Mono Final Motriz

8/13/2019 Mono Final Motriz

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Universidad Nacional de IngenieraFacultad de Ingeniera Mecnica

Curso : FUERZA MOTRIZ TERMICA

Seccin : A

Tema : CALCULO DE LOS SISTEMAS COMPLEMENTARIOS

UNA CENTRAL TERMICADE CICLO COMBINADO

Alumnos : ANAYA GOMEZ, OMAR 970356F

DE LA SOTA ALVAREZ, ALVARO 972032C

PAREDES DELGADO, JUAN 970286H

Profesor : ING. DUILIO AGUILAR

2003


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INTRODUCCIN

Con el paso de los aos, el aumento de la poblacin y de la capacidad industrial

del pas, se hace necesario ahora proyectarnos y tratar de estimar de por lo menos un

consumo de energa de aqu a 15 aos. Ya que es la nica forma de estar preparados y

satisfacer las necesidades a futuro.

Si bien es cierto con el sistema interconectado nacional, no importara donde

estara ubicada la planta ya que si se requiere energa para tumbes y la planta esta

ubicada en Tacna, no habra problema para transmitirle la potencia requerida a este

departamento.

Pero en este trabajo calculamos el requerimiento de energa de la regin

asignada y vemos la posibilidad de crear la planta en esta regin, tomando en cuenta la

potencialidad energtica de esta.


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PROYECCIN DE LA POTENCIA INSTALADA PARA LOS

DEPARTAMENTOSDE LA LIBERTAD, AMAZONAS Y

CAJAMARCA ESTIMADA PARA 15 AOS

TABLAS DE DATOS Y RESULTADOS

DATOS OBTENIDOS DEL INEI Y MEM (ver anexo)

La Libertad Amazonas CajamarcaPobl. Actual (2000) 1,465,970 406,060 1,411,942Pobl. estimada (2015) 1,822,557 519,973 1,653,391Energia disponible (kw) 140,774 18,920 160,390

Energia usada (kw) 82,408 9,632 165,686Cap. Industrial (%) 39.32 36.54 42.63IDH 0.61 0.516 0.495Pobl. Con acceso a alumb. Electrico (%) 63.3 34.2 29.5Tasa de crecimiento (%) 1.87 1.3 1.5Pobl. Total nacional (%) 5.71 1.58 5.5Ranking Nacional 9/24 18/24 20/24Prod. Industrial (S/.) 16,000,000 118,000,000 918,000,000Indice estimado de crecim. anual(%) 4 4 4

CALCULO DEL CONSUMO DE ENERGIA (proyectada a 15 aos)

La Libertad Amazonas CajamarcaConsumo de energia por Habitante(kw.h/Hab.) 202.37 85.39 422.45Consumo dentro 15 aos (Mw.h) 368831 44403 698469Considerando un factor de crecim.(Mw.h) 664245 79967 1257903Sobrecarga de 15%(Mw.h) 763881 91962 1446588Potencia instalada proyectada (Mw) 212 26 402Potencia faltante(Mw) 129.78 15.91 236.14

POTENCIA A PRODUCIR POR LA PLANTA (MW) 381.84

UTILIZANDO 3 UNIDADES DE GENERACION (MW/u) 127.3


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TABLAS Y PROCEDIMIENTOS DE CALCULO :

Informacin de tablas :

- Poblacin actual ao 2000:

Tabla del INEI, adjunta en el anexo

- Poblacin estimada al ao 2015:

Tabla del INEI, adjunta en el anexo

-Energa disponible (kw) y Energa usada (kw)

Elaboracin: equipo INDH-PNUD, Lima 2002, tabla adjuntada en el anexo de

recursos y potencialidades por departamentos

-Capacidad industrial:

Gran atlas universal del mundo

-ndice de desarrollo humano (IDH):

Elaboracin: equipo INDH-PNUD, Lima 2002, tabla adjuntada en el anexo de

recursos y potencialidades por departamentos

-Pobl. Con acceso a alumb. Electrico (%):

Gran atlas universal del mundo

- Tasa de crecimiento (%):

INEI, convenio INEI-PNUD

- Pobl. Total nacional (%)INEI, convenio INEI-PNUD

- Ranking Nacional


- Prod. Industrial (S/.)



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- Pobl. Total nacional (%)


- Ranking nacional


- Prod. Industrial (S/.)


- ndice estimado de crecim. anual(%)

Este ndice se estima de un promedio emitido por el ministerio de economa y

finanzas del crecimiento promedio anual de los ltimos dos aos.

Clculos:

- Consumo de energa por Habitante(kw.h/Hab.)

Del total de energa consumida por el departamento de la tabla INEI-PNUD

dividido entre el total de la poblacin

- Consumo dentro 15 aos (Mw.h)

De la proyeccin de poblacin, considerando constante el consumo de energa

por habitante

- Considerando un factor de crecim.(Mw.h)

Considerando un factor de crecimiento de 4%, usamos la formula

Consumo = Consumo dentro 15 aos*(1+0.04)15

- Considerando Sobrecarga de 15%(Mw.h)

Para que exista una estabilidad y ante cualquier contingencia de la red ponemos

una sobrecarga de 15%

- Potencia instalada proyectada (Mw):

Potencia instalada considerando sobrecarga/3600


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- Potencia faltante:

Diferencia entre la potencia instalada proyectada y la potencia instalada actual

Seleccin del combustible

La seleccin del combustible a emplear se baso en los recursos producidos por

los departamentos en estudio, ya que al estar transportando combustible de algn otro

departamento nos generara un gasto adicional, adems de que los recursos econmicos

generados de la explotacin del recurso energtico no se quedaran en la regin.

De cuadros obtenidos se encontr que el carbn ( Antracita) se produce en La

Libertad y cuenta con un 87% de reserva nacional, en Cajamarca no existen reservas de

hidrocarburos encontrados. En Amazonas tampoco existen reservas de este tipo

encontrados.

Pero se ve que en la Libertad se encuentran abundantes reservas de carbn

encontradas, las que se podran explotar para generar los recursos energticos

requeridos

En el siguiente cuadro vemos la estructura de consumo de carbn a nivel

nacional y vemos que el sector industrial tiende a aumentar la demanda de estecombustible. Tambin sabemos que actualmente el carbn en un recurso poco explotado

en el pas. y nuestro pas sufre de un dficit de energa trmica, ya que importamos estos

recursos energticos (petrleo, carbn, etc.), entonces el uso de el carbn puede ser una

excelente posibilidad para tratar de importar menos y autoabastecernos internamente.


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PROCEDIMIENTOS DE CALCULO PARA UNA PLANTA TRMICA DE

CICLO COMBINADO GAS- VAPOR DE 127 MW

Los clculos se realizara para una planta trmica compuesta por tres grupos

generadores de una potencia de 127MW cada uno ya que nuestra potencia obtenida

segn nuestros clculos ya mencionados es de 381.84MW.

Datos de diseo:

- Potencia elctrica a generar: 127 MW

- Presin de vapor mxima: 60 bar = 6 MPa- Combustible: Carbn Antracitico

- Ciclo : Sobrecalentado

- Altura 33 m.s.n.m. (La Libertad-Trujillo)

La Turbina a gas seleccionada : ABB turbine, modelo GT 13 D:

Potencia Heat Rate

(BTU/KWH)

Flujo Masa

(Lb)

Relacin de

Compresin

Temp. a la Turbina

97,9 MW 10564 BTU 869 11,9 990 C

Datos iniciales: Para 33 m.s.n.m. (condiciones ISO)

- P inicial = 1.01 bar- T entrada = 15 C

- aire = 1.225 Kg/m3

1. Proceso de Compresin: (ndice poli trpico de compresin Kc=1,4)

COMP

COMPCOMP

COMP

K

KK

K

TTP

P

T

T 1

12

1

1

2

1

2

T2= 288 (11,9)(1,4-1/1,4)

T2= 584 KEficiencia adiabtica del compresor: c = 90 %


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112

2

12

12 TTT

TTT

TT

COMP

R

R

COMP

T2R= 2889.0

288584

T2R = 617 K

2. Proceso de Expansin : (Kexp = 1,33)

EXP

EXP

EXP

EXP

K

K

K

K

TT

P

P

T

T1

34

1

4

3

4

3

Calculando:T4= 648 K

Eficiencia Adiabtica de Expansin : EXP = 93 %

433443

43 TTTTTT

TTEXPR

REXP

T4R= 12630.93(1263 - 648)

T4R = 691 K

3. Potencia Especifica del Ciclo :

1243

0035.1,172,1

TTCpTTCp

KKg

KJCp

KKg

KJCp

RaRgNETO

COMPRESORTURBINANETO

ag

NETO = 1.172 (1263 - 691)

1.0035 (617 - 288)NETO= 340 KJ/Kg

4. Calor Especifico entregado al Ciclo:

QA= Cpg*(T3T2r)

QA= 1.172 * (1263

617)QA = 757 KJ/Kg

)23(* RTTCpgQa


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5. Flujo de Combustible y Aire: Pcc = 34750 KJ/Kg (Carbn)Se tiene que QA * mg = comb * mc * Pcc

donde: comb

= eficiencia de combustin (95%)

757 (ma+mc) = mc * 34750 * 0.95

61,431m

m

c

a ra/c = 42,61Kgcomb

Kgaire

Entonces:

Pot = mg * wT ma * wC

97900 KJ/s = (ma+mc) * 670.4ma * 330.2

97900 KJ/s = 340.2 * ma+ 670.4 * mc

mc = 6.46 Kg/S

ma = 275 Kg/S

2

2R

3

4R

4

1

T (K)

S (KJ / Kg K)


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CLCULO DEL CICLO VAPOR

Datos:

- P2 = P3 = 6 Mpa

- T3 = 400 C (suposicin)

- T = 0.9 (Eficiencia adiabtica de la turbinas de alta y baja presin)

- B = 0.85 (Eficiencia adiabtica de la bomba)

- h3 =3177.2 KJ/Kg

- s3 = 6.5407 KJ/Kg

- T4 286 C

Aprox P4= 2 Mpa

h4= 2902.5 KJ/Kg

T= 0.9 =2902.5-3177.2

h2.3177 4r h4r= 2930 KJ/Kg

Si T5= 508 C P5= 2 Mpa h5=3485 KJ/Kg

S5= 7.4535 KJ/Kg S6= S5= 7,4535 P6= 0,076 Mpa

h6= 2663,5 KJ/Kg

T= 0.9 =526633485

34856

,

h r

h6r= 2745,65 KJ/Kg

h1= 385,7 KJ/Kg S1 = 1.2165 KJ/Kg*K

De tabla:

S1= S2 = 1,2165 KJ/Kg.K P 6 Mpa h2= 398,41 KJ/Kg

Luego b=0.85 =7,385

7,38541,398

2

rh h2r= 400,7 KJ/Kg


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3 5

4r4

2r

2

1 6r6

Si : m = Eficiencia mecnica

m = 0.95 m = 0.98

Wt1 G W1

TA

m = 0.95 m = 0.98

Wt2 G W2

TB

m=0.9

Wb W3

P

w 1WG

T (K)

S (KJ / Kg K)

6 MPa

2 MPa

0.076 MPa


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Potencia = 44 MW (para el ciclo de vapor)

P = W1+ W2W3

P = 0.95 * 0.98 * (wt1+ wt2) wb/0.9

45000 = 0.95*0.98*(mv*(h3h4r) + mv*(h5h6r))1/0.9*(mv*(h2rh1)

45000 = 0.95*0.98*mv*(3177.2 2930 + 3485 2745,65) mv/0.90*(400,7

385,7)

mv = 49.90 Kg/s

En el ciclo a gas:

HRSG = 85% (eficiencia del Heat Recovery Steam Generator)

Q = HRS*mg*Cpg*(T4rT5)

Si se supone T5= 180 C = 453 K (Temperatura de los gases de escape despus del

HRSG). Por efecto de la temperatura de roco de los gases de escape T5 > 146 C

Q = 0.85 * 281.51 * 1.172 * (730 453)

Q = 77683 KJ/SPrecalentamiento:

Q = mv (hfh2r)

Q = 49.90 (1213.32400.7)

Q = 40549 KW

Sobrecalentamiento:

Q = mv (h3hg)

Q = 49.90 (3177.22784.3)

Q = 19605 KW

Recalentamiento:

Q = mv (h5h4r)

Q = 49.90 (34852930)

Q = 27693 KW

Calor requerido:

Q = Qpre+Qsob+Qrec = 40549+19605+27693


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Q = 87848 KW

En el ciclo vapor:

Q = mv (hghf)

Q = 49.90 (2784.31213.32)

Q = 78391 KW

78391 KW = 0.95 * mc * 34750

mc= 2.37 Kg/s

Luego, el valor de la potencia es:

Pot. = 78391 / 9.809 = 7992 BHP

Entonces se tiene una caldera de las siguientes caractersticas:

P = 7992 BHP

Capac. = 49.90 kg/s

Pres. Trab. = 6 MPA

Tipo de vapor = Vapor sobrecalentado

El calor de Condensacin para la Torre de enfriamiento.

Q = 49.90 * (2745.65385.7) = 115118 KW

Q = 118 MW

Entonces:

Potencia a generar por la turbina de alta presin:

W1= 49.90 * (3177.22930) = 12 MW

Potencia a generar por la turbina de baja presin:W2= 49.90 * (34852745,65) = 36.8 MW


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Del catlogo : Westinghouse Steam Turbines:

Model Maximum

Inlet

Pressure

(Psig/Mpa)

Maximum

Inlet

Temperat.

(F/C)

Maximum

Exhaust

Pressure

(Psig/Mpa)

Maximum

Power

Capatibility

(Hp/MW)

Maximum

Speed

Arrangement

Wheel

Diameter

(in/mm)

EM20 1500/10.345 950/510 300/2.07 7000/5.2 14500 20/510

EM25 1500/10.345 950/510 300/2.07 11500/8.5 10000 26/635EM25/32 1500/10.345 950/510 75/0.515 15000/12 10000 32/815

M25 1500/10.345 950/510 300/2.07 20000/1 10000 25/635

M32 1500/10.345 950/510 300/2.07 30000/22.4 7000 32/815

EMM 3500/24.138 1000/538 75/0.515 50000/37.3 6000 Variable

Para la turbina de alta presin escogemos el modelo: EMM25/32

Cuyos parmetros son: Mxima Potencia: 12 MWMxima presin de entrada: 10.345 MPa

Mxima Temperatura de entrada: 510 C

Mxima presin de salida: 0.515 MPa

Para la turbina de baja presin escogemos el modelo: M32

Cuyos parmetros son: Mxima Potencia: 37.3 MW

Mxima presin de entrada: 24.138MPa

Mxima Temperatura de entrada: 538 C

Mxima presin de salida: 0.515 MPa


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Clculo de Torre de Enfriamiento:

Utilizando:

tonh

BTU

FTGPMaargC

15000

500 (tons)

Carga = Qa = 118 MW

Suponiendo T = 30F

Se tiene:

15000

3050026841

GPM

ton ,

Caudal = 26841 GPM.

Considerando cuatro torres de enfriamiento, se tiene:

Caudaltorre= 26841 / 5 = 5368 GPM

Caudaltorre= 0.34 m3/s

Caudaltorre= 340 l/s


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ESQUEMA DE UN CICLO COMBINADO


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EJEMPLO DE DISPOSICIN DE EQUIPOS DE UNA PLANTA DECICLO COMBINADO


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Clculo de los accesorios.

1. Calculo de TuberasPor la ley de continuidad se tiene:

Gasto de peso =Velocidad * rea * densidad

Si se tiene que las velocidades de conduccin en las tuberas son:

- Conduccin general de agua 200500 pie/min

- Servicios varios de planta 300600 pie/min

- Tubera de descarga de bomba 300600 pie/min

- Tubera de succin de bomba 200500 pie/min

- Tubera de alimentacin de caldera 500600 pie/min

- Vapor saturado de alta presin 600010000 pie/min- Vapor saturado de baja presin 40006000 pie/min

- Vapor de escape de alto vaci 2000024000 pie/min

- Vapor de alta presin sobrecalentado 1000015000 pie/min

a. Calculo de la lnea de vapor principal sobrecalentado:Si nuestro flujo de vapor (gasto) es :

Gv = 49.90 kg /s = 110.01 Lb /s

Gv = 396038 Lb / h

La presin de operacin:

P= 60 bar = 870.23 psia =855.53 psig

La temperatura :

T = 500 C = 932 F

Volumen especifico:

V = 0.05665 m3/ kg = 0.90744 pie3/ Lb

Si:

Gv = .V.A=

AV.=

4

.. 2DV D =

v

Gv

.

.4.


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Entonces :

D = (10000*

60/1*90744.0*4*4.396038

)1/2= 0.7626 pie = 9.15 pulg.

D = (15000*

60/1*90744.0*4*4.396038

)1/2= 0.5084 pie = 6.10 pulg.

Si tomamos

D = 9 pulg.

Verificando V =60*)667.0(*

90744.0*4*4.3960382

V = 13557.9 pie /min ok!

De catalogo tomamos entonces :

D =10 pulg.

Para designar el espesor del tubo

catalogo =St

Pm*1000

donde:

Pm = P manomtrica psi

St = Esfuerzo permisible de trabajo Lbf/m2

Segn normas y especificaciones para tuberas de plantas de fuerzas

Material : Acero Cr - Mo

Especificacin ASTM : A158 sin costura

El esfuerzo mximo permisible a 500 C es 1012 kg/cm2= 14392 Lbf/pulg.2

Luego: catalogo = 103*855.53/14392 = 59.4

Entonces usaremos:

catalogo =60

nominal exterior espesor interiorm 10 10.75 0.50 9.75

Usando la formula de el ASA para tuberas para un espesor mnimo:


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dt = cPS

DoP

*8.0*2

*

donde: P: presion manometrica (psig)

Do: dimetro exterior (pulg.)

S: esfuerzo de trabajo (psi)

C {0.05 pulg. En tubos Do 1

0.065 pulg. En tubos Do 1

dt = 065.053.855*8.014392*2

75.10*53.855

dt = 0.377 pulg.

0.377 < 0.50 pulg. Ok!

Se usara entonces un tubo :exterior = 10.75 pulg.

Espesor = 0.50 pulg.

Cedula = 60

b. Calculo de la lnea de vapor recalentado:

Si el flujo de vapor es:

Gv = 396038 Lb / h

La presion de operacin:

P = 2 Mpa = 290.075 psia = 275.37 psig

T = 400 C = 752 F

V = 0.1512 m3/kg = 2.422 pie3/Lb

Si:

D =v

Gv

.

.4.

Entonces :

D = (1000*

60/1*422.2*4*396038

)1/2= 1.17pie = 17.64 pulg.


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D = (15000*

60/1*422.2*4*396038

)1/2= 1.36 pie = 16.3 pulg.

Tomamos:

D = 18 pulg.

Verificando: V =60*)36.1(*

422.2*4*3960382

V = 11005 pie /min ok!

Para designar el espesor del tubo:

catalogo =St

Pm*1000

Segn normas y especificaciones para tuberas de plantas de fuerzas:

Material : Acero al carbono

Especificacin ASTM : A106 al A 53 sin costura

El esfuerzo mximo permisible a 400 C es 669 kg/cm2= 9513.88 Lbf/pulg.2

Luego: catalogo = 103*275.37/9513.88 = 28.9

Entonces usaremos:

catalogo = 30

nominal exterior espesor interior

m 18 18 0.438 17.124

Usando la formula de la ASA para tuberas para un espesor adicional por corrosin:

dt = cPS

DoP

*8.0*2

* dt = 065.0

37.275*8.088.9513*2

18*37.275

dt = 0.323 pulg. 0.2939 < 0.438 pulg. Ok!

Se usara entonces un tubo :

exterior = 18 pulg.



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24/35

dt = cPS

DoP

*8.0*2

* dt = 065.0

2.11*8.06.10395*2

625.8*2.11

dt = 0.065 pulg. 0.065 < 0.25 pulg. Ok!

Se usara entonces un tubo :

exterior = 8.625 pulg.


Cedula = 20

2. Clculo del aislamiento Trmico:Para la fibra de vidrio ka = 0.028 w/m.k

Para el acero dulce kt = 64 w/m.k

Conveccin libre de aire he = ( 325) w/m2

.k (h = 25 w/m2

.k)Conveccion forzada en vapor hi = 2000 w/m2.k

a) Lnea de vapor sobrecalentado: (50 m.)Si el tubo :

D1 = 9.564 pulg = 242.92 mm.

D2= 10.75 pulg = 273.05 mm.

Si el calor dado al vapor es de:

Q = (h3h2r).mv= (3186.4507.07)*49.9

Q = 133699 kj/s

Luego por transferencia de calor:

Pi Tub ais. Pe

Ti Too

Ti : Temperatura del vapor = 400 C

Too = Temperatura del aislamiento = 18 C

Pi = Pared interior

Tub. = tubera


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ais.= aislamiento

Pe = pared exterior

A. Sin aislante:

Di = 9.564 pulg. = 242.92 mm

Ti = 400 C De = 10.75 pulg. = 273.05 mm

Di De

L = 50 m

RPi=hiAi*

1=

2000*50*243.0*

1

= 1.31*10-5

. Rtub.=Lk

DDLn

***2

)1/2(

=

50*64**2

)92.242/05.273(

Ln=5.815*10-6

. Rpe =heAe*

1=

25*50*273.0*

1

= 1.048*10-3

RT= 1.0673*10-3C/w

Q =Rt

TooTi =

310*0673.1

)18400(

= 357908.76 W

B. Con aislamiento:. RPi =

hiAi*

1=

2000*50*243.0*

1

= 1.31*10-5

. Rtub =Lk

DiDfLn

***2

)/(

=

50*64**2

)92.242/05.273(

Ln= 5.815*10-6

. RPe= heAe*

1

= 25*50*)2273.0(*

1

e = )2273.0(**1250

1

e

R ais =50*028.0**2

)273.0/)2273.0(

eLn =

7962.8

)1365.0/1( eLn


26/35

. Qais=

R

)18400(=

7962.8

)1365.0/1(

)2273.0(1250

1000018925.0(

382

eLn

e

Si:e = 0.02 Q ais = 23325.55 W

e = 0.03 Q ais = 16346 W

e = 0.04 Q ais = 12751.6 W

e = 0.05 Q ais = 10557.3 W

e = 0.1 Q ais = 6059.5 W

b) Lnea de vapor recalentado: (60 m.)D1 = 17.124 pulg. = 434.95 mm

D2= 18 pulg. = 457.2 mm.

Si el calor dado por el vapor es de:

Q= (h5h4r)*mv = ( 3247.62974.4)*49.9

Q = 13633 kj/s

A. Sin aislante:

Di = 0.435 m

De = 0.457 m

Ti = 400 C Di De

L = 60 m

RPi=hiAi*

1 =2000*60*435.0*

1

= 6.098*10-6

Rtub.=Lk

DDLn

***2

)1/2(

=

60*64**2

)435.0/457.0(

Ln=2.044*10-6

Rpe =heAe*

1=

25*60*457.0*

1

= 4.64*10-4


27/35

RT=4.724*10-4C/w

Q =Rt

TooTi =

410*724.4

)18400(

= 808483 W

B. Con aislante:RPi =

hiAi*

1=

2000*60*435.0*

1

= 6.098*10-5

Rtub =Lk

DiDfLn

***2

)/(

=

60*64**2

)435.0/457.0(

Ln= 2.044*10-6

RPe=heAe*

1=

25*60*)2457.0(*

1

e=

)2457.0(*25.4712

1

e

R ais = 60*028.0**2

)457.0/)2457.0(

eLn

= 55.10

)228.0/1( eLn

. Qais=

55.10

)228.0/1(

)2457.0(25.4712

100000814.0(

382

eLn

e

Si:

e = 0.05

Q ais = 19913 We = 0.07 Q ais = 14839 W

e = 0.1 Q ais = 10976 W

e = 0.2 Q ais = 6372 W

c) Lnea despus del condensador: (100 m.)D1 = 8.125 pulg. = 0.2063 m

D2= 8.625 pulg. = 0.2191 m.

Si el calor dado por el vapor es de:

Q= (h6rh1)*mv = ( 2760.7504.68)*54.1

Q = 122050.7 kj/s


28/35

A. Sin aislante:RPi=

hiAi*

1=

2000*100*2063.0*

1

= 7.71*10-6

Rtub.=Lk

DDLn

***2

)1/2(

=

100*64**2

)387.0/2063.0/2191.0(

Ln=1.497*10-6

Rpe =heAe*

1=

25*100*2191.0*

1

= 5.81*10-4

RT= 5.903*10-4C/w

Q =Rt

TooTi =

410*903.5

)18120(

= 172778.4 W

C. Con aislante:RPi = 7.71*10

-6

Rtub = 1.497*10-6

RPe= =25*100*)22191.0(*

1

e=

)22191.0(*75.7853

1

e

R ais =100*028.0**2

)2191.0/)22191.0(

eLn =

592.17

)10955.0/1( eLn

Qais=

592.17

)10955.0/1(

)22191.0(75.7853

1

000009207.0(

102

eLn

e

Si:

e = 0.05 Q ais = 4683.14 W

e = 0.07 Q ais = 3585.4 W

e = 0.1 Q ais = 2743.3 W

e = 0.2 Q ais = 1721.2 W

Finalmente para el calculo del espesor del aislamiento se debe considerar un

eficiencia del aislamiento del 98%, entonces:

a) Vapor Sobrecalentado:

Q = 357908.76 *0.02 = 7168 W


29/35

Aprox. El espesor es de : e = 0.1 m

b) Vapor Recalentado:

Q = 808483*0.02 = 16170 W


c) Condensado:

Q = 172778.4*0.02 = 3455.57 W


3. Clculo del tanque de Almacenamiento de agua:Debido a que antes que arranque la planta se debe llenar todo el sistema con agua,

se construir un tanque para agua de reposicin para la planta de fuerza estevolumen ser de aproximadamente el 25 % del agua total a usar en el proceso;

entonces:

Magua adicional = 0.25*49.9 = 12.48 Kg/s

Si se considera que la planta funcionara solo 16 horas al da entonces:

Magua = 12.48*16*3600 = 718848 Kg/dia

Vagua = 718848/1000 = 719 m3/da

Vtanque

= 800 m3/da ( 16*16*3.2)

4. Clculo del tanque de almacenamiento de agua dura:Es el tanque principal de agua para el abastecimiento del tanque de agua tratada,

se construir siendo 1.2 veces el volumen del tanque de agua tratada.

Vtanque = 1.2*800 = 960 m3/da (18*18*3 m3)

5. Clculo del Ablandador:Si se tiene una operacin de 16 horas de funcionamiento, con un flujo de agua de

12.48 Kg/s = 11873 Gal/h, con una dureza de 20.4 Gn/Gal (= 350 ppm)

El Volumen de Resina:


30/35

VR= 3/30000

/11873*/4.20*16

piegn

hgalgalgnh

VR= 129 pie3

La capacidad de ablandamiento es:

129 pie3*30000 gn/pie3= 3 875 000 gn

y para una: dureza = 350 ppm.

El volumen de agua entre cada regeneracin ser :

Vagua=

galgn

gn

/4.20

3875000 Vagua = 189951 gal.

Cantidad de sal total :

Si se sabe que para 1 pie3de resina se necesita 7 Kg de sal, donde esta tiene una

humedad de 2 %, con solucin de una de 23 %

98.0

7*129= 921 kg de sal.

Volumen de agua necesaria para regenerar la resina:

Si:

23 gr sal 77 gr de agua

921000 gr sal X

X = 3084782 gr agua

X = 3085 L ( 814.97 gal agua )

Tiempo de regeneracin de la resina :

Treg=hgal

gal

/11873

97.814= 0.06864 h = 4.12 min.

Volumen necesario para el enjuague:

Venj= 150 gal/pie3*129 pie3= 19350 gal


31/35

Tiempo de enjuague de la resina :

Tenj=hgal

gal

/11873

19350= 1.63 h = 98 min.

Dimensiones de enjuague de la resina :

a) Altura de la grava ( Hs) :

Grava fina 3 pulg.

Grava media 3 pulg.

Grava gruesa 3 pulg.

Arena fina 3 pulg.

Hs = 12 pulg. = 1 pie.

b) Espacio muerto en la parte inferior y en la parte superior ( Hms y Hmi)

Espacio muerto en la parte superior o cmara de expansin.

Hms = 1.5(Hs) = 1.5 (1) Hms = 1.5 pie

Espacio muerto en la parte inferior

Hmi = 0.5(Hs) = 0.5(1) Hmi = 0.5 pie

c) Altura de la resina ( HR)Si consideramos una relacin altura /radio = HR/R = 3/1 =K

HR= 32

1415.3

129*3 HR = 7.18 pie

R = 2.39 pie

d) Altura de los casquetes esfricos( Hc):

Casquete superior

Hcs= 1/3 *R = 1/3(2.39) Hcs = 0.80 pie

Casquete inferior

Hci= 0.75 pie.


32/35

6. Clculo de la chimenea de gases (HRSG)Como vimos anteriormente, el flujo de combustible para el gas natural (

mayor % de metano).

C3H8+ X(O2+3.76*N2) A*CO2+B*H2O + C*N2

3 = A

8 =B*2 B = 4

X(2) = 3*2 + 4 X = 5

C = 3.76*5 = 18.8

C3H8+ 5(O2+3.76*N2) 3*CO2+4*H2O + 18.8*N2

ra/c=

)1*812*3(1

))28(76.332(5 ra/c =15.6 kg aire/kg comb.

Pero para combustible gaseoso se requiere 10 % de exceso de aire

ra/c = 15.6*1.1 ra/c = 17.16 kg aire / kg comb.

El flujo de aire necesario ser :

Ma= 17.16 kg aire / kg comb*2.37 kg comb/s = 40.7 kg aire/s

El flujo de gases de escape ser :

Mg = Ma+ Mc= 17.76 + 2.37 Mg = 20.13 kg gases/s

Calculo del flujo (volumen ) de gases:

Para la salida de gases Tgases180 C =453 k

P = 101.35 kPa

P.V =m.R.T

V =35.101

453*287.0*13.20 Vgases= 25.82 m

3/s


33/35

Calculo del flujo (volumen) de aire :

Para una temperatura : Taire= 18 C = 291 K

Paire= 101.35 Kpa

V =35.101

291*287.0*78.17 Vgases= 14.65 m

3/s

Pero adems del ciclo de gas se obtuvo:

Mc = 6.46 kg/s Mg = 281.46 kg/s

Ma = 275 kg/s

Y el volumen de estos gases de combustin a T = 200 C = 473 K

P = 101.35 Kpa

V =35.101

473*287.0*46.281 Vgases= 377 m

3/s

7. Clculo de la potencia de servicios auxiliares:1) Potencia del ventilador de combustin:

Si se considera que la suma de perdidas en el ducto es de 12.5 pulg. H2O;

luego:

HP = 0.0001573(PCM)(Hw) Hw = perdidas (pulg. H2O)

PCM = pie3/min aire

HP = 0.0001573(14.65*60*35.31)(12.5 pulg H2O)

HP = 61.04 HP.

Si se considera que la eficiencia del ventilador es de 75 % y la eficiencia del

motor elctrico es de 90 %

Pot =9.0*75.0

04.61 HP Pot = 90.4 HP


34/35

2) Potencia de la bomba de alimentacin de agua:Si la presin es de 60 Bar = 870.23 psia y considerando perdidas en :

Sobrecalentador = 4.5 %

Recalentador = 4 %

Tubera y vlvulas = 5 %

Tubo colector de vapor = 0.5 %

14 %

Pcaldero = 870.2314.7 = 855.53 psig

855.53/(1-0.14)= 995 psig + 14.7 psi Pcaldero = 1010 psia

Entonces :

HP =60*33000

31.2** tbomba HQ Qbomba = Lb/h

Ht= psia

HP =60*33000

)31.2(*)1010(*)3600*2.2*9.49(

HP = 466 HP

Considerando una eficiencia mecnica de la bomba de 80 % y la eficiencia

del motor del 85 %

Pot =8.0*85.0

466HP Pot = 685.3 HP

3)

Potencia de la bomba de condensado:Si la presin es de 0.076 Mpa = 11 psia y considerando perdidas en el sistema

de tuberas de 8.6 psi ( 20 pie H2O)

P = 118.6 = 2.4 psia.


35/35

Entonces : HP =60*33000

)31.2)(4.2)(3600*2.2*9.49(

HP = 1.1 HP

Considerando una eficiencia mecnica de la bomba del 75 % y una eficiencia

del motor elctrico del 85 %

Pot =85.0*75.0

1.1 Pot = 1.74 HP

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