Análisis 36: Turbina de vapor. Análisis de sensibilidad
Un gas natural está compuesto por la siguiente mezcla volumétrica:
85% Metano
10% Propano
5% Propileno
El combustible y el aire entran en condiciones estándar a un ciclo básico de potencia de vapor de agua (bomba, cámara de combustión, generador de vapor, y turbina), saliendo los productos de combustión a 440ºC y 100 kPa del generador de vapor. Existe un aporte extra de aire del 25%. Al generador entra agua a 75ºC y 15 MPa, saliendo vapor a 550ºC (sin pérdida de carga).
El vapor generado es expandido en una turbina adiabática (rendimiento isoentrópico del 88%), generando potencia mecánica. El vapor sale de la turbina a la presión de 35 kPa. Obtener:
Temperatura adiabática de la llama
Diagrama de Ostwald
Rendimiento del generador de vapor
Eficiencia isoentrópica de la bomba
Eficiencia exergética del generador de vapor
Eficiencia exergética de la turbina de vapor
Irreversibilidades en cada elemento de la instalación
Diagrama de Grassmann
¿Qué ocurre si se aumenta la eficiencia isoentrópica de la turbina, pasando a ser del 90 %?
¿Qué consecuencias más relevantes traería la consideración de aire húmedo (HR=90 %) del aire atmosférico?
Análisis de sensibilidad
Seleccionamos un proceso de combustión externa:
Composición del gas natural:
Diagrama de Ostwald:
Que se corresponde con los resultados obtenidos en tabla (Mole%) en base seca (sin agua):
Temperatura adiabática de la llama, 1765.6ºC:
La relación mol comb./kg agua y kg comb./kg agua. Eficiencia del generador de vapor. Eficiencias exergética y térmica de la instalación:
El diagrama de Sankey:
El análisis exergético es una técnica de evaluación de sistemas y procesos que se basa en la segunda ley de la termodinámica. El análisis de exergía se ha aplicado cada vez más durante las últimas décadas, en gran parte debido a sus ventajas sobre el análisis de energía: se evalúan eficiencias más significativas porque las eficiencias de exergía son siempre una medida del acercamiento al ideal y las ineficiencias en un proceso se identifican mejor porque el análisis de exergía cuantifica los tipos, causas y ubicaciones de las pérdidas.
Las potencias eléctrica y mecánica tienen el mismo valor de exergía, y el poder calorífico del combustible también es aproximadamente igual al valor de exergía. El valor de energía térmica se convierte en valor de exergía mediante la eficiencia del ciclo de Carnot.
Las irreversibilidades en cada elemento que compone la instalación:
El diagrama de Grassmann:
Para una eficiencia isoentrópica de la turbina del 90%:
Los resultados obtenidos son los siguientes:
Considerando el aire húmedo, HR=90% y con eficiencia isoentrópica de la turbina del 90%:
Los resultados así obtenidos son más reales, lo que conlleva a un ligero aumento de las pérdidas por irreversibilidades totales, y una leve disminución de las eficiencias energética y exergética de la instalación.
Análisis de sensibilidad:
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