UNIVERSIDAD CRISTÓBAL COLÓN
LIC.. EN INGENIERIA INDUSTRIA LIC INDUS TRIAL. L. 3ER SEMESTRE. MATERIA: TERMODINÁMICA CICLO KALINA
INTEGRANTES: DAMARIS FRANCELA VILLALVAZO QUIINTERO. KAREN ARIZA PINEDA PIN EDA PAOLA SÁNCHEZ CANCINO RAFAEL CARRAL HERNANDEZ DOCENTE ADRIÁN VIDAL SANTO
periodo ordinario 1
ÍNDICE. •Introducción_________3___________ •Contexto Teórico_______4__________ •Ciclo Kalina_________5____________ •Diagrama del ciclo Kalina_____7_____ •Parámetros _______8 ________ •Diferencia entre el uso de agua y la mezcla de agua-amoniaco en el HRSG._________9___________ •Ciclo Kalina en México_____10______ •Ciclo Kalina fuera de México_______11 •Referencias__________12__________
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INTRODUCCIÓN. Este contenido es acercarnos nosotros como estudiantes a los procesos en s í, y mediante ejemplos sencillos facilitar el aprendizaje de la materia. No solo se trata de escribir unos apuntes que sustituyan a los muchos y buenos textos de Termodinámica Química existentes, sino de complementarlos, y hacerlo de forma esquemática. Se requieren muchas mas conocimientos matemáticos básicos, pero la termodinámica es una ciencia macroscópica y nosotros no debemos olvidarlo. En este caso explicaremos el ciclo kalina que es uno de los ciclos mas eficientes para la generación de potencia .
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Contexto Teórico. Termodinámica: Rama de la mecánica teórica que estudia la transformación del movimiento en calor y viceversa. No sólo se preocupa de la velocidad de difusión del calor, como una interpretación simple del termino podría sugerir, sino que también, a través de ecuaciones cuánticamente descriptivas, de los cambios físicos o químicos producidos cuando una sustancia absorbe calor e, inversamente, la evolución de calor cuando ocurren cambios físicos o químicos. Se denomina ciclo termodinámico a cualquier serie de procesos termodinámicos en los que un sistema parte de una situación inicial y tras aplicar dichos procesos regrese al estado inicial. Como procesos termodinámicos se conoce a la variación de las propiedades termodinámicas del sistema (presión, entropía, volumen, entalpía y temperatura) desde un estado inicial a un estado final. Al realizar un ciclo completo, la variación de la energía interna debe ser nula por lo tanto el calor transferido por el sistema debe de ser igual al trabajo realizado por el sistema (como dicta la primera ley de la termodinámica). Lo importante es que gracias a esta propiedad se puede obtener trabajo de un sistema mediante un aporte calorífico. Si el rendimiento fuese perfecto todo el calor que se suministra se podría transformar en calor, pero esto no es así ya que hay pérdidas de calor.
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CICLO KALINA Este ciclo nos sirve para convertir la energía termal en el poder mecánico utilizable. Es un ciclo creado para reemplazar al ciclo Rankine. Una de las mayores ventajas que tiene el ciclo kalina es que es aproximadamente 2 veces mas eficiente que con un ciclo Rankine y en un ciclo combinado su eficiencia puede aumentar un 20% a las mismas condiciones en que opera el ciclo. El ck puede trabajar a partir de fuentes de calor de baja temperatura, quien a su vez también tiene rendimientos mucho mas altos hasta un 50% respecto a otros según su disposición de fuentes de calor de baja temperatura. El ciclo kalina fue inventado a principios del año 1980, su principal característica es el fluido de trabajo que utiliza, que es una mezcla binaria de agua-amoniaco (H2ONH3).
Descr ipción del ciclo kalina Propiedades del fluido.
Análisis másico.
El fluido de trabajo, desde la salida del absorbedor hasta la salida del ES, esta a la concentración intermedia. Xm: Xm= x14= x15
Luego del separador, hay una zona alta y baja de concentración de amoniaco. En la zona de concentración alta: X6=x21=x22 Concentración baja: X5=x7=x8=x9 5
Flujo másico. El flujo másico total de fluido de trabajo del ciclo de potencia mwf. Es el que hay desde la salida del absorbedor hasta la salida del ES, y se tiene: Mwf= m13=m14=m15 Después, el flujo va desde el ES hasta el separador para separar el vapor saturado del liquido saturado. Ms= m6+m5 Por consiguiente del sepador , se identifican las zonas de alta y baja concentración. Zona de concentración alta: m21=m22=m6 Zona de concentración baja: M5=m8=m9 Y por ultimo en el economizador de tiene: M1=m9+m22
•Calculo de rendimiento termico sin sobrecalentamiento y con sobrecalentamiento. WN= trabajo neta QES=calor del economizador QSC=calor del calentador
Operación del ciclo: El flujo que se encuentra en el punto 1 es un fluido es un flujo que está condensado y obtiene el nombre de composición básica, este flujo se bombea a la presión y temperatura indicada en el punto dos de la tabla 3.1, y después pasa a un economizador para que se caliente a contraflujo, de ahí el contraflujo pasa a un calentador para después poderse separar con una corriente liquida llamada “pobre en amoniaco” y al mismo tiempo en una corriente de vapor “rica amoniaco” (punto 6 y 5), parte de la corriente liquida (punto 7) se añade a la corriente de vapor para así tener la concentración necesaria de amoniaco en el fluido de trabajo (punto 8), este fluido de trabajo ahora se dirige al economizador de contraflujo para precalentar al fluido de trabajo (proceso de 8 a 10) y después de condensa completamente (punto 10 a 13), este liquido se empieza a bombear a una presión alta (proceso 13 a 14) y se envía a la caldera para que se evapore completamente y se sobrecaliente. Este tipo de caldera se encarga de recuperar el calor, en este ejemplo se recuperan los gases de escape de la turbina de gas. El fluido de trabajo sale de la caldera como vapor sobrecalentado y se envía a 6 turbinas consecutivas del tipo radial, donde se expande para producir un trabajo mecánico (proceso del 15 al 21), este trabajo mecánico 6 es considerado superior al logro con el ciclo rankine convencional.
El vapor caliente al salir de la turbina se enfría en el calentador ( punto 21 a 22) y después en el economizador (proceso 22 a 23). Ahora el fluido de trabajo se mezcla con el liquido que se obtiene del separador , este liquido fue previamente enfriado en el economizador (proceso de 9 a 11). Después se pasa a un reductor de presión para que se pueda mantener igual a la presión del fluido de trabajo de la corriente 23 (proceso 11 a 12) y por ultimo de la combinación se tiene como resultado la composición del punto 24, y de ahí vuelve a iniciar el ciclo.
Diagrama del ciclo kalina
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Tabla 3.1 Parámetros del CK
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Diferencia entre el u so d e agua y la mezcla de agua-amoniaco en el HRSG. El cK suele ser mejor al cR ya que su perdida de exergia se ven reducidas al lograr un mayor acercamiento de perfiles de temperatura (∆T) de la fuente de calor sensible y del fluido de trabajo que es la mezcla agua-amoniaco. Estos son dos trabajos importantes del ciclo, ya que en ellos se puede apreciar la eficiencia de los intercambiadores de calor al sustituir el agua pura por la mezcla de agua-amoniaco. Si en el ciclo kalina se utilizara solo agua , se necesitaría suministrar una gran cantidad de energía para poder lograr la ebullición del agua, el proceso de cambio de fase se lleva a cabo con presión y temperatura constante y esto no ocurre con la mezcla agua-amoniaco. El punto de ebullición del amoniaco es de -33°C y el del agua es de 100°C , esta mezcla debe ser zeotropica y la composición debe ser adecuada para obtener la potencia máxima de la salida, se inicia a cambiar de fase desde que percibe energía calorífica de la fuente de calor; en este caso el calor es muy sensible de la fuente de calor y se aprovecha mejor reduciendo con ellos las perdidas de exergia. Fig. Tipo de recuperación de calor con agua pura y la mezcla agua-amoniaco
La eficiencia lograda en HRSG del tipo de recuperación de calor al usar la mezcla aguaamoniaco depende de varios factores, por ejemplo: el combustible que se quema en la turbina de gas, el acercamiento que hay a la temperatura mínima de la fuente de alta y baja, la temperatura con la que entra el fluido de trabajo al HRSG y la temperatura mínima a la que deben expulsarse los gases al ambiente. Han mejorado la eficiencia del HRSG, utilizando los productos de la combustión del gas natural (con muy poco azufre), asi logran expulsar los gases al ambiente a una temperatura de 100°C aproximadamente. 9
Ciclo kalina en México. • Nombre de la planta: Los Azufres lll, México. • Tamaño de la planta: 3000 m2 • Costo de Instalación: 63 millones de dólares. • Características Se logra extraer vapor de agua a presión, que ya procesado y seco, se conducirá a turbinas especiales para poder lograr generar una energía eléctrica con una capacidad efectiva de 50 Megawatts. Esa capacidad, logrará abastecer de energía eléctrica en total a más de 26 mil casas, con ello se pone como ejemplo el consumo promedio diario por hogar de 1.89 kilowatts.
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Ciclo kalina fuera de México.
Planta geotérmica en Unterhaching Los dos pozos / perforaciones Primer pozo: - Profundidad de 3.350 m, - Bomba (bajo agua) del tamaño (122 °C, 150 l/s) Segundo pozo: - Profundidad de 3.580 m Ruta Termal -Longitud: 3,6 km -Diámetro de los tubos: DN 350 -Aplicación de las tuberías de Plástico Reforzado con Fibra de Vidrio (PRFV) Red de calefacción distante -Tamaño de la red 1. etapa: 28 MWth -Tamaño de la red 2. etapa: 40 MWth -Tamaño actual: 44 MWth Suministro de calor -Planta de calor (redundancia y “picos” de demanda con dos calderas de 23 MW en base de gas o petróleo -Suministro de calor via geotermía desde Octubre2007 Generación de energía via la technología de „Kalina“: -Cantidad de energía bruta: aprox. 21.500 MWhel -Potencia eléctrica: 3,36 MWel -Puesta en marcha: 02/2009
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Referencias.
•Dennis CA. (2000). ciclos termodinamicos. 22.10.2017, de http://energiadoblecero.com Sitio web: http://energiadoblecero.com/definiciones/ciclos-termodinamicos •D. Lopez y J. Vargaz. (2017). CICLO KALINA. 24-10-2017, de https://www.youtube.com Sitio web: https://www.youtube.com/watch?v=cOLL0P0fhQI •M. Alberto. (2015). Ciclo Kalina para generación eléctrica de pequeña escala con fuentes solares en el norte de Chile. 25-10-17, de http://repositorio.uchile.cl Sitio web: http://repositorio.uchile.cl/handle/2250/137109 •Alexander L.. (2017). Ciclo de Kalina. 25-10-17, de http://www20.helpes.eu Sitio web: http://www20.helpes.eu/01220544/CicloDeKalina . K. Imolauer,(2010) El proyecto geotérmico en Unterhaching y el sistema de subvenciones en Alemania,25-10-17, sitio web: http://www.energia.gr/geofar/spain10/articlefiles/1st_ses sion/Rodl_Madrid.pdf .A. Estrada,(2014), CFE construye en Michoacán nueva central geotérmica,25 -10-17, de El financiero, sitio web: http://www.elfinanciero.com.mx/economia/cfe-construye-en-michoacannueva-central-geotermica.html
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