Diseño de una planta termoelectrica

Facultad Ingeniería Mecánica sede Bogotá
Jaime Enrique Marulanda Cano
marulandacano@hotmail.com
PROYECTO FINAL DE PLANTAS TERMICAS II
CENTRAL TERMOELECTRICA
PRESENTADO A:
ING. GERMAN ARTURO LOPEZ MARTÍNEZ
PRESENTADO POR:
DEIVI RESTREPO ARDILA
JHONATAN RODRÍGUEZ SUÁREZ
JAIME MARULANDA CANO
UNIVERSIDAD SANTO TOMAS DE AQUINO
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA
BOGOTA D.C

Contenido
1. Introducción: ......................................................................................................................... 1
1.1 Funcionamiento de una central térmica ....................................................................... 1
1.2 Carbón Lignito ............................................................................................................... 2
1.2.1 Características carbón Lignito: .............................................................................. 2
1.2.2 Composición carbón lignito .................................................................................. 3
1.3 Alabes ............................................................................................................................ 3
1.3.1 Coeficientes de velocidad y ...................................................................... 3
1.4 Turbinas ........................................................................................................................ 4
2. Memoria detallada de cálculos ............................................................................................. 8
2.1 Ciclo ............................................................................................................................... 8
2.2 Grados de admisión de la turbina ............................................................................... 10
2.3 Valores asumidos ........................................................................................................ 12
2.4 De la turbina ................................................................................................................ 13
2.4.1 Etapas de la turbina ............................................................................................ 13
2.4.2 Triangulo de velocidades .................................................................................... 14
2.4.3 Entalpia de cada etapa ........................................................................................ 21
2.4.4 Grado de parcialidad ........................................................................................... 23
2.4.5 Alturas por etapas ............................................................................................... 23
2.5 Del ciclo ....................................................................................................................... 24
2.6 Cámara de combustión: .............................................................................................. 27
2.6.1 Estequiometria: ................................................................................................... 27
2.6.2 Punto de roció ..................................................................................................... 29
2.6.3 Calor de admisión: .............................................................................................. 30
2.6.4 Calculo de la eficiencia de la Combustión ........................................................... 30
2.6.5 Análisis ................................................................................................................ 31
2.7 Del condensador: ........................................................................................................ 33
2.8 De las bombas ............................................................................................................. 34
2.9 De los calentadores ..................................................................................................... 34
2.10 De las tuberías ............................................................................................................. 35
2.10.1 Parámetros Necesarios para Dimensionar Tuberías de Vapor ........................... 35
2.10.2 Velocidades sugeridas para fluidos en tuberías .................................................. 35
2.10.3 Dimensionamiento de redes de vapor sobrecalentado. ..................................... 37
2.10.4 Resultados cálculos de tuberías .......................................................................... 38
2.11 De la chimenea ............................................................................................................ 39
2.12 De la central ................................................................................................................ 40

3. Conclusiones ....................................................................................................................... 40
4. Bibliografía .......................................................................................................................... 40
5. Correcciones ....................................................................................................................... 41
6. Anexos: ................................................................................................................................ 41
6.1 Anexo 1: Procedimiento general (Matlab) .................................................................. 41
6.2 Anexo 2: Estequiometria Carbón lignito (Matlab) ...................................................... 42

Universidad Santo Tomas
marulandacano@hotmail.com Página 1
1. Introducción:
1.1 Funcionamiento de una central térmica
El objeto de las centrales térmicas es aprovechar la energía calorífica de un combustible para transformarla en electricidad. Esta transformación sigue el siguiente proceso:
 La energía contenida en el combustible se transforma, por combustión en energía calorífica.
 La energía calorífica que absorbe el fluido de trabajo se convierte al expansionarse en la turbina o motor en energía mecánica.
 La energía mecánica es transformada en energía eléctrica a través del generador eléctrico.
El ciclo Rankine es el ciclo termodinámico que se emplea en las centrales térmicas de vapor. En la imagen 1, donde se relaciona cada elemento que compone una central térmica convencional de carbón actual.
imagen 1. Central térmica convencional de carbón. (1)

1.2 Carbón Lignito
imagen 2. . Carbón Lignito (2)
El carbón se compone principalmente de carbono, hidrogeno, oxigeno, nitrógeno, azufre y otros elementos. El carbón se genera por la descomposición de vegetales terrestres, hojas, maderas, cortezas y esporas, que se acumulan en zonas de poca profundidad de pantanos, lagos o desembocaduras de ríos. La forma de clasificar los carbones (más usada) se basa en su contenido de carbono (o grado de carbonificación).
Tipo
Grado carbonificación (%)
Turba
45-60
Lignito
60-75
Hulla
80-90
Antracita
90-95
tabla 1. Tipos de Carbón. (2)
Se debe tener en cuenta que a mayor grado de carbonificación mayor es el poder calorífico de este. (2)
1.2.1 Características carbón Lignito:
El carbón lignito tiene las siguientes características:
 Color marrón-negro.
 Alto contenido de humedad inherente a veces tan alto como 66%.
 Contenido de cenizas entre el 6% a 19%.  Blando y suave.  El contenido de energía de los rangos de lignito 10-20 MJ/kg sobre una base húmeda, mineral sin materias.  Densidad superior a la de la turba, pero inferior a la de la hulla y antracita.  Es un carbón formado hace unas cuantas decenas de millones de años. (3)

1.2.2 Composición carbón lignito
La composición química del carbón tipo lignito se muestra detalladamente en la tabla 2. Estos valores son útiles para el cálculo de la estequiometria generada en la combustión producida en la caldera.
COMPOSICIÓN TÍPICA
Carbono
69 %
Hidrógeno
5,2 %
Oxígeno
25 %
Nitrógeno
0,8 %
tabla 2. . Composición química del carbón lignito. (4)
1.3 Alabes
1.3.1 Coeficientes de velocidad y
Se puede estimar el valor de los coeficientes de velocidad de la imagen 3 que tiene validez universal y da los valores aproximados para en función de la longitud radial del alabe.
imagen 3. Coeficientes de velocidad en función de la longitud radial del alabe. (5)
En la imagen 4 se muestra la variación del coeficiente de velocidad en función del ángulo de desviación, donde la línea superior representa los coeficientes más favorables (paredes especialmente lisas, etc.)

imagen 4. Coeficientes de velocidad en función del ángulo de desviación valido para longitudes radiales próximas a los , según Stodola. (6)
1.4 Turbinas
Turbina de Vapor es un motor rotativo que convierte en energía mecánica, la energía de una corriente de agua, vapor de gas o gas. El elemento básico de la turbina es la rueda o rotor, que cuenta con palas, hélices, cuchillas o cubos colocados alrededor de su circunferencia, de tal forma que el fluido en movimiento produce una fuerza tangencial que impulsa la rueda y la hace girar. Esta energía mecánica se transfiere a través de un eje para proporcionar el movimiento de una máquina, un compresor, un generador eléctrico o una hélice.
1.4.1 Tipos de turbinas
La clasificación de las turbinas de vapor puede hacerse según la forma de aprovechamiento de la energía contenida en el flujo de vapor (reacción o acción), según el número de etapas (multi- etapa o mono-etapa), según la dirección del flujo de vapor (axiales o radiales), si existe o no extracción de vapor antes de llegar al escape y por último por la presión de salida del vapor (contrapresión, escape libre o condensación). Los tipos de turbina son:
1.4.1.1 Turbina de impulso o de una sola etapa:
Es llamada también turbina lava después por su inventor. La turbina consiste de un solo rotor que se une a las alabes de impulso. El vapor se alimenta de una o más boquillas convergente- divergente que no se extienden completamente como una circunferencia en el rotor, por otra parte solo una sección de la alabes es afectada por el vapor en cualquier tiempo además de que las boquilla permiten controlar la turbina cerrado una o más entrada de estas. En el diagrama para una turbina Laval imagen 5 muestra el diagrama de velocidades que indica el flujo de vapor en los alabes.

imagen 5. Diagrama esquemático de una turbina de impulso (7)
Donde es la velocidad de entrada absoluta y es la velocidad de salida absoluta, además de que es la velocidad relativa de entrada de los alabes del rotor y es la velocidad relativa de salida. U es la velocidad del rotor y es el ángulo de la boquilla y es el ángulo final de salida del fluido.
1.4.1.2 Turbina tipo Curtis
Se compone de una sola fase de boquillas como una turbina de una sola fase, seguido por dos filas de alabes fijos en el extractor que tienen como función de re direccionar el vapor de salida de la primera fase de los alabes hacia la segunda fila de alabes móviles. Una turbina de impulso (Como también se le llama) Curtis que se muestra en la imagen 6 , muestra los cambios de presión y velocidad absoluta del vapor a través de la etapa, también se debe tener en cuenta la disminución de entalpía total y por lo tanto la caída de presión que se produce en las boquillas con el fin de que se mantengan estable en las tres filas de alabes.
imagen 6. Diagrama de velocidad de etapa Curtis (7)

La velocidad es absorbida en dos fases. En donde en la según los alabes estáticos en donde la presión y la velocidad permanecen constante. Los alabes fijos también llamados paletas de guía, además de que la velocidad de la etapa compuesta también se llama etapa de Curtis. El diagrama de velocidad de la turbina de impulso de velocidad compuesto se muestra en la imagen 7.
imagen 7. Triangulo de velocidades de una turbina de impulso. (6)
1.4.1.3 Turbina Rateau o de impulso
La turbina está compuesta por un grupo de alabes fijos que actúan como toberas, es decir permiten una caída de presión y un incremento de la energía cinética del vapor y un grupo de alabes móviles reciben la energía del vapor que sale de los alabes fijos transformándola en trabajo que se utiliza en el árbol. Todos los rotores están acoplados al mismo árbol. Estas turbinas pueden tener varias etapas (entre 5 y 15) y normalmente el vapor cubre la totalidad (360°) de los alabes móviles (admisión total) y utilizan generalmente en su primera etapa una de velocidad, que puede ser de tipo Laval o Curtis.
En estas turbinas el régimen de rotación es menor que en las turbinas Laval o Curtis, lo cual permite lograr una mayor vida de la misma, su inconveniente es que el árbol debe ser robusto, debido a su gran longitud. Su nombre se debe a su inventor.
Tal como ha sido descrita ésta turbina sería como tener varias turbinas Laval, una a continuación de la otra, un diagrama de presión- velocidad de una turbina de impulso se muestra en la imagen 8.

imagen 8. Diagrama de presión- velocidad de una turbina de impulso. (6)
1.4.1.4 Turbinas de reacción
Esta turbina tiene gran número de etapas (entre 15 y 50); cada una de ellas con admisión total de vapor y tanto en el grupo de álabes fijos como en los móviles se presenta caída de presión del vapor, que debido al gran número de partes donde se sucede, los incrementos de velocidades (energía cinética) del vapor no son altos; por tal razón, al igual que en las turbinas Rateau, los regímenes de rotación son bajos.
Por su gran longitud, debido al alto número de etapas, en lugar de usar árbol, generalmente, los álabes móviles están montados sobre un tambor, en especial los de las últimas etapas. Esta turbina es usada para mover generadores de gran potencia.
En la actualidad, las turbinas Rateau o Parson por si solas no se construyen, sino que las turbinas de gran potencia se fabrican con los diferentes tipos de etapas descritos, colocándose una etapa de velocidad en su parte inicial, que puede ser de tipo Laval o Curtis, posteriormente, en su zona intermedia se instalan etapas tipo Rateau y finalmente en su parte final, zona de bajas presiones, se instalan etapas tipo Parson. Al pasar de las etapas de velocidad que son de admisión parcial a las etapas de presión, ya sean Rateau o Parson, que son de admisión total, el vapor pasa por una zona o compartimiento de la carcasa de la turbina llamado escalón de regulación al que permite que éste cambio en la admisión del vapor en los alabes.

imagen 9. Diagrama de velocidades de una turbina Parson (6)
2. Memoria detallada de cálculos
2.1 Ciclo
Nuestros datos iniciales para el ciclo en general son:
Potencia
65
MW
RPM
2400
Calidad salida
0,97
Presión salida
34
Kipá
Carbón
Lignito
tabla 3. Tabla de valores para el ciclo. (8)
Teniendo en cuenta que se realizan 5 extracciones parciales a los finales de las etapas 4, 8, 12, 15. Conformándose 6 secciones o cilindros; la tercera extracción va a un calentador abierto, las otras extracciones van a calentadores cerrados, todas ellas para realizar un ciclo regenerativo; al final de la cuarta etapa se realiza una extracción total para efectuar un recalentamiento intermedio del vapor. Se estima que la turbina consume un 2,5% de potencia para mover sus accesorios; la presión de escape, la calidad y la velocidad de rotación se muestran en la tabla 3.
Con la información suministrada anteriormente, se puede plantear el diagrama del ciclo correspondiente para la central termoeléctrica imagen 12 y el esquema de los equipos requeridos imagen 11.

imagen 10. Equipos central termoeléctrica.
De tal manera que el diagrama de equipos es:
imagen 11. . Diagrama de equipos.
.

imagen 12. Diagrama Temperatura- Entropía central termoeléctrica.
2.2 Grados de admisión de la turbina
La eficiencia de las etapas Rateau y Curtis se hallaron muy parecidas de acuerdo a la imagen 13
imagen 13. Eficiencia de las boquillas y grado de admisión de las boquillas (9)
En la siguiente figura se muestran los diferente tipos de ángulos de los alabes de una turbina Rateau

imagen 14. Angulo de alabes de una turbina Rateau (10)

[Escribir texto] Página 12
2.3 Valores asumidos
Etapa
GA
Laval
15-20
0,92-0,94
0,85-0,9
N. a
N. a
Parcial
Curtis
15-20
0,92-0,95
0,85-0,9
0,85-0,9
N. a
Parcial
Rateau
18-23
0,56-0,6
0,93-0,95
0,85-0,9
N. a
N. a
Total
Reacción
20-25
0,94-0,96
N. a
N. a
0,9-0,95
Total
tabla 4. Valores asumidos para las diferentes etapas de la turbina de la central termoeléctrica.

Etapa
Valor asumido
Bibliografía
Laval, Curtis, Rateau
(5)
Laval y Curtis
(7) (11)
Rateau
(7)
Alabes fijos
(5) (11)
Curtis
(5)
Rateu
(5) (7)
Laval
(5)
Reacción
Simétricas
Eficiencia toberas
Velocidad Entrada Tobera ( )
(12)
Velocidad Salida Tobera (
tabla 5. Valores asumidos para la solución del problema.
2.4 De la turbina
La turbina se encuentra compuesta por las toberas y las diferente etapas, en la imagen 15 se diagrama una tobera convergente- divergente y las etapas de la turbina, que en el caso de la central termoeléctrica de estudio son 22 etapas.
imagen 15. . Tobera y etapas de la turbina. (13)
2.4.1 Etapas de la turbina
Donde la tobera impulsa el fluido de trabajo para darle la velocidad inicial a las etapas de turbina, esta entrada de velocidad entra a las etapas de la turbina con un ángulo, el cual es el ángulo fijo de entrada para la turbina.
Los datos iniciales por etapa se detallan en la tabla 6, donde se muestra el número de etapa, diámetro medio en milímetros y en metros, tipo de etapa y numero de alabes.
Etapa
Diam Med (mm)
Diam med (m)
Tipo
No alabes
1
980
0,98
Curtis
122
2
935
0,935
Rateau
118
3
945
0,945
Rateau
118
4
954
0,954
Rateau
119

5
980
0,98
Laval
122
6
935
0,935
Rateau
118
7
945
0,945
Rateau
118
8
954
0,954
Rateau
119
9
966
0,966
Rateau
119
10
978
0,978
Rateau
120
11
990
0,99
Rateau
121
12
1000
1
Rateau
122
13
1015
1,015
Rateau
122
14
1030
1,03
Rateau
121
15
1048
1,048
Reacción
120
16
1063
1,063
Reacción
119
17
1078
1,078
Reacción
117
18
1098
1,098
Reacción
114
19
1134
1,134
Reacción
111
20
1168
1,168
Reacción
108
21
1200
1,2
Reacción
105
22
1250
1,25
Reacción
101
tabla 6. Valores iniciales por etapa. (8)
2.4.2 Triangulo de velocidades
imagen 16. Triangulo de velocidades de una etapa. (5)
Donde:
 Cb= Velocidad alabes.
 Cw = Velocidad de volteo.
 Cae= Velocidad absoluta de entrada.
 Cre= Velocidad relativa de entrada.
 Cas= Velocidad absoluta de salida.
 Crs= Velocidad relativa de salida.
 Cfe= Velocidad de cruce axial de entrada.
 Cfs= Velocidad de cruce axial de salida.
 Cwe= Velocidad de volteo de entrada.
 Cfs= Velocidad de cruce axial de salida.
 Angulo móvil de entrada.
 Angulo móvil de salida.

 Angulo fijo de entrada.
 Angulo fijo de salida.
 Relación de velocidades óptimo.
 Coeficiente fricción alabes móviles.
 Coeficiente fricción alabes fijos.
 Diferencia de entalpia real en la etapa.
 = Diferencia de entalpia teórica en la etapa.
 Eficiencia tobera
 Eficiencia alabes
 Eficiencia de la etapa
Se selecciona el ángulo menor de entrada el cual sería similar al ángulo de salida para de esta manera aumentar el Cw. Con lo cual se aumenta la diferencia de entalpias lo cual es equivalente a un mayor trabajo, disminuyendo flujo para un mayor trabajo en las turbinas, y un menor trabajo en las bombas. Con los datos anteriores podemos obtener Cb por cada etapa, dada la ecuación
Ecuacion 1: Velocidad de alabes.
Donde:
Diámetro medio de los alabes
Etapa
Diam Med (mm)
Diam med (m)
Tipo
No. alabes
Cb (m/s)
1
980
0,98
Curtis
122
123,150432
2
935
0,935
Rateau
118
117,4955652
3
945
0,945
Rateau
118
118,7522023
4
954
0,954
Rateau
119
119,8831757
5
980
0,98
Laval
122
123,150432
6
935
0,935
Rateau
118
117,4955652
7
945
0,945
Rateau
118
118,7522023
8
954
0,954
Rateau
119
119,8831757
9
966
0,966
Rateau
119
121,3911401
10
978
0,978
Rateau
120
122,8991046
11
990
0,99
Rateau
121
124,4070691
12
1000
1
Rateau
122
125,6637061
13
1015
1,015
Rateau
122
127,5486617
14
1030
1,03
Rateau
121
129,4336173
15
1048
1,048
Reacción
120
131,695564
16
1063
1,063
Reacción
119
133,5805196
17
1078
1,078
Reacción
117
135,4654752
18
1098
1,098
Reacción
114
137,9787493
19
1134
1,134
Reacción
111
142,5026428
20
1168
1,168
Reacción
108
146,7752088
21
1200
1,2
Reacción
105
150,7964474
22
1250
1,25
Reacción
101
157,0796327
tabla 7. . Datos iniciales y velocidad de los alabes por etapa. (8)

Para la primera etapa después de la tobera diremos que podemos obtener cae mediante la siguiente ecuación:
Ecuacion 2: Relación optima de velocidades
Al conocer la relación la cual la tenemos de la tabla 4 y , podemos hallar
Ecuacion 3: Relación de velocidades para Cae
Teniendo lo anterior podemos hallar :
Ecuacion 4: Velocidad relativa de entrada
Con lo anterior se haya
Ecuacion 5: Velocidad de cruce axial
Al tener el término anterior diremos que:
Ecuacion 6: Angulo móvil de entrada
Seguimos con :
Ecuacion 7: Velocidad de volteo de entrada
Y proseguimos con:
Ecuacion 8: Velocidad relativa de salida
Para obtener un mayor lo ideal sería que fuera 1, dado que eso es un caso ideal podemos ver en la tabla 4 que están los valores entre 0,85 y 0,9 para todas las etapas menos la de reacción, por lo anterior se trabajar con 0,9.
2.4.2.1 Para las turbinas Laval, Curtis, Rateau:
Después de esto diremos que
Ecuacion 9: Velocidad de volteo a la salida

Teniendo en cuenta la relación del ángulo que es presentada en tabla 4. Con lo anterior:
Ecuacion 10: Velocidad de cruce axial de salida
De esta manera ya podemos calcular
Ecuacion 11: Velocidad de volteo
Ecuacion 12: Velocidad de cruce axial
Con lo anterior ya podemos obtener :
Ecuacion 13: Velocidad absoluta de salida
Continuando con:
Ecuacion 14: . Angulo fijo de salida
Luego se halla la eficiencia de los alabes:
Ecuacion 15: . Eficiencia alabes (no aplicable para reacción)
Teniendo en cuenta que la eficiencia de las toberas es de 0,94 diremos que la eficiencia de la etapa es de
Ecuacion 16: Eficiencia de la etapa
Donde es la eficiencia de la tobera. Luego de esto se halla la diferencia de entalpias:
Ecuacion 17: Diferencia de entalpia real
Para hallar tendremos en cuenta la eficiencia de la etapa (
Ecuacion 18: Diferencia de entalpia Teórica

2.4.2.2 Para las etapas de reacción:
Se tiene en cuenta que esta son simétricas por lo cual diremos que:




De igual manera diremos la diferencia de entalpia real para esta etapa es:
Ecuacion 19: Diferencia de entalpia para etapa de reacción
Con esto en mente podemos decir que a un menor habrá una mayor diferencia, lo cual es lo que se desea por lo cual se escogerá 0,9. Luego Para hallar tendremos en cuenta la eficiencia de la etapa ( como se muestra en la Ecuacion 16:
2.4.2.3 Para la etapa Curtis:
Esta se puede decir está compuesta de dos etapas similares se debe tener en cuenta que el para la segunda etapa pasa primero por unos alabes fijos, por lo cual se necesita tener en cuenta la imagen 17 para posteriormente repetir el proceso anterior.
imagen 17. Esquema y geometría de etapa Curtis. (9)
Los geometría y velocidades de los alabes fijos en una etapa de tipo Curtis se muestra en la imagen 18.

imagen 18. Geometría de los alabes fijos. (10)
La velocidad absoluta de salida de la primera etapa entra al alabe fijo con el ángulo de entrada igual al ángulo de salida de los alabes móviles. Al realizar el paso por el alabe fijo se convierte en la velocidad absoluta de entrada de la etapa 2, ingresando a esta etapa con el ángulo fijo de salida de los alabes fijos, que corresponde al ángulo de entrada de los alabes móviles de la segunda etapa.

Tipo
Etapa
(Kj/kg)
(Kj/Kg)
Curtis
1
106,594255
0,81970859
0,77052608
130,039206
15
47,8645974
19,6600604
33,0709421
Rateau
2
18,8812705
0,85781634
0,80634736
22,0108544
18
53,0762283
38,3161636
33,3161636
Rateau
3
19,2873077
0,85781634
0,80634736
22,4841925
18
53,0762283
38,3161636
33,3161636
Rateau
4
19,6564345
0,85781634
0,80634736
22,9145022
18
53,0762283
38,3161636
33,3161636
Laval
5
26,2190636
0,88599605
0,83283629
29,5927544
15
73,965991
28,6792847
28,6792847
Rateau
6
18,8812705
0,85781634
0,80634736
22,0108544
18
49,250235
38,3161636
33,3161636
Rateau
7
19,2873077
0,85781634
0,80634736
22,4841925
18
53,0762283
38,3161636
33,3161636
Rateau
8
19,6564345
0,85781634
0,80634736
22,9145022
18
53,0762283
38,3161636
33,3161636
Rateau
9
20,154046
0,85781634
0,80634736
23,4945933
18
53,0762283
38,3161636
33,3161636
Rateau
10
20,6578777
0,85781634
0,80634736
24,0819354
18
53,0762283
38,3161636
33,3161636
Rateau
11
21,1679296
0,85781634
0,80634736
24,6765288
18
53,0762283
38,3161636
33,3161636
Rateau
12
21,5977243
0,85781634
0,80634736
25,1775622
18
53,0762283
38,3161636
33,3161636
Rateau
13
22,2505155
0,85781634
0,80634736
25,9385541
18
53,0762283
38,3161636
33,3161636
Rateau
14
22,9130257
0,85781634
0,80634736
26,7108758
18
53,0762283
38,3161636
33,3161636
Reacción
15
16,2344109
0,89335904
0,83975749
18,1723252
20
51,1757577
51,1757577
20
Reacción
16
16,7024622
0,89335904
0,83975749
18,6962481
20
51,1757577
51,1757577
20
Reacción
17
17,1771651
0,89335904
0,83975749
19,2276167
20
51,1757577
51,1757577
20
Reacción
18
17,8204493
0,89335904
0,83975749
19,9476902
20
51,1757577
51,1757577
20
Reacción
19
19,0081599
0,89335904
0,83975749
21,2771788
20
51,1757577
51,1757577
20
Reacción
20
20,1650663
0,89335904
0,83975749
22,572186
20
51,1757577
51,1757577
20
Reacción
21
21,3189678
0,88691212
0,83369739
24,0372945
21
52,6559005
52,6559005
21
Reacción
22
23,1717567
0,88013019
0,82732238
26,3276467
22
54,0602859
54,0602859
22
tabla 8. Tabla de resultados.
Procedimiento detallado en el Anexo 1: Procedimiento general (Matlab).

2.4.3 Entalpia de cada etapa
Teniendo en cuenta los resultados de la tabla 8 y la salida de la etapa 22 la cual denominaremos punto 23, el cual conocemos. Empezamos a trabajar con las entalpias.
Cuanto tenemos calidad diremos que
Ecuacion 20: Entalpia real
Para el punto 23 diremos que está a una presión de 34KPa y calidad 0,97. Después de tener esta entalpia diremos que la entalpia del punto anterior se calcula mediante.
Ecuacion 21: Entalpia real del punto anterior
Donde i es el punto actual luego calcularemos la entalpia real
Ecuacion 22: Entalpia teórica
Con esta entalpia teórica hallaremos la calidad real
Ecuacion 23: Calidad real
De esta manera hallar la entropía para decir
Ecuacion 24: Entropía real
Mediante la ecuación
Ecuacion 25: Entropía real
Teniendo los datos anteriores hallaremos los estados termodinámicos correspondientes teniendo en cuenta que para definir un estado termodinámico necesitamos dos propiedades. Para hallar los estados termodinámicos con una mayor exactitud haremos uso del software Termograf v 5.7.
Al llegar a la parte donde se hace el recalentamiento (etapa 4) diremos que la presión de entrada de la etapa 5 es igual a la presión de la salida de la etapa 4, de igual manera diremos que la presión de entrada de la etapa 1 es 100KPa superior a la presión de entrada de la etapa 5, teniendo en cuenta que la temperatura de entrada de la etapa 5 es igual a la temperatura de entrada de la etapa 1.

Entrada etapa Salida etapa Punto x' P (Kipá) h (kj/kg) hi (KJ/Kg) x S’ ( KJ/KgK) S ( KJ/KgK) T(°C) 22 23 0,97 34 2553,81411 2556,97 0,96764673 7,54211 7,50129 71,9658 22 21 22 0,97564 40,75 2577,42343 2580,14176 0,97447 7,50129 7,49352 76,2715 21 20 21 0,98208 47,4817 2599,0536 2601,46072 0,98104 7,49352 7,48672 80,0037 20 19 20 0,98823 54,6877 2619,35677 2621,62579 0,98725 7,48672 7,48038 83,5351 19 18 19 0,99409 62,3573 2638,50671 2640,63395 0,99316 7,48038 7,47448 86,8887 18 17 18 0,99951 70,8496 2656,40395 2658,4544 0,99861 7,47448 7,46597 90,2214 17 16 17 - 79,4797 2673,63778 2675,63157 - 7,46597 7,4606 98,8271 16 15 16 - 88,6433 2690,39611 2692,33403 - 7,4606 7,45551 107,722 15 14 15 - 98,3215 2704,77059 2708,56844 - 7,45551 7,44574 116,348 14 13 14 - 114,062 2727,79343 2731,48146 - 7,44574 7,43654 128,526 13 12 13 - 131,198 2750,15214 2753,73198 - 7,43654 7,42786 140,323 12 11 12 - 149,726 2771,8211 2775,3297 - 7,42786 7,41959 151,747 11 10 11 - 169,842 2793,07358 2796,49763 - 7,41959 7,41172 162,922 10 9 10 - 191,491 2813,81496 2817,15551 - 7,41172 7,40423 173,806 9 8 9 - 214,673 2834,05149 2837,30956 - 7,40423 7,3971 184,406 8 7 8 - 239,379 2853,76911 2856,96599 - 7,3971 7,39026 194,726 7 6 7 - 265,771 2873,12372 2876,2533 - 7,39026 7,3837 204,835 6 5 6 - 293,809 2891,76088 2895,13457 - 7,3837 7,37677 214,716 - 4 5 - 335,161 2729,98623 2921,35363 - 7,37677 7,37026 228,381 5 - 4 - 162,24 2749,64266 2752,90073 7,34 7,33 141,19 4 3 3 - 182,3 2769,36028 2772,55717 7,33 7,31 151,59 3 2 2 - 212,39 2788,71489 2791,84447 7,31 7,3 162,054 2 1 1 - 235,45 2787,28079 2810,72574 7,3 7,25 171,99 1
-
0 -
435,161
2917,32
7,25
228,381
tabla 9. Tabla resultados entalpias por etapa

2.4.4 Grado de parcialidad
El grado de parcialidad para las turbinas está dado por la ecuación:
Ecuacion 26: Grado de parcialidad
Donde es y diremos que su ecuación es
Ecuacion 27: Calculo de
Tendremos en cuenta que el grado de parcialidad para las etapas de turbina de admisión parcial es de 0,9 y para las de admisión total de 1.
2.4.5 Alturas por etapas
Para hallar la altura de cada etapa usaremos la ecuación
Ecuacion 28: Altura de cada etapa
Así obtendremos:
Etapa
Diam med (m)
Tipo
No alabes
flujo
v
altura (mm)
1
0,98
Curtis
122
118,967352
0,85
0,043609265
2
0,935
Rateau
118
118,967352
0,93
0,142388949
3
0,945
Rateau
118
118,967352
1,06
0,162285447
4
0,954
Rateau
119
118,967352
1,16
0,174616179
5
0,98
Laval
122
118,967352
0,76
0,087831575
6
0,935
Rateau
118
118,967352
0,81
0,124016181
7
0,945
Rateau
118
118,967352
0,89
0,136258536
8
0,954
Rateau
119
118,967352
0,97
0,146015253
9
0,966
Rateau
119
116,490001
1,06
0,156232231
10
0,978
Rateau
120
116,490001
1,17
0,169574303
11
0,99
Rateau
121
116,490001
1,29
0,183879855
12
1
Rateau
122
116,490001
1,44
0,201901945
13
1,015
Rateau
122
113,43805
1,6
0,218445186
14
1,03
Rateau
121
113,43805
1,81
0,251203172
15
1,048
Reacción
120
113,43805
1,96
0,411762526
16
1,063
Reacción
119
111,494831
2,13
0,447193204
17
1,078
Reacción
117
111,494831
2,34
0,508177049
18
1,098
Reacción
114
111,494831
2,62
0,599256398
19
1,134
Reacción
111
108,350661
2,94
0,689150469
20
1,168
Reacción
108
108,350661
3,34
0,8268676
21
1,2
Reacción
105
108,350661
3,83
1,030007453

22
1,25
Reacción
101
108,350661
4,51
1,345379871
tabla 10. Alturas y flujo por etapas.
2.5 Del ciclo
Para realizar el ciclo haremos las siguientes aproximaciones
 h16=h11=h17
 h18=h8=h20
 h19=h7=h21
En el estado termodinámico 5 diremos que su calidad es de 0. De esta manera diremos que:
Ecuacion 29: . Eficiencia ciclo
Siendo:
: Trabajo de la turbina
: Trabajo de las bombas
Ecuacion 30: Trabajo total de las bombas
Wb trabajo de una bomba
Ecuacion 31: Trabajo de una bomba
Calor de admisión
Ecuacion 32: Calor de admisión
Donde m es el flujo másico total (ya que en este punto entra todo el flujo).
Para hallar estos valores es necesario el identificar las relaciones de flujos que pasan por cada etapa.
Es decir y1, y2, y3, y4 y y5 como se muestra en la imagen 19

imagen 19. Diagrama T-S aproximado
.
De tal manera que diremos para el primer calentador (entre punto 6 y 7)
Ecuacion 33: Balance de energía calentador cerrado 1
Para el segundo calentador cerrado (entre punto 7 y 8)
Ecuacion 34: alance de energía calentador cerrado 2
Para el tercer calentador cerrado (entre punto 10 y 11)
Ecuacion 35: Balance de energía calentar cerrado 3
Para el calentador abierto diremos:
Ecuacion 36: Balance de energía calentador abierto
Además se debe tener en cuenta que:
Ecuacion 37: Conservación de masa (flujo)
Sin embargo diremos que las bombas son ideales.
Con lo anterior obtendremos los siguientes resultados:
Extracción
1
2
3
4
5
y
0,02740561
0,018563
0,01634948
0,02474134
0,91294057
tabla 11. Resultado extracciones de flujo (porcentual)

Como sabemos que el trabajo realizado de la turbina es de 66625KW (teniendo en cuenta el consumo de las partes de la turbina, el cual es de 2,5%. Con esto diremos:
Ecuacion 38: . Trabajo de las turbinas
Despejaremos el flujo y de esta manera:
Ecuacion 39: Flujo de masa
Así obtendremos un flujo de 118,89 Kg/s
De tal manera que:
1
2
3
4
5
Total
y
0,02082379
0,02565369
0,01633405
0,02642885
0,91075963
1
m (Kg/s)
2,47735066
3,05195136
1,94321835
3,14417025
108,350661
118,967352
tabla 12. Resultado extracciones de flujo
Los resultados para los puntos son los siguientes:
Punto
h (KJ/Kg) S (KJ/KgK) P (KPa) T (C) x v
1
2917,32 7,25 435,161 228,381
0,52
2
2752,90073 7,34 162,24 141,19
1,16
3
2921,35363 7,37677 335,161 228,381
0,68
4
2556,97 7,54211 34 71,9658 0,97 4,51
5
302,2 0,98 34 71,97 0 1,02E-03
6
301,7 0,98 149,726 71,83
1,02E-03
7
364,78 1,16 149,726 86,88
1,03E-03
8
403,98 1,27 149,726 96,23
1,04E-03
9
467,11 1,43 149,726 111,272 0 1,05E-03
10
465,87 1,43 435,161 110,93
1,05E-03
11
514,245 1,55 435,161 122,41
1,06E-03
12
2837,30956 7,40423 214,673 184,406
0,97
13
2775,3297 7,42786 149,726 151,747
1,44
14
2692,33403 2692,33403 88,6433 107,722
1,96
15
2640,63395 7,48038 62,3573 86,8887 0,99409 2,62
16
514,245 1,55 214,673 122,44 0 1,06E-03
17
514,245 1,56 149,726 111,27 0,02 0,026
18
403,98 1,27 88,6433 96,24 0 1,04E-03
19
364,78 1,16 62,3573 86,89 0 1,03E-03
20
403,98 1,28 34 71,97 0,044 0,2
21
364,78 1,16 34 71,97 0,027 0,13
tabla 13. Resultados puntos del proceso

2.6 Cámara de combustión:
2.6.1 Estequiometria:
Teniendo en cuenta la tabla 2 anterior diremos:
Ecuacion 40: Estequiometria de los gases
Para 1 Kg.
Y un exceso de aire del 20%, se hace una reacción con aire seco el cual está conformado por:
Para 1 Kg. La reacción anterior se puede expresar de la siguiente forma:
Donde el peso molecular es:
Molécula
Peso molecular
C
12
H
1
O
16
N
14
tabla 14. Peso molecular
Donde el resultado de esta reacción es:
Ecuacion 41: Peso molecular
De tal manera que la ecuación seria:
Ecuacion 42: Estequiometria de gases de vapor y secos
Al hacer el balance diremos:

De tal manera que obtendremos:
Ecuacion 43: Resultado estequiometria
Procedimiento de cálculo Anexo 1 (código matlab)
“Sabemos que la fórmula de la relación aire- combustible es la relación de masa que se extiende entre el aire utilizado en el proceso de combustión respecto al combustible” (14).
En donde la fórmula es:
Ecuacion 44: Relación aire combustible
La relación aire/combustible se puede también relacionar con el volumen del aire considerando todas las moléculas presentes en la combustión.
Considerando lo anterior se calcula Va como una relación aire/combustión donde 8.4666 es el valor de x y la ecuación que queda es:
Ecuacion 45: Volumen del aire
Se realiza un análisis volumétrico de los gases secos
Producto
Cantidad de moles por producto
Volumen del producto
2.53
16.4
0.4012
4.5
7.9767
79.1
tabla 15. Cantidad de moles y volumen del producto de la combustión
Masa de productos/ Kg de Combustible.
Productos
Kg/100 Kmol comb.
Masa molar (Kg/Kmol)
Masa (Kg/100 Kmol comb.)
0.468
18
8.424
2.53
44
111.32
0.4012
32
12.8384

7.9767
28
223.3476
Total
11.3759
122
355.93
tabla 16. Tabla de producto de la combustión
Donde es la cantidad de moles que posee un compuesto o elementos que están presentes en la combustión donde se calcula por medio de la siguiente fórmula:
Ecuacion 46: Cantidad de moles de un compuesto
Y es la masa molar del componente y su ecuación es:
Ecuacion 47: Masa de la combustión
De acuerdo a la ley de Boltzmann donde utilizan n como el número real de moléculas, donde se puede observar la constante de masa atómica sobre la masa anatómica del compuesto que es:
Ecuacion 48: Relación de Boltzmann
Donde simplificándola para el problema donde se relacionan los moles del producto seco por los moles del producto antes de la combustión sin adicción de aire. Con lo que da resultado a la siguiente ecuación:
Ecuacion 49: Relación de masas de producto por combustión
2.6.2 Punto de roció
“Los gases de combustión no deben enfriarse por debajo de su punto de rocío ácido a fin de evitar condensaciones que faciliten la corrosión (en combustibles con contenido de azufre significativo, como carbón o fuel esta temperatura está en el entorno de 140 °C, mientras que en las calderas de gas natural esta temperatura es de 50-60 °C)”. (15)

El punto de roció está determinado por la presión de vacío.
Ecuacion 50: Presión de roció para la caldera.
Para tal propósito tenemos que:
Ecuacion 51: Moles sobre kg de combustión del oxigeno
La cantidad de moles de gases secos por kilogramo de combustible, se suman la cantidad de moles de vapor por kilogramo de combustible para encontrar la cantidad de moles totales de la combustión.
Ecuacion 52: Suma de los moles de los gases
Conociendo la presión de Bogotá que es aproximadamente 0,74 bares (550 mm de Hg o 74Kpa) (16), se puede calcular la presión de roció de la siguiente manera:
Ecuacion 53: Presión de vacio
Ahora para conocer la temperatura de roció, se puede hallar conociendo la temperatura de saturación (Tablas Agua saturada), a la presión de roció obtenida en el anterior paso.
2.6.3 Calor de admisión:
Para el calor de admisión utilizaremos la Ecuacion 32:
Así obtendremos un calor de admisión de 305927,864 KW
2.6.4 Calculo de la eficiencia de la Combustión
La eficiencia de la combustión de la caldera está dada por la relación de los valores de exceso de aire en la combustión y la cantidad de monóxido de carbono como se muestra en la imagen 20. En donde se muestra que teniendo un 20% de aire de exceso da una pérdida de combustión de un 7% aproximadamente con lo que da una eficiencia de combustión de un 83%, también otra forma de comprobarlo es por la temperatura de salida de la caldera donde nos arroja

imagen 20. Eficiencia de combustión estequiometria de una caldera (17)
Para el cálculo del calor suministrado por el combustible se basa de la siguiente ecuación
Donde es el flujo de combustible y es el poder calorífico superior. En donde es un 5% menos que el poder calorífico neto.
2.6.5 Análisis
Para analizar el flujo de los gases sabemos que
Ecuacion 54: Calor cedido
Ecuacion 55: Calor del aire
Sabiendo que:
Donde
Es el flujo másico
Es el calor específico
Reemplazando la anterior expresión queda:

Ecuacion 56: Relación gases-aire
Despejamos para hallar en donde sale la Ecuacion 57:
Ecuacion 57: Flujo másico de los gases
Sabiendo que es
La resolución de la ecuación queda así:
Donde la ecuación final queda así:
Donde queda la resolución es:
Para los gases del combustible la pérdida por purgas es de un 9.68% de acuerdo a la siguiente imagen:
imagen 21. Análisis de purgas en una caldera piro tubular (18)
Lo siguiente será el análisis del flujo de combustible
El poder calorífico se muestra en la tabla 17.

tabla 17. Poder calorífico de distintos tipos de carbón (18)
Se desarrolla la Ecuacion 58: del calor suministrado y se despeja :
Ecuacion 58: Calor de admisión de la caldera
Ecuacion 59:
2.7 Del condensador:
Para el condensador diremos que la variación máxima de temperatura es de 10ºC
Y con la ecuación
Ecuacion 60: Calor de extracción del condensador
Ecuacion 61: . Flujo de agua en el condensador para extracción de calor
Donde es el flujo de agua en el condensador para enfriar este, además sabiendo que C es la capacidad calorífica del agua la cual es (19) y Q es el calor de extracción.
Y como sabemos que el calor de extracción del calor es
Ecuacion 62: . Calor extracción del condensador
Teniendo en cuenta que el flujo que pasa por esta es
Ecuacion 63: Flujo del condensador
Con lo cual obtendremos un calor de extracción de . De esta manera diremos que el flujo de agua requerido para enfriar el condensador es de .

2.8 De las bombas
Diremos que la bomba 1 es aquella que va del punto 5 al 6, y la bomba 2 la que va del punto 9 al punto 10, además teniendo en cuenta la Ecuacion 31: de tal forma que obtendremos:
Flujo (kg/s)
Potencia (KW)
Bomba1
113,426496
11,8406659
Bomba2
118,891786
39,3550486
tabla 18. . Trabajo y flujo de las bombas
2.9 De los calentadores
2.9.1.1 Calentadores cerrados
Como los calentadores cerrados tienen dos flujos les asignaremos los siguientes nombres m1 y m2, además las temperaturas de entrada y salida como se muestra en la imagen 22, además trabajaremos el calentador cerrado 1 como el que va del punto 6 al 7, calentador cerrado 2 como el que va del punto 7 al 8, y calentador cerrado 3 como el que va del punto 10 al 11.
imagen 22. Flujo en los calentadores cerrados (2)
Calentador
m1 (Kg/s)
T1 entrada (C)
T1 salida (C)
m2 (Kg/s)
T2 entrada (C)
T2 salida(C)
1
113,43805
71,83
86,88
3,14417025
86,8887
86,89
2
113,43805
86,88
96,23
1,94321835
107,722
96,24
3
118,967352
110,93
122,41
2,47735066
184,406
122,44
tabla 19. . Resultado flujo y temperatura calentadores cerrados
2.9.1.2 Del calentador abierto
Para el calentador abierto diremos
imagen 23. . Calentador abierto (13)

T (C)
m (Kg/s)
1 entrada
110,93
113,43805
2 entrada
151,747
3,05195136
3 entrada
111,27
2,47735066
salida
111,272
118,967352
tabla 20. . Resultado flujo y temperatura calentador abierto
2.10 De las tuberías
El tamaño apropiado de la tubería para llevar la cantidad necesaria de vapor de agua a la presión necesaria debe ser elegido, ya que una tubería de tamaño insuficiente significa caídas de presión, aumento de velocidades, ruido y erosión, mientras que un tubo sobredimensión- nado es sumamente costoso de instalar y las pérdidas de calor serán mayores de lo necesario.
Es importante tener en cuenta el debido diseño de las tuberías, ya que son las encargadas de suministrar el fluido de trabajo necesario para cada dispositivo que compone la central eléctrica.
2.10.1 Parámetros Necesarios para Dimensionar Tuberías de Vapor
Los parámetros necesarios para dimensionar tuberías de vapor que utilizan vapor recalentado serán los siguientes:
 Caudal másico: El caudal másico representa la cantidad de vapor que fluye a través de la tubería de vapor, que se requiere dimensionar.
 Presión de vapor: Es aquella presión que se registra al comienzo de la tubería que se va a dimensionar.
 Temperatura de vapor: Es otro parámetro importante y junto con la presión definen las diferentes propiedades termodinámicas que posee el vapor sobrecalentado.
 Caída de presión máxima admisible: Es la máxima caída de presión que se puede admitir en el tramo de la tubería que se está dimensionando. Esta caída de presión no debe exceder 20% de la presión máxima en la caldera. Este valor debe incluir todas las caídas de presión originadas en los tubos, en los codos, y en las válvulas. Recuérdese que una caída de presión es una pérdida de energía.
2.10.2 Velocidades sugeridas para fluidos en tuberías
FLUIDO
VELOCIDAD SUGERIDA
MATERIAL DE LA TUBERIA
VAPOR
0-30psi Saturado
4000-6000 fpm
Acero
30-150psi (Saturado o Sobrecalentado)
60000-10000 fpm
Acero
Más de 150psi (Sobrecalentado)
6500-15000 fpm
Acero
AGUA
Servicio promedio
3-8 fpm
Acero

Alimentación de la caldera
4-12 fpm
Acero
Líneas de succión de bombas
1-5 fpm
Acero
tabla 21. . Velocidades sugeridas para fluidos en tuberías. (13)
Los valores mostrados en la tabla 21 utilizados como guías, la caída de presión, montaje y el ambiente donde está el sistema, son los factores que influyen en la selección final del tamaño de la tubería. Para fluidos viscosos y pesados, las velocidades deben ser reducidas a aproximadamente la mitad de los valores mostrados. Por otra parte, los fluidos no deben contener partículas sólidas suspendidas.
Para las tuberías de vapor conectadas a turbinas de vapor se presentan los vapores sugeridos para la entrada y la salida de la turbina en la tabla 22
tabla 22. Velocidades sugeridas en tuberías de vapor conectadas a turbinas de vapor. (13)
2.10.2 Velocidades sugeridas para fluidos en tuberías
FLUIDO
VELOCIDAD SUGERIDA
MATERIAL DE LA TUBERIA
VAPOR
0-30psi Saturado
4000-6000 fpm
Acero
30-150psi (Saturado o Sobrecalentado)
60000-10000 fpm
Acero
Más de 150psi (Sobrecalentado)
6500-15000 fpm
Acero
AGUA
Servicio promedio
3-8 fpm
Acero
Alimentación de la caldera
4-12 fpm
Acero
Líneas de succión de bombas
1-5 fpm
Acero
tabla 23. Velocidades sugeridas para fluidos en tuberías. (13)
Los valores mostrados en la tabla 23 utilizados como guías, la caída de presión, montaje y el ambiente donde está el sistema, son los factores que influyen en la selección final del tamaño de la tubería. Para fluidos viscosos y pesados, las velocidades deben ser reducidas a aproximadamente la mitad de los valores mostrados. Por otra parte, los fluidos no deben contener partículas sólidas suspendidas.
Para las tuberías de vapor conectadas a turbinas de vapor se presentan los vapores sugeridos para la entrada y la salida de la turbina en la tabla 24
tabla 24. Velocidades sugeridas en tuberías de vapor conectadas a turbinas de vapor. (13)

2.10.3 Dimensionamiento de redes de vapor sobrecalentado.
Al dimensionar la red de vapor sobrecalentado se tendrá que dividir el caudal requerido por el
factor de este, el resultado será un flujo de vapor sobrecalentado equivalente, el cual será
usado en el cálculo del diámetro interno de la tubería.
imagen 24. Deducción formula de continuidad en tuberías. (13)
tabla 25. Factor de corrección para redes de vapor sobrecalentado. (6)
Ecuacion 64: Ecuación de continuidad en
tuberías.
Despejando la Ecuacion 64: para el área interior de la tubería es igual a:
Ecuacion 65: Área interna de una tubería.
Ai
Øi
mvapor V Ai

 
.

Para hallar el área interna de una tubería en pulgadas la anterior ecuación, dará como
resultado:
v
Ecuacion 66: Área interna de una tubería en
pulgadas.
Donde:
2,4: Es un factor de corrección de unidades.
= Flujo másico de vapor
v = Volumen específico del vapor
= Velocidad promedio del vapor ( )
Área interna de la tubería ( )
Para obtener el diámetro diremos:
Ecuacion 67: Diámetro interno de una
tubería.
Donde:
= Diámetro interno de la tubería ( )
= Área transversal interna de la tubería ( )
2.10.4 Resultados cálculos de tuberías
En la siguiente tabla se muestran los valores de los diámetros calculados por punto de la
central termoeléctrica.
Punto Velocidad
m/s
Velocidad
ft/min
Factor
Corr
Flujo
másico
(Lb/hr)
Flujo
másico
Corregido
Área
interna
(in)
Diámetro
Interno
(in)
1 40,64 8000,00 0,96 944201,22 983542,93 2458,75 55,95
2 39,24 7725,00 944201,22 944201,22 5450,75 83,31
3 40,64 8000,00 0,96 944201,22 983542,93 5450,75 83,31
4 25,40 5000,00 900317,13 900317,13 5450,75 83,31
5 0,91 180,00 900317,13 900317,13 5450,75 83,31
6 1,68 330,00 900317,13 900317,13 5450,75 83,31
7 1,68 330,00 900317,13 900317,13 5450,75 83,31
8 1,68 330,00 900317,13 900317,13 5450,75 83,31
9 0,91 180,00 944201,22 944201,22 5450,75 83,31

10
1,68
330,00
944201,22
944201,22
5450,75
83,31
11
2,44
480,00
944201,22
944201,22
5450,75
83,31
12
39,24
7725,00
0,99
19661,84
19860,45
95,87
11,05
13
39,24
7725,00
24222,24
24222,24
173,58
14,87
14
39,24
7725,00
15422,63
15422,63
150,43
13,84
15
39,24
7725,00
24954,15
24954,15
325,37
20,35
16
1,67
329,21
19661,84
19661,84
2,44
1,76
17
1,67
329,21
19661,84
19661,84
59,70
8,72
18
1,67
329,21
15422,63
15422,63
1,87
1,55
19
1,67
329,21
24954,15
24954,15
3,01
1,96
20
1,67
329,21
15422,63
15422,63
360,20
21,42
21
1,67
329,21
24954,15
24954,15
378,83
21,96
tabla 26. Resultados de tuberías de la central termoeléctrica.
2.11 De la chimenea
Para el cálculo delo diámetro se utiliza la Ecuacion 68:
Ecuacion 68: Diámetro de la chimenea (20)
Donde Q es el caudal másico medido en
Es la temperatura
Es la densidad de los humos en condiciones normales medidos en que son aproximadamente
La velocidad de salida de los gases se halla por medio de la altura de la chimenea a que se muestran en la siguiente tabla 27
Altura, h(m)
Velocidad(m/s)
Hasta 20
6
20-45
9
Mayor de 45
12
tabla 27. Tabla de alturas y velocidades de la chimenea (20)
Se escoge una altura intermedia entre 20 a 45 metros de altura con una velocidad de salida de 9 m/s
El valor de Q es 118,9673516 Kg/s y el es 228,381 °C y la Ecuacion 68: se desarrolla así:

2.12 De la central
Teniendo en cuenta Ecuacion 29: hallamos la eficiencia de la central la cual es del 21,76%
3. Conclusiones
 La eficiencia del ciclo es baja debido principalmente a la etapa de recalentamiento, ya que esta genera más consumos de calor.
 En los calentadores cerrados se ve como el flujo que pasa por estos (de la turbina a las válvulas) tienden a enfriarse, excepto en el calentador 1, esto se debe a que el fluido de trabajo está en la zona de saturación, y como tal no pierde presión si no que pierde entalpia.
 Para aumentar el trabajo, y con lo cual la eficiencia se recomendaría trabajar con una presiona máxima mayor, para de esta manera aumentar el área bajo la curva del diagrama Ts (ya que esta sería el trabajo). Para esto lo ideal sería utilizar más etapas en la turbina.
 El diámetro de la chimenea se ve afectada por el caudal de flujo de los gases y la temperatura de la salida de la caldera, que por la velocidad de salida de la chimenea y su altura.
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5. Correcciones
Se debe tener en cuenta que la altura máxima de de los alabes no debe ser mayor que el radio de esta misma etapa, dado que en estos casos el alabe puede flectarse o no funcionar correctamente. Para solucionar este problema se debe poner más turbinas (iguales) y dividir el flujo, haciendo que el flujo que pasa por cada turbina disminuya.
6. Anexos:
6.1 Anexo 1: Procedimiento general (Matlab)
ae=18;% se asume este valor para que la diferencia de entalpia sea lo más grande posible
cb=(w*pi*dm)/60; %m/s
popt=poptrateau;%se escoge el menor para aumentar la velocidad en cae
cae=cb/popt;
cre=fcos(cb,cae,ae);
cfe=cae*(sind(ae));
be=asind(cfe/cre);
bs=be-5;% tabla

cwe=cre*(cosd(be));
km=km;%se asume por ser el cercano más elevado
crs=km*cre;
cws=crs2*cosd(bs);
cfs=crs2*sind(bs);
cas=fcos(cb,crs,bs);
as=asind(cfs/cas);
% datos extra etapa 2
cw2=cws2+cwe2;
nb2=(2*cb2*cw2)/(cae2^2);
nb2porcentaje=nb2*100;
% falta ngs revisar ecuación arriba para trabajar eficiencia de turbina
dhigs2=cw2*cb2;
6.2 Anexo 2: Estequiometria Carbón lignito (Matlab)
% Estequiometria carbón lignito v1.0
%% Para H
a=(18/2)*0.052;
%% Para C
b=(44/12)*0.69;
%% Para o sin exceso de aire
z=(a*(16/18))+(b*(32/44));
x=(z-0.25)/0.232;
%% Para o con exceso de aire
c=(0.25+(1.2*x*0.232))-z;
%% Para N
d=0.008+(1.2*x*0.768);
%% Respuestas
a
b
c
d
x

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