DATOS

PROPIEDADES TERMODINÁMICAS

BALANCE ENERGÉTICO
COGENERATIVO

PARAMETROS ENERGETICOS DEL

SISTEMA DE COGENERACION
RESUMEN
DATOS DEL PROBLEMA

INICIO
A
 PROPIEDADES

FORMULAS A USAR:
PIEDADES TERMODINAMICAS
TENER LAS TABLAS DE AGUA Y DE VAPOR

PROCESO 1-2: BOMBA DE ALIMENTACION

PUNTO 1 h1= cp*T1
p1 2 bar h1 158.84 kJ/kg
T1 38 °c cp 4.18 kJ*°c/kg
T1 38 °c
PUNTO 2
p2 45 bar Ecuacion 3.3
wB1 -4.33096 Kj/kg q - wB1 = h2 - h1 (m1 = m2)
v1 -0.0010072 h2 163.17096 kJ/kg

PROCESO 2-3: CORRIENTE DE AGUA EN EL CALENTADOR

PUNTO 3 h3= cp*T3
p3 45 bar h3 459.8 kJ/kg
T3 110 °c cp 4.18 kJ*°c/kg
T3 110 °c

PUNTO 3, 4 , 14
Las propiedades del punto 4 y 14 son iguales a las de punto 3
p4 = p14 45 bar h4 = h14 459.8 kJ/kg
T4 = T14 110 °c s4 = s14 1.4188 kJ/kg*K

PROCESO 4-5: CALDERA

PUNTO 5
p5 42.2 bar h5 3328.12 kJ/kg
T5 450 °c s5 6.9115 kJ/kg*K

Considerando en el punto 21, el cual tiene propiedades iguales al punto 5, perdidas del orden del 4% respecto de la canti
tendriamos:

m4 = m5 + m21 0.96*m4 = m5 m4 = 1.0417*m5 m21 = 0.0417*m5

h21 = h5
Ecuacion 3.2
Q - W = m5*h5 + m21*h21-m4*h4 Q = m5*(h5+0.0417*h21-1.0417*h4)
m5 (vapor de caldera)
q caldera 2987.92894 kJ/kg vapor caldera

Las propiedades en el punto 6 y 8 son iguales a las del punto 5, y se cumple que:

PROCESO 6-7 , 8-9: TURBINAS DE ALTA PRESION

La turbina 6-7 es la mecánica, mientras que la turbina 8-9 es de generacion electrica.
se considerará en los puntos 7 y 9 :

p7 = p9 3.03 bar Se asumira que la expasion no es isoentropica, por lo que se asumira una efic
P actual potencia entregada
P nominal potencia nominal

Se asumirá la eficiencia nominal ya que se pretende analizar el sistema de cogeneración en las mejores condiciones, para e
propiedades del punto 7´ y 9 ´ que son los ideales que resultan de la expasion isoentropica:

s7´ = s9´ = s6 = s5 6.9115 kJ/kg*K

como sv < sg@p7, se deduce que se tiene una mezcla bifásica (liquido-vapor), por lo que se halla:

T7´ 133.52 °c sf + x7´*sfg = s7´

x7´ 0.984924812
sf 1.6717
sfg 5.32
s7´ = s5 6.9115

usando el rendimiento isoentropico y verificando en tablas:

ns = (h6-h7)/(h6-h7´) recordar h5 = h6
h7 2755.89535 kJ/kg

h7 > hg@p7 vapor sobrecalentado

T7 147.59 °c m6 = m7
s7 7.0664 kJ/kg*K

Las propiedades del punto 9 son las mismas que le corresponde al punto 7

PROCESO 9-10: TURBINA DE BAJA PRESION O DE CONDENSADO

PUNTO 10 se considera:
p10 0.1 bar ns 0.9

Determinemos las propiedades del punto 10 ideal (p10´)

s10´ = s9 7.0664 kJ/kg*K sf + x10´*sfg = s10´
s10´ < sg@p10 x10´ 0.8556723025
T10´ 45.81 °c sf 0.6492
sfg 7.4996
s10´ = s7 7.0664

usando el rendimiento isoentropico y verificando en tablas:

ns = (h9-h10)/(h9-h10´) recordar h9 = h7
h10 2290.44651 kJ/kg

h10 < hg@p10 mezcla vapor liquido

T10 45.81 °c h10 = hf + x10*hfg
x10 0.8773197223
hf 191.81
h10 2290.4465078
hfg 2392.1

Por balance de masa para turbina de condensacion

m8 = m9 + m10

se indico que:
m6 + m8 = m5 , m7 + m9 = 0.75*m5 y con los balances de turbinas se obtine:

m6 + m8 = m5 m7 + (m9 +m10) = m5 m10 = m5 - 0.75*m5

Para determinar el trabajo de las turbinas, se usa la ecuacion de la conservacion de energia, considerando que no hay calo
frontera del volumen de control

Para turbina de alta presion

recordar

W tap = (m5)*(3328.12-2755.89)

Wtcp = Wtap / m5 Wtcp 572.224652 kJ/kg vapor de caldera

Para turbina de baja presion o condensado

Wtcond = Wtcond (flujo)/m5 Wtcond 116.36220999 kJ/kg vapor de caldera

PROCESO 16-17
Las propiedades del punto 16 son iguales a las del punto 10
En el punto 11 y 17, se tiene liquido saturado, a la misma presion y temperatura que 10

p11 = p17 0.1 bar h11 = h17 = hf@p11 191.81

T11 = T17 45.81 °c s11 = s17 = sf@p11 0.6492

PUNTOS 13, 14, 15: CAMARA DE MEZCLADO

El punto 13 tiene propiedades iguales al punto 7 y 9, ademas m13 = m7 + m9
El punto 14 tiene las mismas propiedades que el punto 3
El punto 15 representa el vapor requerido en la planta, por lo que de preferencia debe ser vapor saturado con las siguien

p15 3.03 bar h15 2724.9 kJ/kg

T15 133.52 °c s15 1.6717 kJ/kg*K

planteando la ecuacion de la conservacion de energia, considerando que no hay calor ni trabajo que cruce la frontera del v

m15 = 0.76026*m5

CALENTADOR 2, 3, 16 Y 17
Al ser un calentador cerrado se cumple que: m2 = m3 y m16 = m17
Aplicando la ecuacion de la conservacion de la energia al calentador:

m16 = 0.1487*m5

CONDENSADOR
El punto 11 tiene las mismas propiedades termodinamicas que el punto 17
La masa que ingresa y sale del condensador son iguales a:

Aplicando la ecuacion de conservacion de la energia en el condensador, asumiendo que no hay trabajo intercambiando en
volumen de control:

q cond -212.5918782 kJ/kg vapor de caldera

PROCESO 11-12: BOMBA
Para el punto 12 la presion es la del tanque de alimentacion
p12 2 bar

según tablas al punto 11 le corresponde: v11 0.00101 m3/kg

El trabajo necesario para accionar la bomba:

wB2 = -v11*(p12-p11) wB2 -0.1919 kJ/kg de agua

Según la ecuacion de la conservacion de la masa:

Según la ecuacion de la conservacion de la energia, asumiendo que no hay transferencias de calor en la frontera del volum

recordar que h11 = h17

h11 191.81
h12 192.0019 kJ/kg de agua

Para dicha entalpia, según tablas le corresponde:

T12 45.93 °c s12 1.5302 kJ/kg*K

Se debe expresar el trabajo de las bombas por kilogramo de vapor de salida de la caldera, que es nuestra referencia:

Bomba primaria

Wb1 4.55603876 kJ/kg vapor caldera

Bomba secundaria

Wb2 0.047975 kJ/kg vapor caldera

TANQUE ALIMENTADOR
Por el punto 20 se reponen las perdidas del fluido de trabajo durante el ciclo, por lo que ingresa agua liquida a una presion

p20 2 bar h20 = cp*T20

T20 28 °c h20 117.04 KJ/kg de agua
cp 4.18
T20 28

Se debe cumplir que m20 = m19 + m21, recordando que:

m20 = 0.03*m15 + 0.04*m4

m20 = 0.03*(0.76026*m5)+0.04*(1.0417*m5)
m20 = 0.06448*m5

Aplicando un balance de masa para el tanque alimentador:

m18 + m20 + m12 = m1

m18 = 1.05196*m5 - 0.06448*m5 - 0.25*m5
m18 = 0.73748*m5

Aplicando la ecuacion de conservacion de la energia; considerando que no hay trabajo ni calor que crucen la frontera del v

h18 151.25306747 KJ/kg de agua

Con este dato se estima:

h18 = cp*T18
T18 36.1849444 °c s18 0.5454 kJ/kg*K
p18 2 bar

PLANTA AZUCARERA
Verificando la conservacion de la masa:

m19 = 0.02281*m5

Para el punto 19 se cumple las mismas propiedades que el punto 15

Para el modelo se ha aislado el trabajo o potencia mecanica que requiere la planta del calor a suministrarle por el sistema
La primera variable viene representada por la turbina mecanica, mientras que la planta solo considera calor en su interior.

Según esta ultima condicion, se aplica la ecuacion de la conservacion de la energia, para determinar el calor cedido a la pla

q planta 1897.93 KJ/kg vapor caldera

INICIO
 v1 = vf 0.0010072 m3/kg
s1 = sf 0.54548 kJ/kg*K

T2 39.04 °c
s2 = s1 0.54548 kJ/kg*K

s3 = sf 1.4188 kJ/kg*K
m1 = m2 flujo masico

m4 = m3 - m14

den del 4% respecto de la cantidad de agua de ingreso (1),

m21 = 0.0417*m5

m6 + m8 = m5

, por lo que se asumira una eficiencia isoentropica de 0.9

 ns 0.9

las mejores condiciones, para ello se determinará las

h7´ = hf + x7´*hfg
h7´ 2692.31483 kJ/kg
hf 561.43
x7´ 0.98492481
hfg 2163.5

h10´ = hf + x10´*hfg
h10´ 2238.72997 kJ/kg
hf 191.81
x10´ 0.8557
hfg 2392.1
 sf + x10*sfg = s10´
s10 7.22859908 kJ/kg*K
sf 0.6492
sfg 7.4996
x10 0.8773

m10 = 0.25*m5

, considerando que no hay calor que cruce la

h6 3328.12
h7 2755.89535

recordar
h9 2755.89535
h10 2290.44651

kJ/kg
kJ/kg*K
r vapor saturado con las siguientes propiedades:

bajo que cruce la frontera del volumen de control:

hay trabajo intercambiando en la frontera del

J/kg vapor de caldera recordar

h17 191.81
h16 = h10 2290.44651
e calor en la frontera del volumen de control

ue es nuestra referencia:

J/kg vapor caldera

J/kg vapor caldera

resa agua liquida a una presion de:

s20 = sf 1.3028 KJ/kg de agua

J/kg de agua

alor que crucen la frontera del volumen de control:

recordar:
J/kg de agua h1 158.84
h12 192.0019
h20 117.04
r a suministrarle por el sistema de cogeneracion.
o considera calor en su interior.

terminar el calor cedido a la planta:

RESUMEN DE LAS PROPIED
AS PROPIEDADES TERMODINAMICAS
INICIO
S
 BALANCE ENERGE

Tenemos de dato que la masa del bagazo que ingresa a la caldera es:

m bagazo 36728 kg/h o 10.202 kg/s

Tenemos como datos que:

PCI 7517.16 F.C 1.008

PCI 7577.22 kJ/kg de bagazo

Con los valores obtenidos, se halla el calor cedido por el bagazo al agua, en el interior de la caldera.

Q entrada 77302.8 kJ/s

Tenemos como datos que:

La eficiencia de la caldera es de 82.72%
Q efectivo 63941.7 kJ/s

recordar:
q caldera se obtuvo en las propieda
q caldera

m vapor = m5 21.4 kg vapor caldera/s

Obtenido este valor podemos calcular los flujos masicos de los demas puntos:
Datos:

W mec 4913 kJ/s

(Energia mecanica que consume la planta)

W gen 9823.25
(Trabajo total generado por ambas turbinas men

INICIO
INICIO
NCE ENERGETICO COGENERATIVO
caldera se obtuvo en las propiedades termodinamica
2987.93
 Kj/s
generado por ambas turbinas menos el trabajo que consume la planta )

IO
IO
 PARAMETROS ENERGETICOS D
TENEMOS:
Wn
(Trabajo generado por ambas

Qc
(Energia del combustible)

Qrec
(Calor ingresado a la planta)

Qc
(Energia del combustible)

INICIO
INICIO
GETICOS DEL SISTEMA DE COGENERACION

RECORDAR

Energia termica producida 40615.702 kJ/s

(Calor ingresado a la planta)

Energia producidO 14637.73 kJ/s

(Trabajo turbina de alta (GENERACION ELECTRICA)+ trabajo turbina de baja)TRABAJO MECANICO))

Energia del combustible 77302.84 Kj/s

(Energia cedida por el bagazo )

Qrec 40615.702
 (Calor ingresado a la planta)

Q sal 44334.12
(Calor de salida)

Wn 14637.73
(Trabajo generado por ambas turbinas)

Qent 3941.702
(calor ingresado a la caldera)

14637.73
Trabajo generado por ambas turbinas)

77302.84
Energia del combustible)

40615.702
Calor ingresado a la planta)

77302.84
Energia del combustible)

INICIO
INICIO
RACION

AJO MECANICO))