de circulación puede ser tomada de pozos, y enfriada en torres de enfriamiento, agua de una laguna, agua de mar. El flujo de agua lo proporcionan l a s bombas de circulación.

2.4 CALENTADORES

Los calentadores tienen como función incrementar paulatinamente la temperatura del agua con vapor de extracción de las turbinas, antes de que se alimente al generador de vapor. La caída de presión en un intercambiador de calor es por lo general muy pequeña; por lo que la presión podemos suponerla constante y es bastante aceptable, tipo de calentadores:

a) Calentador abierto

Este consiste en un intercambiador de calor de contacto directo de las corrientes a diferentes temperaturas se mezclan para dar una corriente a temperatura media.

b) Calentador cerrado

Los calentadores cerrados son intercambiadores de calor de tipo carcaza y tubos en los que el agua de alimentación aumenta su temperatura debido a que el vapor extraído de la turbina, condensa en el exterior de los tubos por los cuales circula el agua de alimentación. En este calentador no hay mezcla de las corrientes sus presiones pueden ser distintas. Figuras 2.3 y 2.4.

c) El deaereador

El deaereador cumple la fünci6n de eliminar los gases disueltos del agua. El agua que llega al deaereador se atomiza en pequeñas gotas por medio de dispersores y charolas. A contra comente se les hace pasar un flujo de vapor extraído de la turbina, de manera que al impactarse el vapor contra las gotas de agua se, produce un choque fisico y térmico que separa los gases del agua Esto adicionalmente sirve como calentador de agua.

.........................................................

SALlPA DEAGUA DEALIMEEITSCION

.......................................... DE AI.IMENTACION

HACIA PRSSION LA LINEA DE ALTA v CONDENSADO

3OMBA

Figura 2.3 Calentador cerrado con bombeo hacia adelante


VAPOR DE MI7CACCION

1 ......................................................... I :

SALIDA DE AGUA DE ALiMENTACiÜN

.......................................... DE ALIMENTACION

..................................................................

.................................................

....................................................... ................................................... ................................................. ................................................

/ CGNDENSADQ HACIA EL CALENTADOR

,DE BAJA PRESIGN

VALVI1I.A

20

Figura 2.4 Calentador cerrado con cascada hacia atrás


3 CENTR4L TERMOELECTRICA POZA RICA

El tema central de este trabajo, es hacer un análisis termodinámico de la central termoeléctrica Poza Rica. Este es una descripción del procedimiento con el que se obtienen las propiedades en cada estado, correspondiente a la figura 3.2

3.1 CONDICIONES REALES DE OPERACION DEL CICLO TERMICO DE LA CENTRAL TERMOELECTRICA POZA RICA

La Central termoeléctrica Poza Rica cuenta con tres unidades de 39 MW que trabaja en un ciclo termodinámico Rankine regenerativo con sobrecalentamiento. El vapor circula por la línea principal a una presión de 81 atm y una temperatura de 522 "Cy una parte del vapor sobrecalentado se envío a la estación reductora de presión, hasta que alcanza una presión de 12 atm y 200 O C y la otra parte de este vapor sobrecalentado alimenta a la turbina de vapor. Este vapor sobrecalentado pasa por una estación reductora de presión reduciendo la presión a 12 atm y 200 O C y es utilizado como vapor auxiliar para alimentar al calentador de aire vapor (CAV), vapor para servicios auxiliares y vapor para calentar al combustóleo. El vapor sobrecalentado que alimenta al CAV es recuperado en el deareador (C2). El vapor que alimenta a los calentadores de combustóleo, es tirado despues de condensarse al drenaje general de la central.

Una vez hecha la extracción de la línea principal, el vapor sobrecalentado entra a la turbina, haciendo 4 extracciones de vapor en el trayecto de la turbina, donde la 1" exqracción entra al calentador No.1, esto hace que se eleve la temperatura del líquido subenfriado que circula por el calentador de tipo cerrado (con cascada hacia atrás), y sale el vapor como líquido saturado del calentador para después entrar al calentador N0.2, la 2" extracción entra al calentador No.2 y éste se mezcla (calentador abierto) con el líquido vapor del calentador No. 1, el líquido saturado que viene del CAV y del líquido subenfriado proveniente del calentador No.3, la 3" extracción entra al calentador No.3 elevando l a temperatura del líquido subenfriado que circula por el calentador cerrado (con cascada hacia atrás), y saliendo como líquido saturado, para posteriormente entrar al calentador No.4, y la 4" extracción entra al calentador No.4 en otro calentador de tipo cerrado mezclándose el líquido vapor con el de la extracción No.3 elevando la temperatura del liquido subenfriado (no se mezcla con los otros dos fluidos, tambikn tiene una cascada hacia atrás), la mezcla que sale del calentador es líquido saturado, esta es enviada a otro calentador de tipo cerrado (con cascada hacia atrás), el líquido saturado que sale es enviado a la salida del condensador.

Una vez que el vapor sale de la turbina, se envía al condensador saliendo como líquido saturado, enseguida se eleva su presión por una bomba a una presión dada, pasando por el enfriador de drenes y los calentadores No. 4, 3 y 2, esto hace que se incremente la temperatura del liquido al salir de cada calentador, en el calentador No. 2 es el ultimo por donde pasa a la presión cte. este sale como líquido saturado, otra bomba lo manda al generador de vapor, pasando por el calentador No. 1, siendo este el ciclo del funcionamiento de la central termoeléctrica Poza Rica, ver figura 3.1.

3

3 ,-4 3

P

I f



e F I

112 ."

120

12:

1 1

126 I I 3

1

D

1

Figura 3.1 b

3 d

A v t


3.2 MODIFICACION QUE SE HACEN AL CICLO TERMICO

Con lo descrito en la sección 3.1 la modificación que se le hace para su balance térmico, es quitar la extracción de la línea principal de vapor que va hacia el CAV, así como al calentador de combustible. Esto permitirá simplifrcar los cálculos de la central termoeléctrica Poza Rica, ver figura 3.2.

3.3 BALANCE TERMICO DE LA CENTRAL TERMOELECTRICA POZA RICA

De los datos de carga al 100, 75 y 50 */o se toman los datos de presión inicial (pi), temperatura inicial (Ti) y presión fmal (pf) del vapor, del diagrama térmico modificado se parte para hacer los balances de masa y energía y, así poder cálcular las extracciones de vapor, l a s propiedades termodinimicas de cada estado de la planta, ver la figura 3.2.

3.3.1 PRESIONES

Conociendo la pi y pf se conoce su temperatura de saturación respectivamente, con esto podemos conocer una para cada extracción que se hace de la planta por medio de la siguiente ecuación:

(3.1)

donde :

n = número de extracciones

Tf = temperatura fmal de saturación de pf

Con el A T p se prosigue a encontrar las temperaturas de saturación de las extracciones:

Una vez encontrada la T, en tablas de vapor saturado se obtiene la presión de saturación correspondiente en este caso será pA, prosiguiendo después a encontrar Tg:

Una vez encontrada la TB en tablas de vapor saturado se obtiene la presión de saturacih correspondiente en este caso será pB, prosiguiendo después a encontrar Tc:

(3.4)


Una vez encontrada la Tc en tablas de vapor saturado se obtiene la presión de saturación correspondiente en este caso será pc, prosiguiendo después a encontrar TD:

Una vez encontrada la TD en tablas de vapor saturado se obtiene la presión de saturacicin correspondiente en este caso será pD.

Con la obtención de las presiones de saturación se podrán obtener una propiedad termodinámica independiente, de los estados de donde se hacen l a s extracciones en la turbina, y con otro parametro que se cálculara para dichos estados según sea el caso.

3.3.2 CALCULO DE LAS PROPIEDADES TERMODINAMICAS DE LOS ESTADOS EN LA TLTRBINA

Este cálculo se realizara con una eficiencia isoentrópica del (11) = 100 ?h, que corresponde a un proceso isoentrópico en la turbina y la bomba. y si 11 < 100 O/O el trabajo real, ya que no existen turbinas y bombas que tengan eficiencia de un 100 ?h.

Estado 1

El vapor que sale del generador de vapor, este hay que definir para cálcular las propiedades termodinámicas de este estado, posteriormente se obtiene su temperatura de saturación correspondiente, una vez obtenida se compara con la temperatura del vapor vivo, como se muestra a continuación:

> q, = vapor sobrecalentado

= c, S vapor saturado seco

En nuestro caso la Ti > Tsd y por lo tanto, el estado se encuentra en la región de vapor sobrecalentado.

Se requieren de dos propiedades termodinámicas independientes para obtener los valores del volumen específico, la entalpía, y la entropía, los valores conocidos en este estado son la presión y la temperatura del vapor vivo.


0 Estado 2s

Es donde se lleva acabo la primera extracción ( m 1 ) en la turbina. Hay que defrnir en que región del diagrama T-s se encuentra el vapor al final de la expansión, como la entropía específica es constante para la expansión adiabática a través de la turbina, por lo que s1 = szs y conociendo la pA = p2s, usando los datos del agua saturada (líquido vapor) y comparando

con sZg se tiene en que zona del diagrama T-S se encuentra e¡ estado 2,, teniendo que si:

s.): =-. s 2 g a vapor sobrecalentado

sZs 7 sZg S vapor saturado seco

.s2, <: sZg 3 vapor húmedo

donde sSg se localiza en la línea de la campana de saturación de vapor seco.

Si sZa = szg la calidad de vapor es 1, pero si S:, c' s2g entonces se busca la calidad de vapor, ésta se encuentra por medio de la siguiente ecuacitjn.

donde:

S = 1 vapor seco saturado

S 1 vapor húmedo

n = 2, ..., 6

donde x es la calidad de vapor, en el caso de x 1 entonces es vapor húmedo, y conociendo dos propiedades termodinámicas independientes, que son la pZs y 5zs se obtienen los valores del volumen específico y la entalpía en tablas de agua de saturación (líquido-vapor), así como la temperatura de saturación, ya que se conoce la calidad del vapor esta se ocupa para el cálculo del volumen específico y la entalpía por la siguientes ecuaciones 3.7 y 3.8 :

Y

donde:

n=2,. . .,6

En el caso de sZs 3 s2g y s2, = sZg, se tienen las dos propiedades termodinamicas independientes que son pzs y S,,, con estas dos propiedades se obtienen los valores del volumen específico, la entalpía y la temperatura en tablas de vapor sobrecalentado y tablas del agua saturada (líquido-vapor):

Este es el procedimiento con el que se cálcula el estado 2,.

Estado 2

Es donde se lleva acabo la primera extracción ( m1 ) en la turbina. Se tiene una expansión real a través de la turbina que va acompañado de un aumento de la entropía. El trabajo desarrollado es menor que e1 correspondiente a la expansión isoentrópica en el proceso 1-2, del rendimiento de la turbina que esta dada por la ecuación 1.18, esta se despeja para encontrar la entalpía real.

donde:

n = 2, ..., 6

m = 1, ... ,5

Hay que definir en que región del diagrama T-s se encuentra el vapor al final de la expansión, con la h2 una vez obtenida y la PA = p2, usando los datos del agua saturada (líquido vapor) y comparando h2 con hZg se tiene en que zona del diagrama T-S se encuentra el estado 2, teniendo que sí:

/$ :, Itlg .I> vapor sobrecalentado

1% = I%g s v a p o r saturado seco

h2 -: h.,, -vapor húmedo

donde hzs se localiza en la linea de la campana de saturación de vapor seco.


Si h2 = hZg la calidad de vapor es 1, pero si szs szp, entonces la calidad de vapor se encuentra por medio de la siguiente ecuación:

(3.10)

donde :

x = 1 vapor seco saturado

x < 1 vapor húmedo

n = 2 ?..., 6, 16, 18, 20, 22

donde x es la calidad de vapor, en el caso de x < 1, entonces es vapor húmedo, conociendo dos propiedades termodinámicas independientes, pz y h2, se obtienen los valores del volumen específico y la entropia en tablas de agua de saturación (líquido-vapor) así como la temperatura de saturación, ya que se conoce la calidad del vapor ésta se ocupa para el cálculo del volumen específico y la entropía por la siguientes ecuaciones:

v, = Vf + X(L$ - us) (3.11)

Y

(3.12)

donde:

n = 2 ,..., 6, 16? 18, 20, 22

En el caso de h2 > h2g y hz = h2& se tienen las dos propiedades termodinámicas independientes, que son p2 y h2, con estas dos propiedades se obtienen los valores del volumen específico, la entalpía y la temperatura en tablas de vapor sobrecalentado y tablas del agua saturada (líquido-vapor):

este es el procedimiento con el que se cálcula el estado 2.


Estado 3,

Se sigue el mismo procedimiento del proceso ('l-2s). Es donde se lleva acabo la segunda

extracción (m? ). Una vez encontrado el estado 2 este se toma para encontrar el estado 3s, que se define como un proceso isoentrópico donde s2 = es, teniendo la l>b = ns. usando los datos del agua saturada (líquido vapor) y comparando con esto permitirá en que región del diagrama T-S de saturación se encuentra el estado 3,, teniendo que sí:

s3, > s3E 3 vapor sobrecalentado

sgs = sgg vapor saturado seco

s3s -: s3s 3 vapor húmedo

donde %8 se localiza en la línea de la campana de saturación de vapor seco.

Se sigue el mismo procedikiento que en el estado 2,, con el cual se cálcula el estado 3,: siendo un proceso isoentrópico.

Estado 3

Se sigue el mismo procedimiento del proceso (1-2). Se lleva acabo la segunda extracción

( m2 ) en la turbina. Una vez encontrado el estado 2, éste se toma como punto de partida para encontrar el siguiente estado 3, teniendo la pB = p3, con una expansión real a través de la turbina que va acompañado de un aumento de entropía. El trabajo desarrollado es menor que el correspondiente a la expansión isoentrópica, el rendimiento de la turbina esta dado por la ecuacibn l. I S en 21 proceso 2-3,, despejando la ecuacibn para encontrar la entalpía real, tenemos la ecuacibn 3.9.

Hay que defiwr en que región del diagrama T-s se encuentra el vapor al final de la expansión, con la h3 una vez obtenida y la p~ = p3, usando los datos del agua saturada (líquido vapor) y comparando h2 con h38 se tiene en que zona del diagrama T-S se encuentra el estado 3, teniendo que sí:

4 :., 3 vapor sobrecalentado

h, = h2,: =vapor saturado seco


donde h,, se localiza en la línea de la campana de saturación de vapor seco.

Se sigue el mismo procedimiento que el estado 2. Este es la forma con el que se cálcula el estado 3.

400

I

200

O

A' I r

0 2 4 6 8 10 S (kJlkg K)

-1

10

200

O O 2 4 6 8

S (kJlkgK) -___ "_

Figura 4 Diagrama temperatura entropía, con la expansión real

32 CENTRAL TERMOELECTRICA POZA RICA

Ids procedimientos realizados en los procesos (1-2) y (2-3) se aplican a los procesos de generación que faltan, hasta la salida del vapor de la turbina en este caso dichos estados son 4,, 4, 5,, 5, 6, y 6. Como Único dato conocido en todos los estados es la presión que se encontró en las sección 3.3.1, llevándose acabo la tercera y cuarta extracción de la turbina, como se ilustrara en las figuras 3.3 y 3.4, a s i como las extracciones de ésta, en un proceso de trabajo isoentrópico y en un proceso de trabajo real ver figura 3.3 y 3.4, teniendo que el trabajo isoentrcipico hace un trabajo mayor que el real.

3.3.3 CALCULO DE LAS PROPIEDADES TER\IODINAMICAS EN LAS BOMBAS, CONDENSADOR Y CALENTADORES

Estado 7

El vapor al final de la expansión de la turbina entra al condensador, donde es enfiiado hasta salir de éste como liquido saturado, conociendo la pf = p7 se conocen los valores del volumen específico, la entalpía, la entropia y la temperatura que es la de saturacion:

La condensación en el estado real es mayor que la ideal como se puede ver en las figuras 3.5 y 3.6, por lo que realiza un trabajo mayor para enfi-iar el liquido de trabajo.

400

200

O o 1 2 4 10

ZONA DE CONDENSACION S (kJlkgK) .__

Figura 3.5 Zona de condensación cuando la turbina trabaja en un proceso isoentrópico


400

200

O

I I m1

m2 m 3

I

I 0 1 2 4 6 i 8 10 I I ~ Id _____ ZONA DE CONDENSACION J S (kJ/kgK) L- ”_____

Figura 3.6 74na de condensación real

Estado 8s

Una vez que sale el liquido del condensador, Cste sale como líquido saturado y por medio de una bomba es llevada al enfriador de drenes donde se conoce la pgs con esta propiedad termodinámica y por medio de la ecuación 3.13 se conocerá la otra propiedad termodinámica. siendo hSs, con estas dos propiedades se conocen los valores del volumen especifico y la temperatura, y siendo un proceso isoentrópico S, = S ~ S , esta propiedad no se utiliza ya que en este caso se cuenta con tabla de líquido subenfiiado, por eso el cálculo de hss, es con la siguiente ecuación:

donde:

(3.13)

n = 8 0 1 3

m =7 o 12

Se tienen dos propiedades termodinámicas independientes que son la pss y hSs con lo que se obtienen los valores del volumen específico: y la temperatura de tablas de líquido subenfiiado ver figura 3.6.

Estado 8

El cálculo de los valores reales de este estado se utdiza la eficiencia de la bomba para conocer la entalpia real, de la ecuación 3.14 se determinar5 la entalpía, teniendo con esto dos propiedades termodinámicas, con esto se conocen los valores del volumen específico, la entropía, y la temperatura.

donde:

n = 8 0 1 3

m =7 o 12

Una vez obtenido hs y conociendo la presión los datos faltantes se buscan en tablas de líquido subenfriado. Ver figura 3.7.

En la figura 3.7b se muestra el bombeo isoentrópico y real, tales estados no se alcanzan a apreciar en la figura 3.7% por estar muy pegado a la línea de líquido saturado.

400

200

O

i 0.737 0.738 0.739 0.74 0.741 0.742

S (kJ/kgK) i. _I

Figura 3.7 Como es muy pequeño el aumento de temperatura en la figura 7" en los estados 8, y 8 éste se representa en la figura 7b


Estado 17

Una vez echa la extracción de vapor No. 4 de la turbina, este vapor alimenta al calentador No. 4 donde se lleva una transferencia de calor, elevando la temperatura del líquido subenfriado de la T9 a Tlo, saliendo como líquido saturado, conociendo la pn de la ecuación 3.5 entonces tenemos que la pD = p17, se conocen los valores del volumen específico, la entalpía, la entropía y la temperatura que es la de saturación, con esto tenemos:

Este es el procedimiento para el estado 17, así como para los estados 12, 19 y 21 con sus respectivas extracciones.

0 Estado 10

En el estado 10 sólo se tiene una propiedad termodinámica independiente, que es la plo, se definirá otra propiedad por medio del DTT (Diferencia de Temperatura Terminal), esta DTT st: define de la siguiente manera.

por lo que:

donde:

Tlo TSat tenemos que DTT = negativo

Tlo = Tsat tenemos que DTT = cero

Tlo TSat tenemos que DTT = positivo


Corno nuestras temperaturas de saturación están definidas, tenemos que encontrar si esta en la zona de líquido vapor, en la línea de vapor saturado o en la zona de vapor sobrecalentado, esto puede ser analíticamente o gráficamente.

Analíticamente. se usan los datos agua saturada (líquido vapor) y s5, para cálcular la calidad del vapor, descritos en la zona de la turbina en este caso es el estado 5, donde se tienen 3 casos posibles que son:

srS = s , ~ 3 vapor saturado seco (Tlo = TSat)

szs < sZg S vapor húmedo (Tlo Tsa)

Si se tiene el diagrama T-s del ciclo de la central termoeléctrica Poza Rica este se puede conocer gráfkamente si es positivo, negativo o cero el DTT, teniendo en cuenta las consideraciones descritas anteriormente ver figura 3.8.

Con las dos propiedades termodinámicas independientes se obtienen los valores del volumen especifico, la entalpia, y la entropia, en este caso se tiene la presión y la temperatura en dicho estado.

Este procedimiento se aplica para los estados 1 1 y 13.

Longitud ia>


Figura 3.8 a) DTT = positivo b) DTT = cero y c) DTT = negativo

Estado 22

Una vez realizada la transferencia de calor en el calentador No. 1, el vapor sale del calentador No. 1 como líquido saturado, entrando al deareador (con cascada hacia atrás), realizando un balance de energia en la tubería tenemos que es un proceso isoentálpico, con h,, = h2,, ecuación 3.1 5.

(3.15)


Teniendo que no hay transferencia de calor con el medio, no hay ningún trabajo, es despreciable la energía cinética y potencial, teniendo la presih de saturación pB = pZZ tenemos las dos propiedades termodinámicas.

Encontrada la calidad del líquido vapor, éSta se ocupará para calcular los valores del volumen específico, la entropía y la temperatura de saturación de tablas de agua de saturación (líquido vapor), y con las ecuaciones 3.11 y 3.12:

Este procedimiento se aplica para los estados 16, 18 y 20.

Estado 9 y 15

En el estado 9, ps es la propiedad independiente termodinámica, la otra propiedad se supondrá con un aumento de temperatura respecto al estado 8 y de los balances de masa y energía en los calentadores se conocerá la his, que se localtza en la línea de líquido saturado que va al condcnsador, y teniendo un sistema de S ecuaciones con 5 incógnitas.

La primera ecuación 3.16 que tenemos es la del calentador número 1 donde las incógnitas

que se obtienen es m .

C.alentador I

,?l,il?? - k , )+ (sq3 - hJ = o (3.16)

La segunda ecuación 3.17que tenemos es la del calentador número 2 donde l a s incógnitas

que se tienen son m1 y m2 .

Deareador (Calentador 2)

La tercera ecuación 3.18 que tenemos es la del calentador número 3 donde las incógnitas que

se obtienen sonml~ m2 y m3 .

C,alentador 3

La cuarta ecuación 3.19 que tenemos es la del calentador número 4 donde las incógnitas que

se obtienen son ml? m2, m3 y m, .


Calentador 4

La quinta ecuación 3.20 que tenemos es la del calentador (enfriador de drenes) donde las

incógnitas que se obtienen son m l , m2. m ? , m4 y hI5.

Calentador (ED)

Con este sistema de ecuaciones se conocerá la masa de las extracciones, m1 , m2 ~ m3 y m, , correspondientes a cada extracción de la turbina, y hI5 de la ecuación 3.20 para tener otra propiedad termodinámica independiente? una vez obtenida se prosigue a obtener los valores faltantes, esto es, encontradas l a s dos propiedades termodinámicas independientes se obtienen los valores del volumen específico, la entropía y la temperatura en este caso tenemos la presión y la entalpía en este estado 15.

3.4 BALANCES DE MASA Y ENERGÍA

La central termoeléctrica Poza Rica es una planta convencional (turbina de vapor). Cbmo ya se menciono en los capítulos anteriores, este tipo de plantas utiliza un ciclo Rankine, se procederá a realizar el balance de masa y energía para cada equipo de la planta, con la modificación realizadas a la planta, mencionada en el punto 3.2.

El trabajo que se realiza en la turbina. es la suma de l a s potencias de cada proceso 1 a 2, 2 a 3,. ..y de 5 a 6. teniendo que en la turbina se hacen 4 extracciones que van a los calentadores 1, 2, 3 y 4 ecuación 3.21.

Turbina:

El trabajo que lleva acabo la bomba 1, es para aumentar la presión del fluido que pasará por los caientadores 2, 3, 4 y el enfiiador de drenes, manteniéndose constante esta presión de la bomba ecuación 3.22.


Bomba 1

m1 - (3.22)

El trabajo que lleva acabo la bomba 2. es para aumentar la presión del fluido que pasará por los calentadores 1 y al generador de vapor, manteniendo constante esta presión de la bomba ecuación 3.23.

Bomba 2

(3.23)

Los balances de masa y energia de los calentadores se llevan acabo en el estado 14.

Ya que se encontraron todos los puntos de los estados con el método descrito, y l a s extracciones, se sustituyen en las ecuaciones correspondientes para encontrar el trabajo de la turbina, y los trabajos de las dos bomba?.

CENTRAL TERMOELECTRICA POL4 RICA 4 1

4 CALCULO DE LOS ESTADOS DE LA CENTRAL TERlLlOELECTRICA POZA RICA

Como ya se indico en la unidad 3 el procedimiento que se aplica para el cálculo de las propiedades termodinámicas en cada estado, a continuación se pondrán los resultados así como su obtención.

4.2 BALANCE TERMICO DE LA CENTRAL TERMOELECTRICA POZA RICA

De los datos de carga al 100, 75 Y 50 ?& se toman los datos de presión inicial (pi), temperatura inicial (Ti) y presión final (pf), así como el diagrama térmico para la obtención del balance de masa y energía, corno la obtención de todos los estados, de la figura 4. l.

4.2.1 PRESIONES

Este cálculo se realizará al 100 9.ó de carga (las propiedades termodinámicas de los estados al 75 y 50 %, se pondrán en la unidad 6), entonces conociendo la pi y pf se conoce su temperatura de saturación de las dos presiones, con esto se conoce el ATopt para cada extracción que se hace de la planta de la ecuación 3. l.

295.92 - 52.68 5

.ATdpl = = 48.64"C

Ya que se. tiene el "TYt se prosigue a encontrar la5 temperaturas de saturación.

T, = 247.28 - 48.64 = 198.64"C

T, 198.64 - 48.64 = 150.00."C

Tj2 = 150.00 -- 48.64 101.36"C

Con las temperatura., de saturación se encontrara las presiones de saturación correspondientes.

p F i = 15.lllbar

pc = 4.758bcxr

CENTRAL TERMOELECTRICA P O W RICA 17.

Con la obtención de l a s presiones de saturación se tiene una propiedad termodinámica independiente de los estados correspondientes, y con otro parámetro que se calculará para dichos estados según sea el caso.

3.2.2 CALCULO DE LAS PROPIEDADES TERMODINÁMICAS DE LOS ESTADOS DE LA CENTRAL TERMQELECTRICA POZA RICA

* Estado 1

Como ya se mencionó se tiene la p i ? así como la Ti, donde Ti ;-Ts& por lo que esta en la zona de vapor sobrecalentado, usando tablas de vapor sobrecalentado, se obtienen las propiedades termodinámicas siguientes.

I; = 523.45"C

U, = 0.0429"- ,m

kg

Estado 2s

Se tienen dos propiedades termodinámicas independientes que son p2 = pA y sI = sZs, donde tenemos que sLS s2g, por lo que esta en la región de vapor sobrecalentado, usando tablas de vapor sobrecalentado, se obtienen las propiedades termodinimicas siguientes.

pzs = 37.980har

CENTRAL TERMOELECTRICA POZ4 RICA 84

Estado 2

El rendimiento de la turbina se supondrá del 80 ?6, y con la ecuación 3.9 se despeja la h , con la pz pA se tiene las dos propiedades termodinámicas independientes.

& 3454.68 - (0.80 * (3454.68 - 3213.09))= 3261.40 -- id kg

Se tiene que definir en que regih del diagrama T-S se encuentra dicho estado, como h2 h2g, esta se encuentra en la zona de sobrecalentamiento, de tablas de vapor sobrecalentado tenemos las siguientes propiedades termodinámica.s.

pz = 37.980har

T, == 4 1 X 26°C

U, = 0.0800---- m j

kg

w J2, = 3261.40"

kg

S, = 6.8629 w IgK

Estado 3s

Se tienen las dos propiedades termodinámicas independientes que son p3s = pB y s2 = s3s. donde se tiene que s3s 1; slg, el estado esta en la zona de vapor sobrecalentado, de tablas de vapor sobrecalentado las propiedades termodinámicas son las siguientes.

Tis = 286.42"C

CEYTRAL TERMOELECTRICA POZA RICA 35

w s3s = 6.8629-

kgK

Estado 3

El rendimiento de la turbina se supondrá del 80 Oho, y con la ecuación 3.9 se despeja la h3, con la p3 = pB se tiene las dos propiedades temodinámicas independientes.

w h j = 3261.40 -- (0.80 *(3261.40 - 3008.04))= 3058.71-

kg

Se tiene que la h3 > hjg por lo que esta en la región de vapor sobrecalentado, de tablas de vapor sobrecalentado tenemos las siguientes propiedades termodinámicas.

p3 -15.lllbar

T; = 309.03"C

w S , = 6.95 16

kgK

Estado 4s

Se tienen l a s dos propiedades termodinámicas independientes que son p4s = pc y s3 = sqS, donde se tiene que s4s 3 s4g, por lo tanta esta en la zona de vapor sobrecalentado, y de tablas de vapor sobrecalentado las propiedades termodinámicas faltantes, son las siguientes.

w kgK

S,, = 6.95 16

Estado 4

El rendirmento de la turbina se supondrá del 80 ?h, y con la ecuación 3.9 se despeja la h+ con la p4 = pc se tienen l a s dos propiedades termodinámicas independientes.

Se tiene que la he por lo que esta en la región de vapor sobrecalentado, de tablas de vapor sobrecalentado tenemos las siguientes propiedades termodinimicas.

k/T s4 = 7.0647"

kgK

Estado 5s

Se tienen las dos propiedades termodinámicas independientes que son pSs = pn y s4 = s5s3 donde tenemos que ss8 sSg, por 10 que esta en la zona de vapor húmedo, entonces se busca la calidad del vapor para posteriormente utilizarla para determinar las demás propiedades termodinámicas faltantes.

7.0667 - 1.3222 7.3391 - 1.3222

x=- = 0.9574

como x 1 es vapor húmedo, por lo que se utilizara las ecuaciones 3.7 y 3.8 para encontrar el volumen específico y la entalpia:

3

U!- =1.0447*1O"+(O.9547u~l.599(1---1.O447*1O~3))=1.5266--- m k

Y

hG- = 424.80+ (0.9547 *(2678.14 - 424.80))= 2576.06" M 2 ..

kg

Las propiedades termodinámicas correspondientes son:

PC,- = 1.063bor

T515s = 101.36"C

Estado 5

El rendimiento de la turbina se supondrá del 80 *h, y con la ecuaci6n 3.9 se despeja la h,, con la ps = pD st: tiene las dos propiedades termodinámicas independientes.

kf h5 = 2848.19 - (0.80 *(2848.19- 2576.06))= 2630.48- kg

Como h 5 cc h,, se tiene que es vapor húmedo, se busca la calidad del vapor esta es:

2630.48 -- 424.80 2678.14 -- 424.80

x = = 0.9788

como x 1 es vapor húmedo, por lo que se utilizara las ecuaciones 3.11 y 3.12 para encontrar el volumen específico y la entalpía:

Y

H S, = 1.3222 + (0.9788 * (7.3391 - 1.3222)!= 7.21 15-

kgK

Las propiedades termodinámicas obtenidas son:

P5 = 1.063har

= 101.36”C

IkJ A, = 2630.48- k !

Estado 6s

Se tienen las dos propiedades termodinámicas independientes que son p6s = pf y s5 = donde ~6 ~ 6 ~ , estando en la zona de vapor húmedo, entonces se busca la calidad del vapor para posteriormente utilizarla para determinar las propiedades termodinámicas faltantes.

7.2115- 0.7380 8.0316 - 0.7380

“y= = 0.8875

como x <:’ 1 es vapor húmedo, por lo que se utilizara las acuaciones 3.7 y 3.8 para encontrar e1 volumen específico como la entalpía:

Y

CENTRiL TERMOELECTRICA POlA RICA 49

w h,, = 220.46 + (0.8875 * (2596.91 - 220.46))= 2329.55- _,

Las propiedades termodinámicas correspondientes son:

Tbo5 = 52.68"C

m' u,, = 9.4454 " kg

xr/ = 2329.55-

kg

Estado 6

El rendimiento de la turbina se supondrá del 80 %., y con la ecuación 3.9 se despeja la &?

con la p6 := pf se tienen l a s dos propiedades termodinámicas independientes.

h, 2630.48 - (0.80* (2630.48 - 2329.55/)= 2389.73- k.3

Iri:

Como > &&, esta se localiza en la zona de vapor húmedo, se busca la cahdad del vapor teniendo que esta es:

2389.773 - 220.46 2596.91 -- 220.46

X = -___ = 0.9128

como x 1 es vapor húmedo, por lo que se utilizara las ecuaciones 3.11 y 3.12 para encontrar el volumen específico y la entalpía:

Y

kJ kgK

S, = 0.7380 + (0.91 28 * (8.0316 - 0.7380))= 7.3955

C1ENTR4L TERRIIOELECTRIC.4 P O W RICA 50

Las propiedades termocfinimicas obtenida5 son:

p6 = o. 1406ar

T, = 52.68"C

m' U, = 9.7146-

kg

M h 5 = 2389.3"-

x;/ S, = 7.3955 -

kgK

Estado 7

Una vez que sale del condensador el liquido-vapor este sale como líquido saturado entonces de tablas de agua (líquido-vapor), se tiene l a s siguientes propiedades termodinámicas.

T, = 52.68"C

la, = 220.46"- kg

w S: = 0.7380

kgK

Estado 8s

Es un proceso isoentrópico por lo que s7 = sgS pero como no hay suficientes datos de líquido subenfriado, se utilizara la ecuacicin 3.13, para encontrar la hXs.

hs = 220.46+[(1.0133*10~3)*(15.111-0.140)*102]= 221.97- kd x-9

CENTRAL TER3iOELECTRICA POZA RICA 51

las propiedades termodinámicas que faltan se interpolan en tablas de líquido subenfriado, teniendo las siguientes propiedades termodinhkas.

qr = 52.73"C

Estado X

Se tiene una eficiencia en las bombas del 80 YO, y con la ecuación 3.14 se encontrará otra propiedad termodinámica que es hs.

con pg y hg se tienen l a s dos propiedades termodinámicas independientes, con esto se interpolar en tablas de líquido subenfi-iad.0, teniendo las siguientes propiedades termodinámicas.

p. -15.11Lbur

kJ h, 222.931"

CENTRAL TERMOELECTRICA P07A RICA 52

Estado 17

En este estado se conoce la p17 = p~ y TIT = TD, de saturación de ambas, y como se encuentra en la linea de liquido saturado, se toman los datos de tablas de agua (liquido-vapor), teniendo l a s siguientes propiedades termodinámicas.

p, = 1.063Sar

m' U,, 1.0447B-3-

kg

kJ S, , = 1.3222""

kgK

Estado 19

L a ~ 1 9 = pc que es la de saturación, y esta se encuentra en la línea de líquido saturado por lo que las propiedades termodinámicas que se obtienen son l a s siguientes.

k/ = 1.8416-"-

icgK

Estado 20

Del estado 19 al 20 hay un proceso isoentálpico con hz0 = hI9 con la pzo = pD y TZ0 = TD de saturacih se tienen 3 propiedades termodinámicas independientes, solo se ocuparán dos que pueden ser la entdpía y la presión o la entalpia y la temperatura, con la ecuacibn 3.10 se

CENTRAL TERRIOE1:ECTRJCA POW RICA 53

encontrará la calidad que posteriormente se utilizará para determinar l a s propiedades termodinámicas faltantes.

632.1. S - 424.80 2678. I 4 - 424.80

x -___- = 0.0920

Aplicando las ecuaciones 3.11 y 3.12 se obtienen los valores del volumen específico. como de la entropía.

3

u10 = 1.0447*10-03 + (0.09211*(1.5990-1.0447*10~03~)= 0 . 1 4 8 0 c kg

Y

s~~ = 1.3222 i (0.0920 * (7.3391 - 1.3222)) = 1.8757- w

kgK

Las propiedades termodinámicas obtenidas son l a s siguientes.

pzo 1.0633~~

T,, = 101.36"C

w sZci 1.8757 --

XgK

Estado 21

Con h pA = p z l que es la de saturación, y se localiza en la linea de líquido saturado, propiedades termodinámicas obtenidas son las siguientes.

pzl = 3 7 . 9 8 0 6 ~ ~

las

T,, = 247.28"C

CENTRAL TERMOELECTRICA POZA RICA 5 /$

r n 3 U,, = 1.2450 * I O" ~

kg

w 1072.58-

kg

Estado 22

Del estado 21 al 22 hay un proceso isoentdpico con h,, = h2, con la pB = b2 y TB = Tz2 de saturación se tienen 3 propiedades termodinámicas independientes, pero solo se ocuparan dos que pueden ser la entalpía y la presión o la entalpia y la temperatura, con la ecuación 10 de la unidad 3 se encontrará la calidad que posteriormente se utilizar5 para deterninar l a s propiedades termodinámicas fdtantes.

de las ecuaciones 3.11 y 3.12 los valores del volumen específico y de la entalpía son:

[I.,? " = l . 1543 * 10"03 + (O. 1164 * (0.1307 - 3

1.1543*10-"))- 0 .0162-E- kg

Y

kJ kgK

sz2 2.7973-

Estado 12

La pB = pI2 que es la de saturación, y esta se localiza en la línea de líquido saturado por lo que l a s propiedades termodinimicas obtenidas son las siguientes.

p12 = I 5.1 1 Ihar

198.64'C

w s , ~ = 2.3178- - - -

kgK

Estado 13s

Es un proceso isoentrópico por lo que slZ = ~ 1 3 ~ pero como no hay suficientes datos de líquido subenfriado, se utilizará la ecuación 3.13 para obtener h13s.

h3s = 846.34+[(1.1543*10-3)*í80.991-15.111~*1U2]= 853.84-- kl kg

Una vez conocida la h13s, S; con la ~ 1 3 ~ , se interpolara en tablas de liquido subenfriado, para encontrar l a s propiedades termodinámicas faltantes.

p,:: = 80.991bw

qlis = 199.76"C

CENTRAL TERMOELECTRICA P07A RIGA 56

Estado 13

Se tiene una eficiencia en las bombas del 80 %., y con la ecuacion 3.14 se encontrará una propiedad termodinjsnica que es hI3 y conociendo la presión se tienen las dos propiedades termodinámicas independientes que se requieren para encontrar las propiedades termodinhicas faltantes.

Con p13 y hI3 se tienen las dos propiedades termodinámicas independientes, quc nos servirán para interpolar en tablas de líquido subenfriado, las propiedades termodinámicas son las siguientes.

p,? = 80.991bar

w h , 3 = 855.74."-

Estado 10

Como se conoce ia plo y ss c: s5g en el estado 5, y con un DTT que es positivo, y utilinndo 3 "C de diferencia, la Tlo es la siguiente:

T o T 101.36 - 3.00 E 98.36"C

Conociendo ya las dos propiedades termodinámicas independientes, se utilizarán las tablas de líquido subenfriado. para obtener las propiedades termodinámicas faltantes.

plo = 15.1 llhar


I;, = 98.36"C

u = 413.21--

kg

o Estado 11

Como se conoce la pI1 y s4 ; s4g en el estado 4, y con un DTT que es negativo, y utdizando 3 "C de diferencia, entonces la TI1 es la siguiente:

q, = 150.00 - 1:- 3.00) = 153.00"C

Conociendo ya l a s dos propiedades termodinámicas independientes, se utilizarán las tablas de líquido subenfiiado, para obtener las propiedades termodinámicas faltantes.

p , , = 15.1 1 lbar

T,, - 153.00"C

U,, = 1 .O934 * m 3

ks

Estado 14

Como se conoce la pi4 y s2 > sZg en el estado 2. y con un DTT que es negativo, y utilizando 3 "C de diferencia, entonces la TI4 es la siguiente:

q4 -= 247.28 - (- 3.00) = 250.28"C

Conociendo ya las dos propiedades termodinámicas independientes, se utilizarán las tablas de liquido subenfriado, para obtener las propiedades termodinámicas faltantes.

= 250.28"C

w s14 = 2.7862-

kgK

Estado 9

Teniendo un aumento de temperatura con mayor al estado 8 de 3 "C, y una vez conocida la temperatura, se tienen las dos propiedades termodinámicas independientes, que son Ty y ps, de tablas de líquido subenfriado las propiedades termodinámicas son las siguientes.

T, = 55.93"C

w S, 0.7788""-

kgK

Estado 15

De la ecuación 3.20 se despeja hI5, y teniendo que sale del E.D. como líquido saturado, l a s propiedades termodinámicas son las siguientes.

p ; = O. 584htzr


= 85.29"C

t )15 = 1.0327*10- -- 3 m 3

kg

w h,, = 357.1:3-- kg

Id kgK

S,, 1.1376"-

o Estado 16

Del estado 15 a 16 hay un proceso isoentálpico con hls = h16, p16 = p7 y TI, = T, de saturación se tienen 3 propiedades termodinámicas independientes, pero solo se ocuparan dos de ellas que pueden ser la entalpía y la presión o la entalpía y la temperatura, con la ecuación 3.10, se encontrarri la calidad que posteriormente se utilizará para obtener las propiedades faltantes.

357.13 - 220.46

2596.91. - 220.46 X = = 0.0575

de las ecuaciones 3.11 y 3.12 los valores del volumen específico, y de la entalpía son:

tul6 =1.0133*10-3 +(0.0575*(10.6426-1.0133*10"))= 0.6130"- m3 kg

Y

s16 = 0.7380+ (0.0575 *(8.0316- 0.7380))= 1.1574- w

kgK

las propiedades termodinámicas son las siguientes.

pi6 = O. 140bar

X 6 = 52.68"lC


Estado 18

Del estado I7 al 18 hay un proceso isoentálpico con h17 = hlR, pls - - pl8 y TI5 = T18 de saluración se tienen 3 propiedades termodinámicas independientes pero solo se ocuparan dos de ellas que pueden ser la entalpía y la presión o la entalpía y la temperatura, con la ecuación 3.30 se encontrará la calidad que posterionnente se utiliza para obtener las propiedades faltantes.

424.80 357.13 2652.49 - 357.13

I" --___I_ = 0 0394 . Y

de las ecuaciones 3.1 1 y 3.12 los valores del volurnen especifico, y de la entalpía son:

las propiedades temodinámicas son las siguientes.

pla O. 584hur

= 85.29"C

w s~~ = 1.3263""-

kgK


Este es el procedimiento del cálculo de las propiedades de los estados de la central termoeléctrica Poza Rica, como la obtención del diagrama T-s de la central termoelictrica Poza Rica, figura 4.2.

42.3 CALCULO DEL FLUJO DE VAF'OR

Una vez obtenida las propiedades tennodinámicas de los estados y. con las ecuaciones 3.16,

3.17, 3.18 y 3.19, que se considero para un flujo de 1 '%í , se prosigue a calculará el flujo

que se hace en cada una de las extracción, teniendo que el flujo que sale del generador de

vapor es de 43.6280306 .

/

/ S

kg,,,:' i' S

&te es la metodología que se utiliza para el cálculo de las propiedades termodinámicas, así como el c~lculo del flujo, en cada G X ~ I X G C ~ Ó ~ .

62

/

E

/

4 d

E

1 - \ r-

T-

t-

\ O h

O O O

00

(D

-e

cv

O

"

1

S C'ALCXTLO DEL CTU EN CONDICIONES RE,ALES DE T A CENTRAL TERMOELECTRICA POZA RICA

El cálculo del CTU (,consumo télmico unitario) de la central termoeléctrica Poza Rica, se realiza A 100, 75 y 50 ?,6 (ver anexo 2) de carga, con datos obtenidos de CFE, de los balances tirmicos figura 5. l . de los reportes de pruebas de consumo tirmico (anexo 2), se obtienen todos los valores en cada carga de prueba, los datos que se uttlizan para el cálculo del CT17 están en las tablas 5.1 5.2 y 5.3. El CTU se expresa como el gasto de la sustancia de trabajo (vapor) en relación con cada kilowatl de potencia eléctrica generada. En la práctica resulta de mucha importancia conocer la rapidez con que circula el fluido durante el ciclo, puesto que de ella depende el costo de construcción de cada pieza de equipo. El cálculo del CTU se da con la ecuación 5.1 con la cual se cklcula a las cargas de 100, 75 y 50 06 de la central termoelectrica Poza Rica en condiciones reales de su funcionamiento.

Donde el si&kado de cada subíndice se muestran en las tablas 5.1, 5.2 y 5 3 .

Otro método que se puede utilizar para el cálculo del CTIJ es conociendo la eficiencia de la central termoeléctrica.

donde :

q = es le eficiencia térmica de la central

Esta ecuación es solo valida para el sistema internacional, donde l a s unidades del CTU son (kJ / kW h).

Un método más es conociendo el flujo, como el poder calorífico del combustible y fa potencia de la planta. una vez que se le a quitado la potencia de los equipos a d a r e s de esta se tiene que el CTU:

donde:

64

I I

J I

I" t

m c = Flujo del combustible en kg,;/’ / h

PC, -= Poder calorífico del combustible en kl/ ,./kg

P = Potencia de la planta en (ktw)

Estos son tres métodos diferentes para el C~ICUIO del CTU de la central termoeléctrica Poza Rica. Con las ecuaciones 5.2 y 5.3 se puede cálcular del tipo convencional o del tipo de ciclo combinado etc.

La eficiencia tCrmica de las plantas de tipo convencional como es el caso de la central termoeléctrica Poza Rica no son muy altas, ya que tiene muchas perdidas. principalmente en la turbina de vapor. De la ecuación 5.2 se despeja la eficiencia y con el cálculo del CTU de la central se puede conocer la eficiencia de la planta, ver la tabla 5.4 para las cargas correspondientes en las condiciones originales.

Esta ecuación es solo valida para el sistema internacional, donde las unidades del CTU son (kJ kW h).

5.2 CA4LCUL0 DEL FLUJO DE COMBUSTIBLE

L a potencia calorífica del combustible es la energía liberada por unidad de peso del mismo, por lo que de la ecuaci6n 5.3 se despeja el flujo de combustible, una vez que se conoce el CTU, el poder calorífico del combustible y la potencia de la central (quitando la potencia de los auxiliares de la central), se tiene que el flujo de combustible con que circula en los quemadores del generador de vapor es:

Teniendo que el flujo que se obtiene es con el que opera actualmente la central termoeléctrica Poza Rica.

5.3 DATOS Y RESULTADOS DE LA CENTAL TERMOELECTRIC‘A POZ RICA EN CONDICIONES RE4LES

Con los métodos descritos en las secciones 5. l., 5.2 y 5.3 así como con los datos de las tablas 5.1. 5.2, 5.3 y con el diagrama térmico de la central termoeléctrica de Poza Rica figura 5.1,


se obtienen el CTU para l a s cargas de 200, 75 y 50 %, y conociendo el poder calorífico mferior, se obtiene el flujo del combustible que le es suministrado a los quemadores en cl generador de vapor, para el calentamiento del agua.

Los resultados que se obtienen se colocaran en la tabla 5.4.

fll m ' 157060.91 825,14

1400 751.43

1 61 1 Agua de alimentación ent.

f m l l 1 158460.91 1 hBAl 1 153.78 ~ 60 j Agua de alimentación sal. m SA2 158460.91 hBA2

" __________ "____ -I_- __

' 40 1 Agua de repuesto' i m m 1 9493 1 h.m 1 , 26.81 I

112 1 Vapor al calentador tanque día3 1 mcll .. ~~~ "" -__-. 4~ "" ~ "" ~.

i.

13.53 1 hcrl 1 657.8

"_ ~~ ~ 1 - -~ 13.53 ~" - hm 1 109.83 calentador tanque día

412.43 1 -

calentador combustible3 j mcc, heel 1 690.79

____

9047.57 747.96 ~ ""

Tabla 5.1 Condiciones de carga 100°/~ reales

apor de atomización

a de alimentación ent.

1 7 1 1 Condensado entrada I M i ' l 1 1 96058.74 I kl 1 48.11


70 1 Condensado saltda

40 I '4gua de repuesto'

1 12 1 Vapor al calentador tanque día3 34.84 658.29 ". ____-___-

127 1 Dren del calentador tanque día

1 1 3 T a p o r al calentador combustible3 __ "_ __ .

128 ¡ ren del calentador combustible I ~ irlLT7=2 1 66.3 I 7 1 ' 04.75 _I_ "I__"_

Tabla 5.2 Condiciones de carga 75 O/O reales

ensado entrada

Tabla 5.3 Condiciones de carga 50 O/O reales


NOTA

1.- Para el cálculo del CTU se utilizó la potencia total, ya que no se tienen los datos de potencia de los equipos auxiliares

2.- P. V.^ , es el flujo de agua de repuesto necesaria para compensar l a s variaciones de nivel en el deareador.

?.- (bel - hrri). es laenergía aprovechadaparael calentamiento del combustible.

4.- m ~ p , es la cantidad de vapor generado por la caldera

Tabla 5.4 Resultados obtenidos de la central termoeléctrica Poza Rica en operación

Nota 1.- S e tomó la potencia a la d i d a de la hrbina 2.- EL. poder calorífico que se toma del combustible es el inferior

5.4 RESULTADOS OBTENIDOS DE LAS MODIFICACIONES QUE SE LE HACEN A I,A CENTRAL ‘TERMOELECTRICA POZA RICA EN OPERACION

Una vez descrito el procedimiento con el que se obtienen las propiedades termodinámicas de cada estado de la central termoeléctrica Poza Rica en la unidad 3, se procederá a encontrar el CTU, eficiencia: flujo del combustible y la potencia de la planta, ya que el poder calorífico inferior que se utilizará es el mismo! los resultados se pondrán en la tabla 5.5, y los valores de cada estado se muestran la unidad 6, a las cargas de 100, 75 y 50 46 de carga.

Primeramente se cállcula la eficiencia tkrmica de la central de la figura 5.2, para posteriormente cálcular del CTU por medio de la ecuación 5.2, potencia y flujo del combustible.

Tabla 5.5 Resultados obtenidos del balance térmico modificado de la central termoelkctrica Poza Rica

Estos son los resultados que se obtienen de las rnodifrcaciones que se hacen a la central termoeléctrica Poza Rica.

69

,-,

3

A Y I

6 ANALISIS DE RESULTADOS

Los resultados que se obtienen con respecto al diagrama del balance térmico real y al modificado es el incremento en la eficiencia térmica en l a s Uerentes cargas, con respecto a la modificacion al diagrama del balance térmico. este aumenta en la eficiencia térmica se van dando de la siguiente forma, a cargas mayores menor eficiencia t2rrnica y a cargas menores mayor eficiencia térmica.

Esto con respecto a otras centrales termoeléctricas y aun en la misma central termoelictrica Poza Rica esto no beneficia en la operacih de estas, ya que la operación de las centrales termoeléctticas están diseñadas para que operen la mayor parte del año a carga máxima. Esto repercute en el CTC, ya que l a s cargas menores st: ven beneficiado con lo que respecta en el C,TU.

La potencia que se obtiene en condiciones reales es mayor, con respecto a la modificación que se hace al diagrama del balance térmico, esta dserencia es del 2.56 96, que es aproximadamente de un hlJV de potencia esto es con respecto a carga del 100 0;s en lo que respecta al 75 y 50 O/O de carga, en la primera es mavor la real del 0.94 ?/o y en la segunda es mayor la modificada por 7.65 Ob, con lo que tamhiin en esto se beneficia a las cargas menores.

Con respecto al flujo de combustible se ve benefciado ya que se tiene un consumo menor, siendo que al beneficiarse el CTU, &e a su vez beneficia el consumo de combustible (ecuación 5.5) , ya que el consumo de combustible sólo depende de la potencia y del CTU, siendo que el poder calorífico inferior es constante, y aunque tenemos una potencia menor que la real, tan solo por el CTU se obtendría un consumo de combustible menor.


Carga al 100 O/O con una eficiencia de turbina y bombas de 80 O/O

0.140 1 52.68 I 2389.73 1 7.3955 1 0.9128 1 0.130 j 52.68 1 1.0133*10-3 - - 220.46 0.7380 9.7146

"" - ""

15.111 153.00 ;- "" 2 L." 3178

p s 1 80.991 I 199.76 I l.l494*1O" 1 853.84 1 2.3178 I 1 1 13 ¡ 80.991 1 200.14 1 1.1500*10.3 1 855.74 2.3218

~ + ,

- 20 1 1.063 101.36 1 0.1480 21 1 37.980 247.28 I 1.2450*10"

!imcid==?==- 22 I =____ 1 5 . 1 1 1 2 198.64 0.0162 ______ . . ";.;--;=3L=-"LF.~=~l""

Tabla 6.1 Datos al 100 O/O de carga de la C.T. Poza Rica tomando la presión inicial y la temperatura inicial y final

Vapor principal a la salida de la caldera 43.4280306 'g/' . " S

kg ' kg , kg k3 ml = 4.5717814- ~ m2 = 2.8161894" , 1113 =: 4.0975446"- y m4 = 2.538279"" S S S S


Carga al 75 ?/o con una eficiencia de turbina y bombas de 80 O/O

1 1 ! 80.315 1 528.79 ! 0.0434 I 3468.33 1 6.8128 ¡ B

1 3s j 15.035 j 290.95 0.1661 ! 3018.53 1 6.8838 1

' 0.112 48 11 11.6628 1 3312.19 1 7.2504 1 0.8841 1 ? 1 0.1 12 1 48.11 12.0317 7 2378.97 I 7.4582 1 GK] __- r"7""r""6_ilT

1 48.11 -1¡%¡6'-T>" 0.6789

1

h 0 1 5 , 0 ? ~ 9 ~ 0 4 1 8 * 1 0 ~ -___.__ 414.05 4 I 1 1 1s.035 i 152.98 i 1.0934*105 I 645.63 1.8707 I f

9 j 15.035 ! 51.25 j l.Ol2O*lO" 1 215.76

80.315 1 "-----t----- 15.035 198.10 1.1510*10.'3 1 845.16 1 2.3155 i 199.46 1.1491.*10" I 852.69 1 2 . 3 1 5 5 " t - 7

1 18 1 0.588 I 85.16 j 0.0833 425.64

¡ 1.3287;_0.0295 1 1 20 i 1.071 " 1 _ 1 0 = 6 7 0 3 1 4 6 " I 632.06 1 1.8753 0.0916 4 19 1 4.757

""

149.98 1 1 . 0 9 0 7 * 1 O ~ ~ 632.06 1.8414 I"" -___

Tabla 6.2 Datos al 75 O/o de carga de la C.T. Poza Rica tomando la presibn inicial y la tempemtura inicial y final

Vapor principal a la salida de la caldera 32.6270833 kg,/'' / S

m1 = 3.2734753----, m1 = 2.11191.11--- ~ m3 = 2.79973"" y m4 = 22.2056666"- kg kg kg kg

S S S S

73

Carga al SO O/O con una eficiencia de turbina y bombas de 80 O/O

Tabla 6.3 Datos al 50 O/o de carga de la C.T. Poza Rica tomando la presión inicial y la temperatura inicial y final

Vapor principal a la salida de la caldera 22.710O88Skg,;'.


7 CONCLUSION

Es importante conocer las partes de una central termoeléctrica, por si éSta requiere de alguna modrficacih en el equipo, para incrementar su eficiencia tthnica, teniendo en cuenta que la tecnología avanza a una gran velocidad, así como el uso de la energía eléctrica. Esto hace que se construyan mas centrales eléctricas (según el sito donde se va a instalar, se tendrá que hacer un estudio previo para ver que equipo y tipo de central se acomodan a las necesidades del lugar para su construccibn).

Con las condiciones reales de la central termoeléctrica Poza Rica, es mayor la eficiencia tirmica a carga misima (100 o/ó), esta eficiencia va disminuyendo conforme disminuye la carga con la que se opera. esto sz debe a q.ue las centrales generadoras de electricidad están diseñadas para trabajar 3 la c.arga máxima teniendo una eficiencia mayor, que a cargas pequeñas. El tiempo con el que se trabaja a la carga máxima de las centrales generadoras de electricidad durante el año, es dependiendo de la demanda de electricidad (esto es por lo general la mayor parte del año).

Una mayor eficiencia beneficia al CTU, esto nos sirve para comparar el costo del equipo de las centrales generadoras de electricidad, entre mayor es la eficiencia, se tiene un menor CTU, con un costo menor del equipo.

L a eficiencia térmica de la central termoeléctrica Poza Rica es mayor que la real debido a las modificaciones que se hacen al diagrama tirrnico con respecto al real? esto benefician a las cargas menores, ya que sus eficiencias térmicas que se obtienen son mayores que a cargas mayores. Esto se debe a la línea de estraccibn que se quita de la línea principal (esta lleva vapor sobrecalentado), este vapor se utilizaba para el calentador aire vapor (CAV), vapor para servicios auxiliares y vapor para calentar el combustbleo, la extracción quz se hace de la línea principal es para que el vapor mantenga al aire como al combustible a temperaturas que se nec.esiten a la entrada del generador de vapor, esto beneficia a las cargas mayores en s u diciencia t&nica? ya que las extracciones que se hacen son proporcionalmente, para mantener la temperatura del combustible a una temperatura cte. ala entrada del generador de vapor.

" CENTRAL TERMOELECTRlCA POZA RICA I3

8 REFERENCIAS

W.N. Severns, H.E. Degler, J.C. Miles Energía mediante vapor, aire o gas, 1991 Editorial Reverté. S.A.

M . J,Moran. H.N. Shapiro Fundamentos de termodinámica técnica, 1994 Editorial Reverté, S.A.

Moring Virgil Faires Termodinámica, 1982 Editorial Unión Tipográfica

Francisco Oliver González Rubio Termodinámica, 1987 Editorial Limusa

Ksnnet Wark Jr Termodinimica, 1996 Editorial h$c Graw-Hill

Comisi6n Federal de Electricidad Manual de operacibn (Torno I), 1992 Editado por el Instituto de Investigaciones Eléctricas

Jacobson, Reed Excel, Visual Basic para aplicaciones. 1994 Editorial hlc Graw-Hill


En los reportes de pruebas de consumo termico si-guientes, se tienen todos los valores

101 1 4 6 8 11 12 13 14 21

23 24 108 1 09 111 112 113 3 o

3EI) 31 32 35 10 41 42 44 51 60 61 64 68 70 71 85 X6 120 122 126 127 128

33 LA

Parámetro

Vapor salida caldera Vapor principal Primer paso Escape turbina baja presión Vapor a condensador sellos Salida extracción al calent. 1 Salida extracción al calent. 2 Salida extracción al deareador Salida extracción al calent. 4 Llegada extracción al calent. 1 Llegada extracción al calent. 2 Llegada extracción al deareador Llegada extracción al calent. 4 Vapor auxiliar Vapor de atomización Vapor al calent. aire/vapor Vapor al calent. tanque día Vapor al calent. de combustible Llegada condensado a deareador Dren enfriador drenes al cond. Dren del cal. No 1 r t l cond. Dren del cal. No 2 al cal. No 1 Dren del cal. No 4 al cal. No S Agua de repuesto a cond. ,4gua safida calentador No 1 Agua salida calentador No 2 Agua salida calentador No 4 Agua entrada calentador No 1 Descarga bomba agua alim. Succión bomba agua de dim. Fugas bombas agua alim. Variación nivel deareador Descarga bomba de condensado Succión bomba de condensado Agua circulación fria .Agua circulacih caliente Salida -4- A. a1 economizrldor Agua atemperacion al sobrt;. Dren a1 del c‘.alt?nt. aire.’vapor Dren al del calent. tanque dia Dren al del calent. de combustible

P T h (Kgdcm’) PC) (kcal/kg)

82. S6 68.5 1 o. 12 0.00 O. 5 5 2.37 5.63 13.05 o. 33 2.00 4.87 12.60 11.57

8.54 11.57 11.57

131.14 5.77

11.83

523.45

49.39 0.00 85.22 142.72 210.26 299.61. 85.22 142.72 210.26 299.61 230.23

335.68 175.59 230.23 112.48 54.03 78.40 117.63 168.27 26.78 77.36 112.22 180.36 55.15 154.81 152.64

52.58 52.68 33.12 42.54 180.36

165.89 109.36 107.49

825.14

569.08 796.45 606.44 656.99 686.60 727.04 606.34 656.99 687.46 727.32 690.79

747.96 657.80 690.79 112.72 54.02 78.51 117.94 1 70.02 26.8 1 77.36 112.40 182.71 55.15 157.81 153.78

52.81 52.68

182.7 1

167.56 109.74 107.83

Fhjo

157060.91 (k 1 h)

146213.75

1 16029.40 1343.62 3260.97 8112.69 9075.02 7078.41 4604.60 8112.69 9075.02 7078.41 425.96 1400.00 9047.57

13. S3 412.43

123766.90 1217.29 1217.29 8 112.69 7078.41

0.00 1.23766.90 123766.90 1 5 8460.9 1 123766.90 158460.91 158460.91.

o. 00 9493.00

123766.90 123766.90

158460.91 19900.00 9047.57

13.33 412.45


0FICIIV.A DE PRT_!ERAS DE ACE:PTACION Y EVALtTACION

PRUEBA KELALIZ;IDA EL 92 KOV O9 X LA P(LYPEXNC1A DE 38.341 1\IW

G E ~ I Z A D O K ELECTKICO Pérdidas por generación kW 766.82 Potencia media k W 38341.00 Potencia total kw- 39107.82 Eficiencia generador eléctrico 043 98.00 Factor de potencia o,ó 99.90 Presih de hidrcigeno man. kgficm* 1.30

CONDENSADOR Carga tirmica extraída kcaYh 66716.7O*1OAo3 Pérdidas calor escape TRP kc allh 9.75 Calidad del vapor O/o 91.26 Entálpia vapor en cond. kcak'h 578.82 Flujo agua de circulación m3:s 1.85 Flujo agua de circulación k g h 6624834.50 Escape turbina de baja presión kg$cm2 0. 12200

P('TENCIA EN TXXBINA Pot. de znt. turbina a ext. 3 Pot. de ent. 4 a ext. 3 Pot. de ent. 3 ;I ext. 2 Pot. de ent. 2 a ext. 3 Pot. ent. turbina a escape

CALENTADORES Calentador No.

1 2 4

Calentador No.

1

3 I '7

DTT ("C) Prueba 0.41 7.33 8.92

G. subeto Prueba -0.62 1.91 21.01

83.65

807.42 1461.95 1586.25 829.26 34547.72

Aproximación al &to Diseño Prueba 5.55 23.25 5.55 $0.27 5.55 13.43

Rango TS Prueba Prueba 22.22 77.78 34.86 119.55 25.55 189.28

2455.56 Prueba 1 46243.75

DATOS OBTENIDOS DE LA COMISION FEDERAL DE ELECTRICIIMD


En los reportes de pruebas de consumo térmico siguientes, se tienen todos los valores obtenidos en cada carga de prueba al 75*&

101 1 4 6 8 11 12 13 11 21 22 23 21 1 O8 109 111 112 113 30

3ED 31 32 34 40 41 42 44 51 60 61 64 68 70 71 85 86 120 122 126 127 128

Parámetro

Vapor salida caldera Vapor principal Primer paso Escape turbina baja presión Vapor a condensador sellos Salida extracción al calent. 1 Salida estraccicin al calent. 2 Salida extracción al deareador Salida extracción al calent. 4 Llegada extracción al calent. 1 Llegada extracción al calent. 2 Llegada extracción al deareaclor Llegada estraccicin al calent. 4 Vapor auxiliar Vapor de atomización Vapor al calent. aire/vapor Vapor al calent. tanque día Vapor al calent. de combustible Llegada condensado a deareador Dren enfriador drenes al cond. Dren del cal. Xo 1 a l cond. Dren del cal. No 2 al cal. KO 1 Dren del cal. No 1 al cal. N o 3 Agua de repuesto a cond. -4gua salida calentador No 1 Agua salida Calentador KO 2 Agua salida calentador N o 4 Agua entrada calentador No 1 Descarga bomba agua alim. Succión bomba agua de alim. Fugas bombas agua alim. Variación nivel deareador Descarga bomba de condensado Succión bomba de condensado Agua circulación fria Agua circulación caliente Salida A . -4. al cconomizador Agua atetnperación al sobre. Dren al del calent. airehqor Dren al del calent. tanque día Ilren al del calent. de combustible

P {.Kgf/crn2)

81.87 49.78 o. 10 0.00 o. 43 1.84 4.28 9.69 0.33 1.50 3.68 9.27 11.56

B. 13 11.56 11.56

134.69 4.62

13.75

T !“C)

528.79

44.98 0.00 87.51 137.73 202.24 287.67 87.51 137.73 202.24 287.67 2.98. 82

447.24 176.30 298.82 107.25 49.09 72.53 110.28 137.74 25.92 72.12 106.98 169.38 50.67 145.18 142.91

48.03 48.11 32.16 30.45 109.38

171.35 84.47 104.47

h (kcal/kg)

828.40

571.73 781.94 606.53 655.59 684.07 722.98 406.53 655.39 684.79 723.26 727.55

804.02 658.29 729.5 5 107.45 49.09 72.53 110.50 137.06 25.96 72.12 107.17 171.17 50.68 148.02 143.76

38.31 48.11

171.17

176.11 84.69 104.75

Flujo

117457.5 1084088.45

86578.93 1139.52 19%. 13 6225.99 5870.84 4859.52 3413.65 6225.99 5870.84 4859.52 301.14 1 001~.00 7288.40

34.84 266.30

96058.74 9639.64 9639.64 6225.99 4839.52

0. O0 96058.74 96058.73 11 8457.50 96058.74 11 8457.50

0. o0 4380.00 96058.74 96058.74

!M / h)

118457.50

118457.50 9130.00 7288.30 34.84 266.30

DATOS OBTENIDOS DE LA COMISION FEDERAL DE ELECTRICIDAD


OFICINA DE PRUEBAS DE ACEPTACION Y EVALUACION

PRLEBA REALIZADA EL 92 NOV O9 A LA POTENCIA DE 28.897 MW

GENERADOR ELECTRIC0 Pérdidas por generación Potencia media Potencia total Eficiencia generador eléctrico Factor de potencia Presión de hidrógeno man.

COIUTDENSADOR Carga térmica extraída Perdida calor escape TBP Calidad del vapor Entilpia vapor en cond. Flujo agua de circulación Flujo agua de circulación Escape turbina C ~ G baja presi6n

EFICXENCIA ISOENTRUPICA DE TURBINA Total de turbina isoentrópica 06

POTENCIA EN 'I'LRBINA Pot. de ent. turbina a ext. 4 Pot. de ent. 4 a ext. 3 Pot. de ent. 3 a ext. 2 Pot. de ent. 2 a ext. 1 Pot. ent. turbina a escape

CALENTADORES Calentador No.

1 2 4

Calentador No.

1 2 4

DTT ("C) Prueba -0.82 3.70 6.40

G. subeto Prueba

0.40 18.04

-1.23

CONSCTnlO TER\IZCO DE PRLW3A kcallkWh Flujos ks'h Diseño I 1 vapor principal 104080.66

kW kW kW kU' kW

577.91 28897.00 29474.94 98.00 99.90

1.32

499973.14* 1 0'03 10.49 92.09 582.22 1.82 6502217.00 0.09760

81.68

595.69 985.27 1251.10 504.15 25840.01

L4proximación al enfto Diseño Prueba 5.55 21.86 5.55 38.16 5.55 12.56

Rango ?'S Prueba Prueba 21.45 71.30 34.86 S 10.68 24.20 175.70

2479.89 Prueba 108408.45


CENTRAL TERMOELECTRICA POZA RICA a l

En los reportes de pruebas de consumo térmico !siguientes, se tienen todos los valores obtenidos en cada carga de prueba al 50 0.6.

101 1 4 6 8 11 12 13 14 21 22 23 24 108 109 111 112 113 30

3ED 31 32 34 40 31 42 44 51 60 61 64 68 70 72 85 86 120 122 126 127 I28

Parámetro

Vapor salida caldera Vapor principal Primer paso Escape turbina baja presión Vapor a condensador sellos Salida extracción al calent. 1 Salida estracción al calent. 2 Salida extracción al deareador Salida extracción al calent. 3 Llegada extraccih al calent. 1 Llegada extracci6n al calent. 2 Llegada extracción al deareador Llegada extracción al calent. 4 Vapor auxiliar Vapor de atomización Vapor al calent. nire/\:apor Vapor al calent. tanque día Vapor al calent. de combustible Llegada condensado a deareador Dren enfiiador drenes al cond. Dren del cal. No 1 al cond. Dren del cal. No 2 al cal. No 1 Dren del cal. No 4 al cal. No 3 Agua de. repuesto a cond. Agua salida calentador No 1 Agua salida calentador h-0 2 -Agua salida calentador No 4 Agua cntrada calentador No 1 Descarga bomba agua alim. Succ.ión bomba agua de alim. Fugas bombas agua alim. Variación nivel deareador Descarga bomba de condensado Succi6n bomba de conclmsado Agua circulación fria *4gua circulación caliente Salida X. A. al economizador &pa atemperación al sobre. Dren al del calent. airehapor Drm al del calent. tanque día Dren al del calent. de combustible

P (Kgdcm2!

81.15 32.96 o. 10 0.00 0.3 1 ‘I .33 2.95 6.49 0.23 :l. 06 3.47 6.08 1 1.38

9.33 11.38 11.38

140.69 3.349

12.59

T (“C)

527.59

14.82 Q.00 83.42 J 35.1 3 189.02 270.29 83.32 135.13 189.02 270.29 208.5 1

307.89 176.41 208.51 98.10 15.94 64.33 99.72 143.03 26.21 64. 1 5 97.72 153.15 47.95 130.53 127.73

45.91 45.97 30.17 38.70 153.1 5

1 74.67 87.07 102.60

h (kcal/kg)

827.89

583.82 767.30 608.67 655.39 679.12 716.33 608.67 655.39 679.74 716.43 678.54

733.52 658.71 678.54 98.21 15.94 64.32 99.84 143.87 26.25 64.15 97.87 154.30 47.95 133.26 128.23

46.17 45.98

15430

176.76 87.30 102.92

Flujo

81756.32 73355.79 8300.53 60645.69 947.54 771.06 4092.4 I. 291 1.26 3040.28 1718.60 4092.41 291 1.26 3040.28 223.99 1 000.00 7229.00

7.64 216.35

66746.78 581 1.02 5811.02 4092.4 1 3040.28

o . 00 66746.78 66746.78 82756.32 66746.78 82756.32 82756.32

0.00 2829.00 66746.78 66746.78

(kg / h)

82756.32 6300.00 7229.00

7.64 216.35


CENTRAL, TERMOELECTRICA POZA RICA 82

GEhiEKAIlOR ELECTRIC< 1 Pérdidas por generacicin Potencia media Potencia total Eficiencia generador eléctrico Factor de potencia Presión de hidrcigeno man.

CONDENSADOR Carga térmica extraída Perdida calor escape TBP Calidad del vapor Entálpia \Tapor en cond. Flujo agua de c,irculacicin Flujo agua de circulación Escape turbina de baja presión

km7 kt, kW ?,.O O..' 'O

kg*krn2

i;c;aL 11 kcalih O,,&

kcat'h rn3,,s kgih kgdc m'

EFICIENCL4 1SOENTRC)PLCA DE TL'RBn'A Total de turbina isoentrópica o .o

1'Ol'EKI;I EX 'IZ'KBITLTA Pot. de znt. turbina a est. 1 k W- Pol. de znt. 1 9 2x1. 3 1\ 11' Pot. de ent. 3 a est. 2 k W Pot. de ent. 2 a est. S kW- Pot. ent. turbina a escape kU;

CALENT.DORF,S Calentador No. DTT ("C)

Prueba 1 -0 . S 5 2 2.99 4 5.44

Calentador No. G. subeto Prueba

1 -0.33 I 1 .O4 4 I. 5.56

CONSLfilO TERMICO DE PRLERX kca1,Kwh Flujos kg:'h Diseño El] vapor principal 66862.2 1

7

372.56 18628.00 19000.56.94 96.00 99.50

S .30

35673.12*10t03 13.58 94.25 597.40 1.12 WO466 l . 75 0.09680

77.76

394.37 503.63 820.85 196.55 17211.42

L4proximación al enfto Diseño Prueba 5.55 16.38 5.55 35.57 5.55 12.50

Rango TS Prueba Prueba 16.20 64.00 33.62 100.76 22.62 158.59

2679.1 I Prueba 73355.79


universidad autononia metropolitana …148.206.53.84/tesiuami/uam5356.pdf · 1.1.2 centrales de...

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