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• Alejandro GaSpar Huamaní

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

Planta de cogeneración Sudamericana de Fibras CURSO: 

Centrales Termoeléctricas

MN163 - A

TEMA: 

Análisis Técnico y Económico de la Central de Cogeneración Sudamericana de Fibras

ESTUDIANTES:      

Chávez Duran, Marvin Jorge Choquehuanca Román, Leonardo Gaspar Huamani ,Alejandro Manuel Mendoza Vera , Luis Morales Eslachin , Eduardo Tapia Almonacid , Eduardo Marcia

20150204E 20122124K 20141107K 20051101C 20080433K 19800680G

DOCENTE:

 Gonzales Chávez, Salome

Lima, 6 de diciembre del 2019

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de ingeniería mecánica Centrales Termoeléctricas

1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de ingeniería mecánica Centrales Termoeléctricas

Contenido 1.

Introducción .......................................................................................................................... 3

2.

Objetivos ............................................................................................................................... 4

3.

Esquema simplificado de la planta Sudamericana de Fibras............................................... 5

4.

Diagrama T-s para el ciclo Simple de la Central térmica de Oquendo. ............................... 6

5.

Diagrama T-s para el ciclo combinado con extracción de vapor ......................................... 7

6.

Balance energético ciclo simple ............................................................................................ 8

7.

Balance energético ciclo combinado con extracción........................................................... 12

2

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1. Introducción SUDAMERICANA DE FIBRAS S.A. es la única Industria en el Continente Americano que produce fibra acrílica procesada en hilado en seco, bajo la marca registrada Drytex, con más de 30 años de experiencia produciendo los siguientes tipos de fibras; Tow, Fibra Cortada y Tops. Abastecen a más de 200 empresas del rubro textil, en los mercados de la Comunidad Andina (CAN), Mercosur, Europa y Asia. SUDAMERICANA DE FIBRAS S.A. cuenta con una moderna planta industrial en Lima - Perú, con una capacidad de producción de 36,000 TM por año. Adicionalmente a las oficinas de representación en Bolivia, Brasil, Chile, Colombia, Ecuador y Venezuela, contamos con distribuidores y representantes de ventas en otros países, ampliando así nuestra cobertura a nivel mundial. SUDAMERICANA DE FIBRAS S.A. en el mes de julio del 2004, fue la primera empresa en el Perú en utilizar el gas natural de los yacimientos de Camisea en su moderna Planta de Energía la cual cogenera electricidad de manera eficiente y sin contaminar el medio ambiente. La cogeneración de ciclo combinado de 5.4 MW de potencia, abastece a la planta con suministro eléctrico autónomo, dando mayor estabilidad y continuidad a los procesos, garantizando una producción ininterrumpida de la Fibra Acrílica Drytex. También cuenta con un Terminal propio de descarga de materia prima, la cual es bombeada a través de una tubería submarina directamente desde los buques hasta nuestros tanques de almacenamiento.

3

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2. Objetivos  Reconocer los principales parámetros para realizar un estudio energético para la generación de energía eléctrica mediante un ciclo Joule- Bryton en la Central de Oquendo.  Reconocer los principales parámetros de operación económica de una central termoeléctrica a gas de ciclo simple.  Realizar un análisis energético económico de la central térmica de cogeneración Sudamericana de Fibras  Precisar el Playback técnico y económico de la planta de cogeneración de Sudamericana de Fibras  Interpretar los parámetros técnicos y económicos de la planta de cogeneración Sudamericana de Fibras.

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3. Esquema simplificado de la planta Sudamericana de Fibras

Figura 1.Esquema de principio para el sistema de cogeneración de SDF.

Figura 2.Esquema de principio simplificado para SDF

5

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4. Diagrama T-s para el ciclo Simple de la Central térmica de Oquendo.

Figura 3. Diagrama T-s para el ciclo simple de la C.T Oquendo.

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5. Diagrama T-s para el ciclo combinado con extracción de vapor

Figura 4. Diagrama T-s para el ciclo simple de la C.T Oquendo.

7

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6. Balance energético ciclo simple 6.1

Esquema de principio

6.2

Parámetros en la entrada del compresor ***COMPRESOR

6.3

Parámetro

Punto 1

Punto 2

Presión [ bar ]

1.00387

18.7

v[m3/kg]

0.8354

0.10235

Temperatura [ °C ]

19

393.614

Energía interna u [kj/kg]

208.446

486.306

Entalpia [ kJ/kg ]

292.31

677.706

Entropía s [KJ/kg°C]

1.6743

1.6801

cp[KJ/kg°C]

1.00379

1.06701

Variables de flujo másico

Flujo másico de aire

60

kg/s

Flujo másico de combustible

14.45

kg/s

Flujo másico de gases de escape

74.45

kg/s

Flujo volumétrico de combustible Flujo volumétrico de combustible Poder calorífico inferior combustible

8306.01 2.307 35992.14

m3/h m3/s KJ/m3

8

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de ingeniería mecánica Centrales Termoeléctricas 6.4

Calculo de potencias Potencia neta Potencia útil Perdidas

6.5

23.12 22.89 0.23

MW MW MW

Análisis en la cámara de combustión

***CAMARA DE COMBUSTION

6.6

6.7

Parámetro

Punto 2

Punto 3

Presión [ bar ]

18.7

18.7

v[m3/kg]

0.10235

0.21693

Temperatura [ °C ]

393.614

1140

Energía interna u [kj/kg]

486.306

1125.15

Entalpia [ kJ/kg ]

677.706

1530.8

Entropía s [KJ/kg°C]

1.6801

2.53228

cp[KJ/kg°C]

1.06701

1.200055

Balance energético cp[KJ/kg°C]

1.134

[KJ/kg°C]

Poder térmico combustible

83.042

MW-t

Potencia a la salida

62.991

MW-t

Eficiencia CC

75.85%

[]

Balance potencias en la cámara de combustión considerando eficiencia del 98%

Potencia neta Potencia útil Perdidas

64.28 62.99 1.29

MW MW MW

9

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de ingeniería mecánica Centrales Termoeléctricas 6.8 Balance energético en la turbina de gas ***TURBINA GAS

6.9

Parámetro

Punto 3

Punto 4

Presión [ bar ]

18.7

1.0135

v[m3/kg]

0.21693

2.27479

Temperatura [ °C ]

140

530

Energía interna u [kj/kg]

1125.15

594.903

Entalpia [ kJ/kg ]

1530.8

825.453

Entropía s [KJ/kg°C]

2.53228

2.71842

cp[KJ/kg°C]

1.200055

1.09952

Balance de potencias en la turbina Potencia neta Potencia útil Perdidas

52.51 43.96 8.56

MW MW MW

6.10 Proceso isobárico en la chimenea con una caída de presión de 40 mmca. ***CHIMENEA Parámetro

Punto 4

Punto 5

Presión [ bar ]

1.0135

1.0135

v[m3/kg]

2.27479

1.1985

Temperatura [ °C ]

530

150

Energía interna u [kj/kg]

594.903

302.952

Entalpia [ kJ/kg ]

825.453

424.42

Entropía s [KJ/kg°C]

2.71842

2.04502

cp[KJ/kg°C]

1.09952

1.01605

Trabajo neto SET SIMPLE

29.391

MW-e

10

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6.11 Esquema Sankey aproximado Análisis de perdidas Inicio 83.042 [MW] Primera etapa 62.992 [MW] Segunda etapa 61.702 [MW] Tercera etapa 53.142 [MW] Cuarta etapa 50.48 [MW] Quinta etapa 49.48 [MW] Perdidas al ambiente 20.09 [MW] Potencia en bornes 29.39 [MW]

100.00% 75.86% 74.30% 63.99% 60.79% 59.58% 24.19% 35.39%

Perdidas en la combustión Perdidas en la cámara Perdidas en la turbina Perdidas mecánicas Perdidas generador

20.05 1.29 8.56 2.66 1.01

[MW] [MW] [MW] [MW] [MW]

24.14% 1.55% 10.31% 3.20% 1.22%

11

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7.

Balance energético ciclo combinado con extracción

7.1

Esquema de principio ciclo Rankin.

7.2

Proceso isotrópico en la bomba ***BOMBA Parámetro

Punto 10

Punto 11

Presión [ bar ]

1

46

v[m3/kg]

0.00104

1.04E-03

Temperatura [ °C ]

99.5803

99.9857

Energía interna u [kj/kg]

417.876

417.876

Entalpia [ kJ/kg ]

417.981

422.671

Entropía s [KJ/kg°C]

1.30437

1.30437

x

0

-

12

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7.3

Proceso isobárico en la caldera recuperadora con caída de presión de 1 bar. ***HRSG

7.4

7.4.1

Parámetro

Punto 11

Punto 6

Presión [ bar ]

46

46

v[m3/kg]

1.04E-03

7.25E-02

Temperatura [ °C ]

99.9857

480

Energía interna u [kj/kg]

417.876

3057.39

Entalpia [ kJ/kg ]

422.671

3391.06

Entropía s [KJ/kg°C]

1.30437

6.95726

x

-

-

Diagrama T-Q de la caldera recuperadora con 1 solo nivel de presión(Aproximado)

Esquema de principio

13

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7.4.2

Variables que ingresa a la caldera y se divide en puntos Flujo másico ingreso

42

ton/h

Calor Latente [1.035 BAR]

2250

KJ/Kg

ha

422.671

KJ/Kg

hb

577.5

KJ/Kg

hc

2674.52

KJ/Kg

7.4.3

hd

3391.06

KJ/Kg

Q precalentado

1.81

MW

Q evaporador

26.2521

MW

Q sobrecalentado

1.81

MW

Variables de calor de los gases en la chimenea (Ciclo Joule) CALOR 0 29.86

7.4.4

Qg (MW) 0 29.86

TEMPE.[ °C] 150 530

Calor recuperado en las etapas

ETAPA ---PRECALENTADOR EVAPORADOR SOBRECALENTADOR

Q*g 0.00 1.81 26.25 1.80

Q*g acumulado 0.00 1.81 28.06 29.86

T[°C] 100.00 150.00 150.00 480.00

7.4.5 Diagrama T-Q

(T vs Q) HRSG 600.00 530 480.00

Temperatura

500.00 400.00 150.00

300.00 200.00 150 100.00 0.00

150.00 100.00 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

Qg*[MW] HRSG

Gases de escape

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7.5

Proceso isobárico en la caldera recuperadora con caída de presión de 1 bar. ***PRIMERA EXTRACCION FUERA DE LA TURBINA

7.5.1

Parámetro

Punto 6

Punto 7

Presión [ bar ]

46

30

v[m3/kg]

7.25E-02

1.10E-01

Temperatura [ °C ]

480

460.938

Energía interna u [kj/kg]

3057.39

3038.66

Entalpia [ kJ/kg ]

3391.06

3367.77

Entropía s [KJ/kg°C]

6.95726

7.1165

x Flujo másico extraido

1.5

ton/h

Proceso de extracción isobárica entregando calor al proceso industrial.

2.1 Proceso de extracción Parámetro

Punto 7

Punto a

Presión [ bar ]

30

30

v[m3/kg]

1.10E-01

5.68E-02

Temperatura [ °C ]

460.938

233.867

Energía interna u [kj/kg]

3038.66

2363.43

Entalpia [ kJ/kg ]

3367.77

2533.98

Entropía s [KJ/kg°C]

7.1165

5.65508

x

-

0.85

Flujo másico extraido

1.5

ton/h

15

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7.6

Proceso isoentropico primera expansión de la turbina

***TURBINA 1ra Expansión Parametro

7.6.1

Punto 6

Punto 8

Presión [ bar ]

46

13.5

v[m3/kg]

7.25E-02

1.91E-01

Temperatura [ °C ]

480

304.502

Energía interna u [kj/kg]

3057.39

2792.93

Entalpia [ kJ/kg ]

3391.06

3050.77

Entropía s [KJ/kg°C]

6.95726

6.98848

x Flujo masico 1° etapa

12

ton/h

m

1

kg/s

Trabajo efectuado

340.29

kW/kg

Trabajo 1

2646.721174

KW

Proceso de extracción 2 isobáricamente con entrega de calor al proceso industrial 2.2 Proceso de extraccion Parametro

Punto 8

Punto b

Presión [ bar ]

13.5

13.5

v[m3/kg]

1.91E-01

1.31E-01

Temperatura [ °C ]

304.502

193.336

Energía interna u [kj/kg]

2792.93

2413.99

Entalpia [ kJ/kg ]

3050.77

2591.34

Entropía s [KJ/kg°C]

6.98848

6.05986

x

-

0.9

Flujo masico extraido

12

ton/h

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7.7

Proceso isoentropico expansión final del vapor restante en la turbina

***TURBINA 2da Expansión

7.7.1

Parametro

Punto 8

Punto 9

Presión [ bar ]

13.5

4.5

v[m3/kg]

1.91E-01

4.60E-01

Temperatura [ °C ]

304.502

188.037

Energía interna u [kj/kg]

2792.93

2624.52

Entalpia [ kJ/kg ]

3050.77

2831.59

Entropía s [KJ/kg°C]

6.98848

7.05677

x

-

-

Flujo másico 1° etapa

28

ton/h

m

1

kg/s

Trabajo efectuado

219.18

kW/kg

Trabajo 2

730.6005845

kW

Proceso de extracción final isobárico para entregar calor al proceso industrial

Parametro

2.3 Proceso de extraccion Punto 9

Punto c

Presión [ bar ]

4.5

4.5

v[m3/kg]

4.60E-01

3.93E-01

Temperatura [ °C ]

188.037

147.884

Energía interna u [kj/kg]

2624.52

2459.97

Entalpia [ kJ/kg ]

2831.59

2636.95

Entropía s [KJ/kg°C]

7.05677

6.60383

x Flujo masico extraido

28

0.95 ton/h

17

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7.8

Procesos isoentálpicos simulando a SDF como una válvula estranguladora.

7.9

Proceso isoentálpico desde la extracción externa 3. Proceso estrangulación isoentálpica Parámetro Punto a

Punto 10.a

Presión [ bar ]

30

1

v[m3/kg]

5.68E-02

1.59E+00

Temperatura [ °C ]

233.867

99.5803

Energía interna u [kj/kg]

2363.43

2375.14

Entalpia [ kJ/kg ]

2533.98

2533.98

Entropía s [KJ/kg°C]

5.65508

6.98139

x Flujo másico extraído

0.85 1.5

0.93778 ton/h

7.10 Proceso isoentálpico desde la primera extracción de vapor 3. Proceso estrangulación isoentálpica Parámetro Punto b

Punto 10.b

Presión [ bar ]

13.5

1

v[m3/kg]

1.31E-01

1.63E+00

Temperatura [ °C ]

193.336

99.5803

Energía interna u [kj/kg]

2413.99

2428.2

Entalpia [ kJ/kg ]

2591.34

2591.34

Entropía s [KJ/kg°C]

6.05986

7.13528

x Flujo másico extraído

0.9 12

0.96314 ton/h

7.11 Proceso isoentálpico en la última expansión del vapor restante 3. Proceso estrangulación isoentálpica Parámetro Punto c

Punto 10.c

Presión [ bar ]

4.5

1

v[m3/kg]

3.93E-01

1.67E+00

Temperatura [ °C ]

147.884

99.5803

Energía interna u [kj/kg]

2459.97

2470.39

Entalpia [ kJ/kg ]

2636.95

2636.95

Entropía s [KJ/kg°C]

6.60383

7.25765

x Flujo másico extraído

0.95 28

0.98335 ton/h

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