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7/27/2019 Grupo1.Trabajo m.termicas
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Mquinas Trmicas
1
AO DEL CENTENARIO DE MACHU
PICCHU PARA EL MUNDO
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYORDE SAN MARCOS
FACULTAD DE INGENIERA ELECTRNICAELCTRICA
COMPENDIO DE PREGUNTAS
Y PROBLEMAS
CURSO : MAQUINAS TERMICAS
PROFESOR : Ing. AMADEO CARRILLOCICLO : VIII
INTEGRANTES :
ALVAREZ ALTAMIRANO Daniel - 07190108
HUAMAN GALINDO, Rossmery - 07190032
HUACACHI ALMEYDA, Vctor - 07190095
RODRIGUEZ ALVARADO, Jorge - 08190051
DIAZ ESTELA, Hector - 03190171
2011
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COMPENDIO DE PREGUNTAS Y PROBLEMAS DE MQUINAS TRMICAS
PANORAMA ENERGETICO
1. Si una fbrica papelera utiliza para sus procesos, 1.4 millones de galones de petrleo residualcuyo poder calorfico es igual a 9600 Kcal/Kg y densidad igual a 0.96 Kg/lt. Diga a cuntos TEP
equivale este consumo?.
Se sabe que:
y Luego:
( )
[( ) ( )] Simplificando:
( )
2. De acuerdo a la informacin de OLADE, qu pases latinoamericanos son los mayores
productores de gas natural?.
Solucin
Si bien la zona andina en conjunto produce 33% de este combustible en Amrica Latina, Mxico
es el principal productor individual, con 34% de la produccin regional, seguido de Argentina
(23%), Venezuela (18%), Brasil (10%) y Bolivia (7%).
3. Diga cules son los problemas actuales que enfrenta el proyecto Camisea?.SolucinEl ro Urubamba se encuentra contaminado, ya que los trabajadores han colocado un dique en l,
ocasionando que el agua se acumule contaminndose y a la vez no permite que puedan pasar los
peces, que es el alimento ms consumido en esta regin evitando la alimentacin de los
selvticos, y a la vez se va disminuyendo el nmero de peces. tambin se ha visto el problema de
la tala indiscriminada por los trabajadores de este proyecto, por lo cual estn destruyendo el
hbitat de muchos indgenas y a la vez quitando el oxgeno y el dixido de carbono de muchas
especies que habitan ah. Tambin se ha visto afectada la reserva de cugacapori nagua, ya que
han construido pozos en ella y estos pozos estn desplazndose y se estn contaminando.
En consecuencia todo esto ha logrado matar a varios pobladores de los naguas. se ha visto
tambin que el recorrido de los camiones los cuales llevan los gaseoductos estn causando
daos, ya que al pasar muchas veces por el mismo lugar dejan abundante polvo y esto estmatando a muchos cultivos como el cacao, el caf, el fruto de la papaya, etc.
http://es.wikipedia.org/wiki/Tonelada_equivalente_de_petr%C3%B3leohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tonelada_equivalente_de_petr%C3%B3leo7/27/2019 Grupo1.Trabajo m.termicas
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4. Diga qu recursos energticos posee el pas y cmo se est utilizando actualmente?Solucin:
El petrleo: es una de las fuentes de energa ms utilizadas, especialmente para el
transporte (gasolina y diesel). Las zonas petroleras con reservas probadas estn en la costa
norte (Tumbes y Piura), en el zcalo (especialmente en el norte), en la cuenca amaznica, yen la sierra (Pirn). El Per apenas se abastece de petrleo. De no hacerse ms
prospecciones, en el futuro la seguridad energtica del pas puede verse afectada.
El gas natural: conformado por metano y etano, y se encuentra asociado con el petrleo o
en yacimientos de gas. Los principales yacimientos estn en Camisea (Norte del Dpto. de
Cusco) y en Aguayta. Las reservas peruanas son enormes y para muy largo plazo. En la
actualidad es utilizado principalmente para energa domstica.
El carbn: es de origen vegetal y se presenta en forma de antracita, hulla, lignita y turba. En
el Per se han detectado cerca de 100 yacimientos carbonferos, muy poco estudiados. Las
reservas probadas ascienden a ms de 100 millones de t y las probables a ms de 2 mil
millones de t. La produccin anual es modesta y no supera las 200 mil t.
Las fuentes de energa no renovables inagotables: Comprenden la energa geotermal producida por
el calor interno de la Tierra y que sale en forma de agua caliente y vapor. Esta energa es muy
abundante en el pas, pero no explotada. Las reas prioritarias y con mayor potencial son Tutupaca,
Calacoa, Maure, Salinas, Chachani y Chivay.
Las fuentes de energa renovables inagotables
La hidrulica: energa del agua por el desnivel natural. Este tipo de energa es muy abundante en las
vertientes andinas, donde existe un pronunciado desnivel, y sirve para mover molinos, ruedas de
agua y turbinas para generar electricidad. El potencial del pas es muy grande y es aprovechado en
forma parcial, pero de importancia para la produccin elctrica.
La elica: energa del viento. Se la usa para bombear agua y producir electricidad. Su
aprovechamiento es muy limitado.
La solar: energa del Sol, que puede ser aprovechada en forma directa (calor) o transformndola enelectricidad, mediante las clulas fotovoltaicas. La energa calorfica del sol se utiliza en forma
artesanal, en forma generalizada para secar ropa y alimentos, e industrial, en forma limitada, para
generar electricidad y calentar ambientes (casas, invernaderos) como una de las fuentes de energa
alternativa
Como se sabe, en el Per las energas renovables diferentes a la energa hidrulica, llmese solar,
elica o biomasa an no han tenido un desarrollo importante para la generacin elctrica, salvo los
aerogeneradores de Marcona y Malabrigo que por iniciativa del estado (Electroper) se construyeron
como prototipo para desarrollos masivos que no pudieron darse por razones econmicas (sus costos
de generacin son ms elevados que los costos que nos ofrece el mercado elctrico nacional.
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En el contexto nacional:
En la dcada pasada se ha instalado los dos nicos aerogeneradores que tenemos: Aerogenerador Malabrigo, ubicado en La Libertad, de una capacidad de 250 KW y; Aerogenerador San Juan de Marcona, ubicado en Ica y tiene una capacidad de 750
KW.
Como ya se mencion anteriormente, prontamente ingresarn al sistema ms de 140 MW deeste tipo de plantas de generacin elctrica.
Se estima que con la nueva poltica energtica que busca priorizar las EERR en la matrizenergtica se seguirn instalando ms parques elicos en el sistema elctrico nacional -
SINAC.
Al respecto, el 12 de febrero del 2010 se otorg la buena pro de la primerasubasta de suministro de
electricidad con estos recursos, la cual estuvo a cargo de un comit especial conformado por
representantes del MEM y del OSINERGMIN. Las potencias adjudicadas fueron:
162,3 MW hidroelctricos, 142 MW elicos, 27,4 MW biomasay 80 MW solares,
Lo que sum un total de 411,7 MW que equivalen aproximadamente a 9% de la mxima demanda
nacional.
Los precios topes fijados por OSINERGMIN fueron de US$74/MWh para las hidroelctricas;US$110/MWh para las elicas; US$120/MWh para la Biomasa; US$ 269/MWh para las
solares. Los precios ofertados por cada tecnologa fueron en promedio US$60.2 para las
hidroelctricas, US$80.36/MWh para las elicas; US$63.45/MWh para las plantas con
biomasa y US$221.09/MWh para las solares.
5. Si para el ao 2000, la intensidad energtica de un pas "A" fue el doble que el del pas "B";pero ste tuvo un PBI igual al doble del que corresponde a "A"; s adems se tiene que el
consumo de energa percpita de "A" es el triple del Consumo percpita de "B" y si "A" tiene
una poblacin de 32 millones de habitantes. Cuntos habitantes tiene el pas "B".
Solucin:
Se sabe que:
La intensidad energtica es un indicador de la eficiencia energtica de una economa. Se calcula
como la relacin entre el consumo energtico (E) y el producto interior bruto (PIB) de un pas:
2000 A B
Intensidad 2X X
PBI Y 2Y
Energa 3Z Z
#Personas 32millones ?
http://es.wikipedia.org/wiki/Indicadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Eficienciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Consumo_energ%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Producto_interior_brutohttp://es.wikipedia.org/wiki/Producto_interior_brutohttp://es.wikipedia.org/wiki/Consumo_energ%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Eficienciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Indicador7/27/2019 Grupo1.Trabajo m.termicas
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Usando la formula, se tiene:
Igualando las dos ecuaciones para A:
Ahora para B:
6. Si una central trmica con turbina a gas consume 4 5000 m 3/h de gas natural cuyo poder
calorfico es igual a 1 000 BTU/pie3, determine cul ser el consumo en TEP/da si esta central
opera 8 h/da.
Solucin:
[] [ ]
[
]
Operando:
[
]
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7. Diga que proyectos de generacin no renovable han sido adjudicados en las subastas querealiz el estado a travs de OSINERGMIN.
Solucin:
PRIMERA SUBASTA DE ENERGAS RENOVABLES
Proyectos Adjudicados (1ra. y 2da. Convocatoria)
BIOMASA (3 adjudicatarios, 155 GWh).- Paramonga I (23 MW), Huaycoloro (4,4 MW) yLambayeque (1.5 MW).
ELICA (3 adjudicatarios, 571 GWh).- Marcona (32 MW), Talara (30 MW) y Cupisnique (80MW).
SOLAR (4 adjudicatarios, 172.95 GWh).- Panamericana Solar 20TS (20 MW), Majes Solar 20T(20 MW), Reparticin Solar 20T (20 MW) y Tacna Solar (20 MW).
HIDROELCTRICA (19 adjudicatarios, 180.71 MW).- Santa Cruz I (6 MW), Santa Cruz II (6,5MW), Huasahuasi I (7,8 MW), Huasahuasi II (8 MW), Nuevo Imperial (3,9 MW), Yanapampa
(4,1 MW), Chancay (19,2 MW), Poechos 2 (10 MW), Roncador (3,8 MW), Joya (9,6 MW),
Angel I (20 MW), Angel II (20 MW), Angel III (20 MW), Purmacana (1,8 MW), Shima (5 MW),
Carhuaquero (10 MW), Caa Brava (6 MW), Las Pizarras (18 MW) y Patapo (1 MW).
SEGUNDA SUBASTA DE ENERGAS RENOVABLES
Proyectos Adjudicados (1ra. Convocatoria)
BIOMASA RESIDUOS URBANOS (1 adjudicatario; 14.02 GWh).- La Gringa V (2 MW).
ELICA (1 adjudicatario; 415.76 GWh).- Tres Hermanas (90 MW). SOLAR (1 adjudicatario; 43 GWh).- Moquegua FV (16 MW). HIDROELCTRICA (7 adjudicatarios; 102 MW).- Canchayllo (3.73 MW), Huatziroki I (11,08
MW), Manta (19.78 MW), RenovAndes H1 (19.99 MW), 8 de agosto (19 MW), El Carmen (8.4
MW) y Runatullu III (20 MW).
8. Qu tipo de mquina trmica y cul es la ubicacin correspondiente al Proyecto Huaycoloro,que es la primera planta de generacin elctrica que se instala en el pas en base a biogs deRelleno Sanitario?.
Solucin:
Huaycoloro es el primer Relleno Sanitario Privado del Per. Ubicado en el distrito de San Antonio
de la provincia de Huarochir.
Diariamente se depositan 3500,000 de kilos de los desperdicios de la capital (alrededor del 35%
de toda la basura que produce Lima) en 250 pozos instaladas en 100 hectreas de terreno. En
stos se captura el biogs y se traslada, va un gasoducto de 20 kilmetros, a una planta decompresin y limpieza de gases.
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Derivado luego el biogs a tres motores, se generan alrededor de 480 vatios, voltaje que, a su
vez, es elevado hasta los 22,900 V mediante 2 transformadores. La energa creada pasa de ah a
Luz del Sur que la distribuye mediante el Sistema Elctrico Interconectado Nacional, beneficiando
a alrededor de 30,000 peruanos.
El ciclo utilizado en esta central es un Ciclo Biomasa.
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COMBUSTIBLES Y COMBUSTION
1. Responda a las siguientes preguntas:a) Cmo define la combustin y cundo se dice que es incompleta?
Solucin:Se entiende como combustin la reaccin de oxidacin rpida que tiene lugar entre un
COMBUSTIBLE, que puede ser un slido (Carbn, Madera, etc.), un lquido ( Gasleo, Fuel-
Oil, etc.) o un gas (Natural, Propano, etc.) y un COMBURENTE, que normalmente es el
OXIGENO del aire; en la que se libera energa luminosa y una gran cantidad de calor que se
puede utilizar para mltiples procesos industriales y domsticos.
Una combustin se considera una combustin incompleta cuando parte del combustible no
reacciona completamente porque el oxgeno no es suficiente.
Cuando una sustancia orgnica reacciona con el oxgeno de manera incompleta formando
adems de dixido de carbono (CO2) y agua (H2O) otros subproductos de la combustin los
cuales incluyen tambin hidrocarburos no quemados, como Carbono (C), Hidrgeno (H) y
monxido de carbono (CO).
b) Qu es el exceso de aire y cmo se determina?Solucin:
Es la cantidad de aire en exceso con respecto al terico o requerido para una combustin
completa.Este exceso se determina en funcin del porcentaje del oxigeno que se mide en los gases deescape. En este caso el exceso de oxigeno permite transformar una parte del SO2 en SO3; C yCO en CO2ndice o Coeficiente de exceso de aire:
)
http://es.wikipedia.org/wiki/Combusti%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Combustiblehttp://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidrocarburoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mon%C3%B3xido_de_carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mon%C3%B3xido_de_carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidrocarburoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Combustiblehttp://es.wikipedia.org/wiki/Combusti%C3%B3n7/27/2019 Grupo1.Trabajo m.termicas
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c) Cmo se define la relacin aire- combustible estequiomtica?Solucin:
Relacin Aire-Combustible: Es la relacin de la masa existente entre el aire utilizado en elproceso de la combustin respecto al combustible.
ecombustibldemasa
airedemasam ca /
La relacin aire combustible se puede encontrar tambin a partir de los moles (n) y peso
molecular (M) del aire y combustible:
ecombustiblecombustibl
aireaireca
Mn
Mnm
.
./
d) Porqu es importante el estudio de la combustin en el curso de mquinas trmicas.?Solucin:
El estudio de la combustin as como de los combustibles son de suma importancia en el
curso de maquinas trmicas debido a que son conceptos importantes en la generacin de
energa que es aplicada a las centrales trmicas que es un tema importante del curso,
aplicado directamente tambin al proceso interno que se da en una caldera en la generacin
de la energa siendo el combustible y su combustin la base de generacin de la energa de
cualquier planta trmica, entender y aplicar estos conceptos forman parte del buen
entendimiento posterior del curso.
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2. Si una turbina a gas de 125 MW utiliza petrleo Diesel N 2 como combustible y sabiendo questa tiene un poder calorfico igual a 10150 Kcal/Kg y su composicin elemental es el que se
indica: C (85%); H (12%); O (0.7%); S (1.6%) y N (0.7 %). Sabiendo adems que por condiciones
del proceso se requiere 250% de exceso de aire:
Determinar el flujo de gases secos (Kg/h) que salen por la chimenea de la turbina a gas, cuandosta opera a plena carga.
Solucin:
Composicin elemental (% en peso) para el petrleo Diesel N2:
C H O N S
85 12 0.7 0.7 1.6
Hallando el flujo msico:
Sabemos que: )3232412
(34.432OSHC
xMas
Remplazando:100
1)
32
7.0
32
6.1
4
12
12
85(34.432 xxMas
100
1)021875.005.03083.7(34.432 xxMas
eCombustiblKg
AireSecoKgMas
.
.04.14
2.5=1-n
1)x100-(n=250
1)x100-(n=aireExceso
Luego sabemos:
965.13
100
1)]
32
7.0
32
6.1
4
12
12
85(3234.37.06.128567.3[
)3232412
(3234.3267.3
Gf
xxxxxGf
OSHCxxNSCGf
h
Kgm
Kg
Kcalkw
h
Kcal
Kwxx
Pcal
Pm
96.10588
10150
824.859
10125 3
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De la relacin:
hora
KgGF
xGF
EntoncesGF
xGF
nMasxGfGF
32.519547
)96.10588(065.49
:065.49
)5.2(04.14965.13
)1(
3. Dado la siguiente composicin elemental (% en peso) para el petrleo Diesel N2:C H O N S
86,5 13,0 0,1 0,10 0,30
a) Calcular la relacin aire-combustible estequiomtrica (Mas en Kg/Kg combustible). (2Puntos).
Solucin:
Sabemos que: )3232412
(34.432OSHC
xMas
Remplazando:100
1)
32
1.0
32
3.0
4
13
12
5.86(34.432 xxMas
100
1)003125.000937.025.32083.7(34.432 xxMas
eCombustiblKg
AireSecoKgMas
.
.533.14
b) Si en una turbina a gas de 100 MW de capacidad se usa este combustible a razn de 8,94Kg/s a plena carga. Sabiendo que el exceso de aire es de 250%, calcule usted el flujo de
gases secos (Kg/s) que salen por la chimenea. (2 Puntos).
Solucin:
2.5=1-n
1)x100-(n=250
1)x100-(n=aireExceso
Luego sabemos:
366.14
100
1)]
32
1.0
32
3.0
4
13
12
5.86(3234.31.03.025.8667.3[
)3232412
(3234.3267.3
Gf
xxxxxGf
OSHCxxNSCGf
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De la relacin:
Seg
KgGF
xGF
Entonces
GF
xGF
nMasxGfGF
24.453
)94.8(698.50
:
698.50
)5.2(533.14366.14
)1(
4. Marque el inquemado slido que se tiene en una combustin incompleta:a. CO2 b. H2O c. CxHy d. C e. CO
La Combustin Incompleta es una combustin con produccin de inquemados slidos como el
material particulado y el holln y gaseosos como el C y los hidrocarburos. Una de las reacciones
incompletas ms importantes es la siguiente:
5. Cul de las siguientes afirmaciones es correctaa. El exceso de aire en la turbina a gas es menor que en una calderab. El poder calorfico del carbn es mayor que el del petrleoc. La relacin aire combustible del petrleo es menor que el del gas natural.d. Las reservas de carbn de Colombia, son mayores a las del Pere. La combustin real es estequiomtrica.
6. Con respecto a la combustin, cul de las siguientes afirmaciones es incorrecta?a) Es una oxidacin lenta b) Requiere de un combustible c) Requiere de un Comburente
d) Es una reaccin qumica exotrmica e) Genera gases calientes (calor).
Se entiende como combustin la reaccin de oxidacin rpida que tiene lugar entre un
COMBUSTIBLE, que puede ser un slido (Carbn, Madera, etc.), un lquido ( Gasleo, Fuel-Oil,
etc.) o un gas (Natural, Propano, etc.) y un COMBURENTE, que normalmente es el OXIGENO del
aire; en la que se libera energa luminosa y una gran cantidad de calor que se puede utilizar para
mltiples procesos industriales y domsticos.
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7. Cul de las siguientes caractersticas no corresponde al gas natural.a) Es limpio b) Es de fcil manejo c) Tiene baja eficiencia de combustin
d) No contiene azufre e) Es incoloro
8. Qu gas no se presenta en una combustin completa (estequiometrica)?.a) CO b) CO2 c) H20 d) SO2 e) N2
9. Dado la siguiente composicin elemental (% en peso) para el petrleo Diesel N 2:C H O N S
86,5 13,0 - 0,20 0,30
Calcular la relacin aire combustible estequiomtica (Kg aire seco/Kg combustible).
Solucin:
10.Dada la siguiente composicin elemental (% en peso) para el petrleo Diesel N2:
C H O N S
86,5 13,0 0,02 0,20 0,28
a) Calcular la relacin aire-combustible estequiomtrica, en condiciones secas (Mas en Kg aireseco/Kg combustible). (1.5 Puntos).
b) Si en una turbina a gas de 150 MW, se usa este combustible a razn de 13 kg/s a plena carga.Sabiendo que el exceso de aire es de 300%, calcular el flujo de gases secos (Kg/s) que salen por la
chimenea.
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CICLO BRAYTON CENTRALES TRMICAS CON TURBINAS A GAS
1. De acuerdo al procedimiento PR 17 del COES, defina exactamente que es la potencia efectiva.Solucin:
La Potencia Efectiva de una determinada unidad termoelctrica es la potencia continua (antes de
servicios auxiliares) entregada por la unidad, correspondiente a bornes de generacin, cuando
opera a Condiciones de Potencia Efectiva y a mxima carga.
Condiciones de Potencia Efectiva son las imperantes cuando las condiciones ambientales
corresponden a la presin atmosfrica, temperatura de bulbo seco, humedad relativa y
temperatura de la fuente fra que se definen a continuacin, y que se designan como presin
ambiente de potencia efectiva, temperatura ambiente de potencia efectiva, humedad relativa de
potencia efectiva y temperatura de fuente fra de potencia efectiva
2. Dibuja el esquema correspondiente a un Ciclo Brayton de ciclo simple cerradoSolucin:
3. Si el costo especifico de inversin para T. Gas comprendidas entre 150 MW y 250 MW variaentre 250 y 300 US$KW; cual es la inversin que se requiere en una turbina a gas de 150 MW
Solucin:
I = 300 US$/KW x 150x10^3 KW
= 45 millones de US$
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4. Si la potencia efectiva de una turbina a gas a nivel del mar es de 100 MW. Cual ser la potenciaaproximada en una ciudad q se localiza a 2750 m.s.n.m. (considerar q las otras condiciones
ambientales son iguales)
Solucin:
Sea: 100 MW 0 msnmPierde:
5. Si la temperatura mxima de un Ciclo Brayton ideal es de 1200 C y la temperatura de ingresoal compresor es de 20C. Cual ser el valor de la temperatura a la salida del compresor; para el
caso en que se requiera obtener la mxima potencia (eficiencia) del ciclo
Solucin:
6. En una turbina a gas regenerativa, el aire ingresa al compreso a 14.7 lb/pulg2 y 70F: siendocomprimido hasta 176.4 lb/pulg2 con una eficiencia de 85%. El aire comprimido antes de
ingresa a la cmara de combustin pasa por un intercambiador de calor, en donde es calentado
por los gases que salen de la turbina. A la entrada de la turbina, los gases se encuentran a176.4 lb/pulg2 y 2060.6F y se expande hasta 14.7 lb/pulg2 con una eficienca de 85%. Los gases
salen del intercambiador de calor a una temperatura de 482F.
Considerar K = 1.4
Determinar el Heat Rate en Kcal/Kwh y la eficiencia de la planta, suponiendo que en el
regenerador la eficiencia es de 100%
Solucin:
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16
03.1657519.0
860
%9.51
519.033.16646.2520
53041.75.119.14306.2520
34
1254
33.16643
41.11759429.14303
2653
9.14305)6.12386.2520(85.06.25205
54
54
6.12385
035.2
45
035.27.14
4.176
1
2
1
2
5
4
41.117585.0
5306.1078
530
12
12
6.10782
035.27.14
4.176
1
2
1
2
4.1
14.11
4.1
14.11
HR
nciclo
nciclo
TT
TRTRTTnciclo
RT
T
RTTRTT
RTRT
TT
RTTnt
RT
TT
p
p
T
T
T
T
Rnc
TT
TRT
T
p
p
T
T
k
k
k
k
7. Si de una prueba de potencia efectiva y rendimiento de una turbina a gas se obtiene lasiguiente informacin:
Potencia efectiva = 124 000 KW: Consumo en vaco = 190 MPC/h; Consumo a plena carga =1324 MPC/h. Si el poder calorfico del gas es igual a 964 000 BTU/MPC.
Determinar
a. La ecuacin del consumo horario:Solucin:
b. La ecuacin del rendimiento
Solucin:
c. El Heat Rate a 75% de carga
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Mquinas Trmicas
17
Solucin:
d. El rendimiento a 50% de cargaSolucin:
e. La eficiencia a plena cargaSolucin:
8. De las pruebas de potencia efectiva y rendimiento de una TG, se ha obtenido que elrendimiento a 85% de carga es igual a 101,71 kWh/MPCS y a 100% (176 829,19 kW) es igual a
104.85 kWh/MPCS. Si el PCI es igual a 953 449,8601 BTU/MPCS, Determinar:
a) El consumo de combustible en vacio.b) La eficiencia a plena carga.
9. Si una turbina a gas instalada a nivel del mar y 15C de temperatura ambiente tiene unapotencia efectiva de 100 MW, cul ser su potencia efectiva si se traslada a otro lugar que se
encuentra a 2000 m.s.n.m y 25C de temperatura ambiente; considerar la siguiente
informacin:
T () FC H (m.s.n.m) FC
10 1,03 0 1,0
15 1,0 1000 0,9
25 0,94 2000 0,8
10.Si se compara el Ciclo Brayton Real Regenerativo con el simple ideal, cul de las siguientesafirmaciones es incorrecta.
a) Su eficiencia es mayor b) Su costo de inversin es menor c) Sus gases de escape salen mscalientes d) El aire que llega a la cmara est ms caliente e) Consume menos combustible para
el mismo trabajo til.
11.Respecto a las turbinas a gas de ciclo cerrado cul de las siguientes afirmaciones es correcta.a) El fluido que mueve la turbina es gas natural b) Los gases se mueven en circuito cerrado
c) El aire se precalienta con los gases del regenerador d) El combustible se quema en la cmara
de combustin. e) El fluido de trabajo es el aire
12.Que combustible se usa ms actualmente en las turbinas a gas instaladas en el pas?.
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Mquinas Trmicas
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a) Petrleo Diesel No. 2 b) Carbn gasificado c) Gas Natural
d) Petrleo Residual No 6 e) Petrleo Residual 500
Solucin:
El gas natural se ha constituido en el combustible ms econmico para la generacin de
electricidad, ofrece las mejores oportunidades en trminos de economa, aumento derendimiento y reduccin del impacto ambiental.
Estas ventajas pueden conseguirse tanto en las grandes centrales termoelctricas as como en las
pequeas.
VENTAJAS DEL GAS NATURAL
El combustible ideal es el gas natural por las siguientes razones:
Est libre de partculas e impurezas slidas con lo que se evita erosiones en los labes. No contiene azufre, lo cual permite un nivel de recuperacin del calor contenido en los gases
de escape superior al que se puede conseguir con otros combustibles.
Tiene una combustin limpia, sin humo ni cenizas lo cual facilita la limpieza de losquemadores.
No requiere de muchos equipos para su manejo. Grandes provisiones en la actualidad provenientes del gas de Camisea.
13.Si el costo especfico de inversin de una turbina a gas de 200 MW es igual a 280 US$/KW.Determinar la funcin del costo total de la turbina CT(US$/KW-ao), sabiendo que su eficiencia
es de 37%, el precio del combustible igual a 1,5 US$/gal, su poder calorfico igual a 33 137,7
Kcal/gal. Adems su costo variable no combustible CVN es igual a 3,32 US$/MWh y el Costo de
O y M fijo igual a 0,25 US$/KW-mes. Considerar i = 12% y n = 15 aos.
Solucin:
Sabemos que:
xtCVNCCVCCOxMFCEIxFRCCTTg )(
De los datos:
US$/KW11.41
1468.01)12.01()12.01(12.0
1)1()1(
280
15
15
CEIxFRC
i
iiFRC
CEI
n
n
ao-US$/KW31225.0 mesesxCOxMF
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Mquinas Trmicas
19
Kwh
US$00332.0
Mwh
US$32.3
Kwh
US$1052.0
32.2324Kcal
US$10526.4
Kcal
US$10526.4
gal
Kcal137.733
gal
US$
5.1Pr
/32.232437.0
860860
Pr
5
5
CVNC
CVC
Kwh
KcalxxCVC
xecio
KwhKcaln
HR
ecioxHRCVC
Reemplazando para hallar la funcin de costo total:
xtCTTg )00332.01052.0(311.41
ao-Kwh
US$)10852.0(11.44 xtCTTg
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Mquinas Trmicas
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CICLO RANKINE CENTRALES TRMICAS CON TURBINAS A VAPOR
1. Determinar el Heat Rate del Ciclo Ranking en Kj/KWh.a) 8 900 b) 9 094 c) 10 130 d) 8 760 e) 10 500
Solucin:
Sabemos:
calderaSalequeCalorQ
calderaingresaqueCalorQ
ciclodelCalorQDondeQQQ
Qhallando
KwP
donde
P
QHR
AA
r
AAArA
A
A
:
:
63000
:
h
KJxQ
h
sx
s
Kgx
Kg
KJQ
r
r
610030.777
360061.624.3447
h
KJxQ
h
sx
s
Kgx
Kg
KJQ
AA
AA
610186.204
360061.629.905
Reemplazando:
hKJxQ
xxQ
A
A
/10844.572
1020418610030.777
6
66
Entonces:
7614.9094
63000
/10844.572 6
HR
Kw
hKJx
P
QHR A
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2. Si la eficiencia de la caldera que quema carbn como combustible es 85%; cul es el consumode combustible (ton/h), sabiendo que el poder calorfico del carbn es igual a 31400 KJ/Kg?.
a) 124,7 b) 55,8 c) 17,18 d) 21,46 e) ninguna
Solucin:
Calculando:
Pcxn
Qcm
cmPcx
Qn
nconQ
Qn
AAcaldera
eCombustibl
A
caldera
%85:
h
tn
x
Kg
KJ
hKJx
Pcxn
Qcm A 46.21
85.031400
/10844.572 6
3. Determinar la eficiencia de la planta?a) 33,6 b) 34,7 c) 29,1 d) ninguna e) 34,3
Solucin:
Como:
planta
PlantaHR
n3600
Sabemos que:
Kwh
KJx
P
mPcxHRplanta 9.10695
630000
2146031400
Por tanto:
%6.33
3365.09.10695
3600
Planta
Planta
n
n
4. Determinar el flujo de agua de enfriamiento (en m3/h), sabiendo que la temperatura deingreso del agua de enfriamiento es 15C y la salida 23C.
a) 125 924,7 b) 74 334,0 c) 91 429,1 d) 81 896,4 e) ninguna
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Mquinas Trmicas
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Solucin:
)1(8
)1823(1
:
:
RR
RR
RR
Qm
x
Qm
dondede
TxCpxmQ
Tenemos
Tambin:
h
KJxQ
h
sx
s
Kgx
Kg
KJQ
QQQR
6
1
1
21
10036.361
360033.443.2262
h
KJxQ
hsx
sKgx
KgKJQ
6
2
2
10488.20
360088.464.121
Luego:
h
mm
h
Kgxm
x
xxm
entonces
h
KJxxxQQQ
R
R
R
R
3
6
6
666
21
10170
1017.10
83600
86010548.340
:
10548.34010488.2010036.361
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Mquinas Trmicas
24
%67.31
1003167.0947.11365
3600
:
947.1136563000
29.2280431400
:
29.22804
8.031400
/10844.572 6
Planzta
Planzta
Planta
A
n
xn
entonces
Kwh
KJx
P
mPcxHR
luego
h
Kg
xKg
KJ
hKJx
Pcxn
Qcm
8. A qu tipo de ciclo ranking corresponde el esquema trmico?a) Simple b) Regenerativo c) Regenerativo con Recalentamiento
d) Regenerativo y con sobrecalentamiento
Solucin:
El esquema corresponde a un ciclo Ranking Regenerativo con Recalentamiento, es regenerativo
pues presenta precalentadores y recalentado por presentar un sobrecalentador en el esquema
mostrado.
9. Si el esquema trmico corresponde a una planta trmica a vapor que opera con petrleoresidual, cuyo poder calorfico es 9600 Kcal/Kg y cuya densidad es igual a 0,96 kg/lt y su costo
es igual a 3,0 US$/gal y sabiendo adems que dicha planta opera 7500 horas al ao a plena
carga; cul ser el gasto anual en combustible (en millones de dlares), de dicha planta?.
Considerar que la eficiencia de la caldera es 90%.
a) 98,0764 b) 120,3091 c) 19,7567 d) 42,4545 e) ninguna
Solucin:
Datos:
9.0
96.0
9600
calderanlt
Kg
Kg
KcalPc
Sabemos:
Kcal
KJx
gal
ltx
lt
Kgx
Kg
Kcalxm
h
KJx
Q
Qn
pecombustibl
A
860
3600785.396.09600
10844.572 6
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Mquinas Trmicas
25
h
gal
Kcal
KJx
gal
ltx
lt
Kgx
Kg
Kcalx
h
KJx
m 94.4358
860
3600785.396.096009.0
10844.572 6
Por tanto:
$0764.98
7500$3
94.4358
millonesGasto
ao
hx
galx
h
galxGasto
10.Para los siguientes datos:TG TV
Costo Especf. Inversin (US$/KW): 300 1200
Costo OyM Fijo (US$/KW-mes) 0,25 0.75Costo Variable No Combustible 3,5 5,0Eficiencia (%) 37 42Combustible Gas Natural CarbnPoder Calorfico 36,3 MJ/m3 7000 kcal/tonPrecio 0,0882 US$/m3 80 US$/ton
a. Hallar la funcin de costos de las dos alternativasSolucin:
Funcin de costos para Turbina a Gas:
Sabemos que:
xtCVNCCVCCOxMFCEIxFRCCTTg )(
De los datos:
US$/KW047.44
1468.01)12.01(
)12.01(12.0
1)1(
)1(
300
15
15
CEIxFRC
i
iiFRC
CEI
n
n
ao-US$/KW31225.0 mesesxCOxMF
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26
Kwh
US$035.0
Kwh
US$0236.0
729.9729US$
104297.2
US$104297.2
m
MJ3.36
m
US$
0882.0Pr
/729.972937.0
36003600
Pr
6
6
3
3
CVNC
CVC
Kwh
KJx
KJxCVC
KJxecio
KwhKJn
HR
ecioxHRCVC
Reemplazando para hallar la funcin de costo total:
xtCTTg )035.00236.0(3047.44
ao-Kwh
US$)0586.0(047.47 xtCTTg
Funcin de costos para Turbina a Vapor:Sabemos que:
xtCVNCCVCCOxMFCEIxFRCCTTV )(
De los datos:
US$/KW189.176
1468.01)12.01(
)12.01(12.0
1)1(
)1(
1200
15
15
CEIxFRC
i
iiFRC
CEI
n
n
ao-US$/KW91275.0 mesesxCOxMF
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27
Kwh
US$05.0
Kwh
US$401.23
619.2047Kcal
US$10428.11
Kcal
US$10428.11
ton
Kcal7000
ton
US$
80Pr
/619.204742.0
860860
Pr
3
3
CVNC
CVC
Kwh
KcalxxCVC
xecio
KwhKcaln
HR
ecioxHRCVC
Reemplazando para hallar la funcin de costo total:
xtCTTV )05.0401.23(9189.176
ao-Kwh
US$)451.23(189.185 xtCTTV
b. Si se requiere una operacin de 7000 h/ao. Qu alternativa conviene?Para 7000h/ao:
En la turbina a gas:
ao-Kwh
US$247.457
ao-Kwh
US$7000)0586.0(047.47
Tg
Tg
CT
xao
hxCT
En la turbina a vapor:
Kw
US$19.164342
ao-Kwh
US$7000)451.23(189.185
TV
TV
CT
xao
hxCT
Por tanto para el tiempo de operacin (7000 h/ao) es recomendable usar una central
trmica a gas al ser ms econmica.
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OTRAS:
1. Cite los tres sistemas de refrigeracin convencionales y diga cul sera el ms conveniente si sedesea instalar una planta de vapor en el desierto.
Solucin:a) Sistema de circuito abierto.
Es aquel en el que se toma el agua del medio natural, preferiblemente fra, se pasa a travs
de un intercambiador de calor donde se calienta, y finalmente se devuelve al medio natural.
Ya sea mar, lagos, ros.
Este sistema es el ms econmico.
b) Sistema de circuito semi-abierto o cerrado.En ste, el que el agua caliente se enfra al hacerla pasar a contracorriente a travs del aire
en una torre de refrigeracin. El agua una vez realizada su funcin es recirculada. Debido a
una prdida de agua por evaporacin, es necesario reponer agua para mantener el volumen
del circuito.
Por ejemplo: circuito de climatizacin con torre de refrigeracin o dispositivo similar.
c) Sistema de circuito cerrado.Es aquel en el que fluido receptor resta confinado en un anillo estanco, se pasa a travs de la
fuente, calentndose, se pone en contacto con el intercambiador disipndose el calor y por
ltimo vuelve otra vez a efectuar el ciclo.
Por ejemplo: radiador del coche.
Si se tuviera que instalar una planta en el desierto.Debido a que no se tiene ninguna fuente de agua, tendra que usarse el sistema de circuito
cerrado.
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2. Mencione tres mejoras del ciclo Rankine.Solucin
AUMENTO DE TEMPERATURA INICIAL DEL VAPOR
EFECTOS1. Aumenta el volumen especfico del
vapor.
2. Reduce el esfuerzo admisible de losmateriales.
3. Aumenta el peso, calidad y costo delas tuberas.
15C 35% peso de la tubera
25C 70% peso de la tubera
AUMENTO DE LA PRESIN INICIAL DEL VAPOR
EFECTOS
1. Aumento de la potencia de la bomba.2. Modificacin del costo de la caldera3. Modificacin del costo de la turbina4. Modificacin del costo de la bomba de
agua de alimentacin.
5. Modificacin de la tubera de altapresin.
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30
DISMINUCIN DE LA TEMPERATURA DE CONDENSADO
EFECTOS
1. Aumenta la superficie til del ciclo ydisminuye el calor rechazado,
aumentando la eficiencia del ciclo.
2. Aumenta la humedad en el vapor deescape de la turbina y la masa de
volumen especfico de este.
3. Cul es la diferencia entre el ciclo Rankine Regenerativo con Sobrecalentamiento y el CicloRecalentamiento Regenerativo y con Recalentamiento.
Disminuye la irreversibilidad interna (calentamiento gradual del agua de alimentacin) Aumenta el rendimiento termodinmico Disminuye el trabajo especfico (trabajo / kg de vapor) Instalacin ms compleja Calentadores de superficie exigidos Riesgo de inundacin de calentadores y retorno de agua a turbina. Cantidad de calentadores en funcin de la potencia de grupo
4. Qu ventajas tiene las centrales trmicas a vapor, frente a las centrales con turbinas a gas?.Ventajas Turbinas a Gas Ventajas Turbinas a Vapor
Bajos costos de inversin especfica (enUSS/KW)
Buena eficiencia y especialmente encaso de ciclo combinado.
Mnimas restricciones para su ubicacin Poco espacio ymnimo de obras civiles Corto perodo de construccin Utilizan combustibles limpios (gas, Diesel
2)
Bajo nivel de emisin de contaminantes No se requiere de agua de refrigeracin Rpido arranque y toma de carga. Facilidad para conversin a ciclos
combinados o cogeneracin.
No requiere de zona de acumulacin decenizas o desechos de combustin.
Amplio rango de potencias: 30 a 1500MW
Pueden quemar distintos tipos decombustible: carbn, gas, petrleo,
biomasa (p.e. bagazo); etc.
Baja variacin de la eficiencia con lavariacin de carga.
Produccin de energa relativamenterentable
Las cenizas producidas durante lacombustin pueden usarse en la
construccin.
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