Universidad Nacional de Ingeniería Lima - Perú

CENTRALES TÉRMICAS CON CENTRALES TÉRMICAS CON GRUPOS ELECTRÓGENOSGRUPOS ELECTRÓGENOS

Fuerza Motriz Térmica - MN153

Ing. Duilio Aguilar Vizcarra

CENTRALES TÉRMICAS CON GRUPOS ELECTRÓGENOS

CARACTERÍSTICAS PARA LA SELECCIÓN DE MOTOR

En el presenta capitulo se trata de hacer una descripción de los principales componentes de la Central Térmica y la subestación de salida indicando las características técnicas y constructivas más importantes.

De igual manera sobre la base de la interrelación existente ente los diferentes equipos se debe plantear su distribución en el área que debe ocupar la masa de máquinas tratando de reducirla al mínimo a fin de minimizar el costo de las obras civiles.

Se debe prever la necesidad de un servicio de alta seguridad y eficiencia para los consumidores. El diseño general de las planta deberá comprender todos aquellos elementos que contribuyan a garantizar una operación confiable sin abultar por este motivo el costo total de la instalación.

El aspecto de las obras civiles constituye toda una especialidad por tal motivo no se harán detalles de ellas indicándose solamente su existencia solo anotar que se deben considerar los sistemas de antivibratorios denominaos residentes.

El dimensionamiento general de la planta y sus detalles constructivos dependerá del equipo de generación y transformación seleccionada entre los diferentes tamaños se usaran los valores promedios de estas medidas.

Corresponde a una etapa posterior de diseño ejecutivo el detallar pormenorizadamente todos los elementos de la central, facilitando de esta manera la confección de las especificaciones técnicas para la acotación de los equipos y su posterior instalación.

PRINCIPALES COMPONENTES DE LA CENTRAL

Motor diesel

Se debe utilizar grupos de características similares que a continuación detallamos y deben ser comunes a todos los motores. Debe tenerse en cuenta si la central operará en base ó sus posibilidades son operar como central de reserva al efectuarse el enlace con el sistema interconectado es preferible elegir motor diesel de 4 tiempos de velocidad mediana con sobre alimentación y disposición de los cilindros preferentemente en V.

Para la selección del equipo se deberá tener en cuenta las siguientes características principales:

Potencia continua en el lugarMedida en la brida de acoplamiento 17.000 HP aproxNúmero de revoluciones 400 – 500 rpmSistema de arranque con aire comprimidoSobrealimentación sistema de presión constanteInyección de combustible Inyección directaCombustible Bunker CPoder calorífico inferior 10,000, Kcal/kgSistema de refrigeración Agua fresca y radiadoresCapacidad de sobrecarga 10% durante una hora en unperiodo de 12 hrs s.

El número de cilindros, la carrera del pistón y el peso del motor dependerá del fabricante elegido pero se estima que para una disposición en V.

Para operación continua de la planta se emplearán un Nº de motores manteniéndose uno o más en calidad de reserva

Generadores

Se deben usar generadores del tipo Sincrónico trifásico de eje horizontal, acoplados directamente a la brida de acoplamiento del motor, con equipos de excitación y regulación de tensión. Las características principales exigibles a los fabricantes son las siguientes:

Potencia aparente 15 NIVAPotencia Nominal 12 MWFactor de potencia 0.8Tensión de Generacion 10.5 - 13.8 KVFrecuencia 60 HzVelocidad 3600 rpmNúmero de fases 3 (trifásico)Conexión EstrellaCapacidad de sobrecarga 10 % por una hora en período de 12 hrs

Para evitar el ensuciamiento debido al polvo en suspensión la ventilación de los generadores debe tener un sistema previamente definido orientado a evitar cambios fuertes de la temperatura ambiental ó corrientes de aire que puedan originar choques térmicos superficiales ó desbalance de calor en el sistema, como ejemplo se puede mencionar

Un sistema de circuito cerrado de aire refrigerado por agua.

El alternador debe contar con sistemas de protección y medición de acuerdo a 1 normas internacionales, las mismas que deberán ser cumplidas por los fabricantesLas frecuencias propias de los alternadores serán verificadas con respecto a las de los motores, para evitar cualquier fenómeno de vibración por coincidencia de frecuencias.

Los generadores se conectarán directamente a un grupo de barras a través de un interruptor.

Tamaño de Unidades

Previamente a definir las cara características para la selección de un grupo electrógeno se debe definir el campo de aplicación por tamaño de unidad decir que se pueden clasificar estas plantas en :

Plantas de Pequeña Potencia : < a 12.000 Kw.Plantas de Mediana Potencia : 12000 a 20.000 KwPlantas de gran Potencia : > a 25.000 Kw

El caso de equipamientos con motores diesel menores de MW no son muy convenientes por que generarán un incremento excesivo del número de unidades con los consiguientes problemas de la complejidad y o paralelo.

Son convenientes entonces los motores de más de 12MW y mayores entre los cuales encontrarnos rangos de 12/13 MW - 14/18 MW y mayores hasta 18/20 MW con velocidades de rotación de 400, 450 ó 514 RPMPero más allá de 25 MW los equipos tienen características especiales.Por lo tanto se debe tener en cuenta que los diseños finales del equipo son función de los requerimientos y de las necesidades dentro de un rango de variación.

Potencia en el LugarDebernos considerar dos factores principales que afecten el rendimiento de los motores según su ubicación con respecto a los valores que da el fabricante a condiciones ISO, esto es 1 atmósfera de presión, al nivel de! mar y a 15ºC. Estos factores son:

a) Variación de la potencia con la altura Debe tenerse en cuenta la ubicación de la central al nivel del mar ó en altura para considerara la variación de la potencia de la unidad y determinar su influencia por el factor de altura.b) Variación de la potencia por la temperatura

La temperatura del lugar varía entre estaciones durante el año pero es posible considera una media debe ser la temperatura más frecuente, la cual debe adoptarse para los cálculos. Por ejemplo si el factor de temperatura para 28º es 0.94 genera una reducción del 6% de la potencia ISO por el incremento de la temperatura.

Para consumo de los auxiliares hay que considerar aproximadamente 1.5% de la potencia nominal. Luego la potencia afectiva de la unidad en estudio de ser alimentados en los casos de arranque sin tensión a las barras, por el motor diesel auxiliar que también está conectado a esta barra de 440 -380 - 220 volts.

Fc

PnxFaxFtPe

En donde:

Pe = Potencia efectiva Pn = Potencia ISOFt = Factor de temperatura Fa = Factor de altura Fe = Factor de consumo auxiliares.

Número de unidades:

Se puede ilustrar por ejemplo para una demanda de 66.1 MW (max) qué debe satisfacer la central, necesitamos como mínimo ó unidades si estas fueran de 12,040 kw las cuales dan una potencia efectiva total de:

6 x 12040 = 72240 kW

Con esta potencia el factor de planta en horas punta será de:

Fp = = 0.915 o sea 91.5%

La reserva para esta planta será de una unidad adicional con lo cual el número total será de 7 unidades. Una reserva se justifica si se tiene en cuenta si entra o no al sistema interconectado.

72.240

66.100

SISTEMA DE ARRANQUE

Para el arranque de los motores se empleará un sistema de aire comprimido compuesto por tanques conectados a compresores de aire o algún otro sistema de arranque que puede ser también por medio de un motor auxiliar, dependiendo del tamaño de la central. Este sistema servirá para arrancar un motor a la vez, siendo los tanques de aire a una capacidad determinada para una presión máxima de operación de 30 kg/cm2 aprox. Los compresores deben accionados por motores eléctricos conectados a las barras de servicios auxiliares pudiendo ser alimentados en los casos de arranque sin tension a las barras por el motor diesel auxiliar que tambien esta conectado a esta barra de 440-380-220 volts

Costos OperativosIncluye a todos los costos- necesarios -para mantener la central en operación agrupadas de la siguiente manera: costo de combustible, costo de lubricación, costo de agua para refrigeración 0 Costo de mantenimiento y repuestos 1 o Costo de personal de operación o Costo de seguros.No se considera los costos del, personal de administración y otros como son el personal la diferencia en las cuatro alternativas consideradas.

SISTEMA DE COMBUSTIBLE Características de los combustiblesPara los arranques y paradas de los motores se utilizará combustible Diesel Nº2 y/o gas para la operación continua se puede utilizar petróleo Bunker en sus diferentes tipos.La razón de utilizar un combustible diferente para el arranque y parada es por los problemas que causaría el petróleo residual al enfriarsePara efectos de la construcción de los motores se deberán tener en cuenta las siguientes características limites del petróleo residualContenido máximo de azufre 3.5% en peso.Contenido máximo vanadio 150 ppm.Contenido máximo sodío 50 ppm.Número cetano mínimo 1 11 10Índice con Radson máximo 1.5% en volumen

Principios de operación del sistema de CombustibleLa bomba de transferencia inicial, flujo del petróleo, succionándolo de¡ tanque haciéndolo pasar a través de un filtro primario, lavable, para posteriormente hacerlo pasar por el filtro secundario, que es desechable.En la caja de filtros se controla la presión del sistema con la válvula, de alivio que conecta al retorno al tanque sí la presión se pasa del valor especificado.De la caja de filtros secundarlos pasa el petróleo a la caja de bombas de inyección donde a través de un múltiple ingresa a cada una de las bombas individuales para ser enviado a los inyectores a través de las líneas de combustible.

La dosificación está controlada por el giro de los émbolos que están a una cremallera común que a su vez esta unida al gobernador que permite mantener las revoluciones del motor independiente de la carga, regulando la dosificación en función de la demanda de potencia.El punto de la inyección o momento que se inicia la combustión se controla con el ángulo del eje de levas de caja de bombas de que debe esta sincronizado con el punto muerto superior de cada cilindro.El tiempo de duración de la inyección se controla con la carrera vertical del émbolo de las bombas individuales y se conoce como lifter-setting o altura de los levantadores.

SISTEMA DE REFRIGERACIONLa principal restricción para la elección de un sistema de refrigeración en circuito cerrado es la poca disponibilidad de agua dulce. Para el enfriamiento de agua de¡ circuito se puede elegir un sistema de radiadores ó un sistema centralizado con torres de enfriamiento la elección deberá considerar fundamentalmente el polvo suspendido en el aire ambiente y la alcalinidad del agua en el lugarUn sistema con torres de enfriamiento haría necesario purgar el agua con alguna frecuencia para mantener un nivel de concentración por tanto será necesario reponer la pérdida de agua por purgas

Es preferible disponer de un doble circuito cerrado de refrigeración, uno para el agua que baña las camisetas de los cilindros y el otro para el agua de los inyectores.

Los componentes del sistema de refrigeración

1. Culata.2. Múltiple.3. Línea de purga.4. Salida del aftercooler.5. Aftercooler (enfriador del aire de admisión)6. Entrada del aftercooler.7. Entrada al radiador.8. Tapa del radiador con válvula de alivio.9. Radiador.10.Termostato 11.Línea de derivación.12.Block del motor.13.Enfriador de aceite de accesorios14.Enfriador de aceite del motor.15.Bombas de agua.16.Salida del radiador.

Principios de operación del Sistema de Refrigeración

El sistema de refrigeración tiene como función principal absorber y eliminar el calor que no se utiliza en el motor.

Aproximadamente la tercera parte del calor de la combustión se transforma en potencia en el cigüeñal, otra tercera parte se va con los gases de escape y la última tercer parte se elimina con el sistema de refrigeración.

Para que el motor se refrigere debe existir siempre una diferencia entre las temperaturas de entrada y de salida del agua del motor, de aproximadamente 15ºFEl sistema de refrigeración es presurizado mediante una tapa hermética, regulando la presión con una válvula de alivio.

Con el sistema presurizado se logra:

•Operar con margen de seguridad a temperaturas del agua mayores que la temperatura de ebullición normal, aumentando el margen de enfriamiento•Evitar pérdidas de refrigeración por evaporación, reduciendo la posibilidad, de que se formen burbujas de aire o vapor en los pasajes del motor.•Aumentando la presión se reducen los problemas de cavitación en la bomba.•El circuito de agua se inicia por la succión de la bomba, que torna al agua de la parte inferior del radiador. haciéndola pasar por los enfriadores de aceite, al block. donde enfría las camisetas y las culatas.

Evaluación del Sistema de RefrigeraciónPara evaluar el sistema se debe comprobar

1. La presión del sistema y la temperatura de operación.La temperatura de ebullición está relacionada con la presión del sistema y con la presión atmosférica o altura de operación teniendo en cuenta que la condición de altura influye en los valores de la ebullición.En consecuencia a fin de independizar el sistema de la presión atmosférica rica debe ser hermético y. presurizado para alejado del, punto de ebullición a presión normal.Para controlar la presión del sistema de refrigeración., el radiador tiene una tapa con dos válvulas para controlarla presión mínima y para eliminar el vacío que se puede formar en el sistema por la variación de la temperatura.Los valores normales de prueba son de 10 psi a 14 psi

2. Las temperaturas de entrada y salida al motor.Debiendo mantener por lo menos una diferencia entre las temperaturas de entrada y salida del motor de aproximada mente 15ºF la que se controla con los termostatos, se deben cumplir las especificaciones de la siguiente tabla:

Ubicación del termómetro Temperatura

Parte superior del radiador y parte inferior Máxima diferencia 15ºF

Parte superior del radiador y temperatura ambiente. Máxima diferencia 110ºF

Parte superior del radiador y caja de termostatos Mínima diferencia 2ºF con termostatos abiertos

SISTEMA DE LUBRICACIÓNPara una lubricación eficiente del motor, el aceite debe ser limpiado y enfriado antes que regrese al motor, para ello es preferible emplear filtros y separadores p, centrífugos y un intercambiador de calor a base de agua fresca que también puede ser enfriada en radiadores.Para cada motor es preferible emplear independiente mente un separador centrífugo y un intercambiador aparte de los filtros de transferencia solo el circuito de agua podría ser común.Los componentes del sistema de lubricación 1. Enfriador de aceite del motor, 2. Válvula de derivación del enferiador 3. Válvula de derivación del filtro. 4. Filtros de aceites. Múltiples, de Distribución del aceite. 5. Válvulas de prioridad del turboalimentador. 7. Colador de succión. 8. Bomba de aceite. 9. Válvulas de alivio del sistema. Ll Línea de lubricación del turboalimentador.L2 Línea de lubricación del cigueñal, levas, etc. L3 Línea de lubricación de la caja de gobernador de bomba de inyección. L4 Línea de lubricación de pistones, anillos y camisetas. L5 Línea de lubricación de válvulas de la culata. L6 Línea de lubricación de los engranajes de distribución.

Principio de operación del Sistema de Lubricación

El sistema de lubricación tiene 3 funciones principales:

Lubrica.- manteniendo separadas, las superficies de las piezas que están en movimiento mediante una película de aceite.

Refrigera.- enfriando aquellas piezas que no pueden enfriarse directamente con el sistema de refrigeración

Limpia.- circulando el aceite por todo motor manteniendo en suspensión la suciedad, evitando su acumulación en algún pasaje.

El elemento principal del sistema es una bomba de desplaza miento positivo que hace circular el aceite, siendo controlado la presión por una válvula de alivio que no permite sobrepasar los valores de diseño.La presión de operación varía según el modelo sin embargo son valores característicos pueden estar en el rango de 60 a 80 psi en altas RPM a 210ºF y 20 psi en RPM mínima.El circuito del aceite se inicia por la succión de la bomba pasando a través de un colador pasando luego, al enfriador a los filtros y luego al múltiple de distribución del aceite.

En el momento de arranque del motor, el aceite está frío y viscoso, circulando con dificultad al subir la presión se abre la válvula de derivación del enfriador eliminación del circuito.Al subir la temperatura, baja la presión del aceite. Ido esta v válvula, permitiendo el flujo normal a través del enfriadorEn los filtros hay otra válvula de derivación que permite el pase directo del aceite al múltiple cuando éstos se obstruyen.En los modelos turbo alimentados la válvula de prioridad toma aceite sin filtrar para asegurar su lubricación mediante una línea directa, posteriormente al normalizarse la presión de trabajo, esta línea se bloquea para que el turbo reciba aceite filtrado que pasa antes por el filtro y por el múltiple.El circuito termina en la parte superior del motor, en la culata, donde luego de lubricar los balancines y las válvulas retoma por gravedad al cárter.

Dispositivos de Control, mando y protección de los equipos

Equipos de Maniobra.Se conectará los generadores directamente a los dos juegos de barras de (1.0 KV) a través de dos seccionadores trifásicos de los cuales, uno permanecerá abierto normalmente. Los transformadores de servicios auxiliares y los transformadores principales de la subestación también tendrán doble conexión a las barras de KV. La conexión a barra simple es más económica pero proporciona menos seguridad.

Aparatos de Protección.

Las salidas de KV estarán protegidas por relés secundarios de sobrecorriente. Los generadores tendrán la siguiente protección:

Protección de sobrecarga.Protección contra máxima corriente.Protección diferenciaProtección contra inversión de potencia.Protección contra sobretensión.Protección contra debilitamiento de campoProtección contra puesta a tierra del estator.Protección contra puesta a tierra del rotor.

Aparatos de medida.

Se deberá contar con indicadores de corriente, tensión, frecuencia., factor de potencia, potencia activa y reactiva y contadores de energía y reactiva por cada generador. También transformadores de medida de corriente y de tensión: Para las salidas de KV se deberá tener inicadores de corriente y contadores de energía

Motores Diesel Auxiliar.

Para poner en marcha un grupo principal y mantener opresivos los equipos auxiliares generales y de iluminación de la central se requerirá un motor de un Nº de KVA conectado a las barras de 220V Esta potencia suministrará energía para lo siguiente:

Operar la bomba de transferencia de combustibleOperar las bombas de agua contra incendioActivar los controles, dispositivos de seguridad, emergencia y telecomunicación.Accionar la compresora M sistema de arranqueAccionar la grúa puente

Los equipos de control de este grupo electrógeno estarán ubicados en la sala de control de la central.

PUNTO DE EBULLICION RESPECTO A LA ALTURA

PROBLEMAUna central eléctrica debe instalarse para producir 8,000 Kw de potencia, para un centro minero ubicado a 2,000 mt. s.n.m. Se desea usar grupos Electrógenos Caterpillar modelo D399. cuyo consumo de combustible 58 gal/hr y el poder calorífico 10,830 Kcal/kg. Se requiere dimensionar preliminarmente la planta. Asumir η generador = 70% η transf. = 98%SOLUCION:Potencia de entrada al transformador (Pe) Pe = 8,000 / 0.98 = 8,163 KwPotencia entregada en el eje del motor (Pm) Pm =8,163 / 0.70 = 11,661 Kw En BHP = 11,661 / 0.746 = 15,631 HP

De acuerdo a la información del fabricante ,usamos motores que entregan 800 Kw en promedio a 60 Hz.

El Nº de Unidades = 11,661 / 800 = 15 unidades

Para un promedio de 10 horas de funcionamiento, el consumo de corriente para este tiempo es de 70% es decir 8163 Kw Nº de unidades operativas =10.2 =11Consumo de petróleo para 11 unidad/hr =638gal/hr

10 horas= 6380gal

Es necesario proyectar un tanque de almacenamiento para el suministro de petróleo a los grupos electrógenos determinamos una independencia de planta de 10 días, por tanto debemos considerar uno ó mas reservorios con un total de 63800 gal.

NECESIDAD DEL AGUA DE REFRIGERACIONNECESIDAD DEL AGUA DE REFRIGERACION Calor total generado, a partir del rango de eficiencias ηti = 0.45 – 0.48 , ηti = 0.47 ηm = 0.780 – 0.85 , ηm = 0.80

luego : ηtt = 0.47 x 0.80 = 0.376

ηtt = BHP QA= BHP QA ηttQA =800 kW = 2127.6Kw = 7’255,515 BTU/hr 0.376Calor necesario a rechazar:QRT= QA – HP = 7 255,515 – 2 728,150QRT=4’527,365BTU/hrQRT- Q gases se escape =Δ QRΔ QR = 2’667,422 BTU/H este calor deberá disiparse por el H20 de refrig.Tomamos un Δ T = 25ºF

ºmH20 = 2 667,422 BTU/hr = 106,696.88Lb/hr 1BTU/Lb ºF x 25ºF ºmH20 = 106,696.88 lb/hr x 1pie/62.43lb x º 264,171gal/35.31pie x1hr/60 min mH20 =213 gal/mintFlujo total para 11 unidades = 2344gal/mint

Luego se totalizan valores para dimensionar tuberias, torres de refrigeración si fuera necesario , bombas ,etc.

Calor que se puede recuperar de los gases de escape por cada máquina.

Qg = mg CpΔTgmg = 7640 pie³/mint = ma + m³ comb = 216 m³ /minutTg = 940ºF

La temperatura mínima a la que se puede enfriar los gases de escape es: TH2Oref + 150ºF Tmin= TH20ref + 150ºFLuego Tmin = 200 + 150ºF = 350ºF = 176ºC = 449 ºk

P ρ g= 12.03 µ µg = 28097(peso molecular)

T P = 14.7 psi = 1.033 Kg/cm2

T = 940ºF= 504ºC= 777 ºk

ρg = 12.03 x 28.97 x 1.033 = 0.46 Kg/seg

Cpg = 1.0035 Kg ºK

Luego : Qg = 216m/minutx0,46 kg/m x 1.0035 kj/kg (777-449)ºk

Qg = 32 704 KJ/minut = 1 859,943.10 BTU/hr

777 ºK

KJ

PROBLEMA

Se desea instalar una central eléctrica para producir 6,500 Kw de potencia para un centro minero ubicado a 1,500 mt sobre el nivel del mar a – 10 ºC .Se requiere seleccionar generadores de corriente para satisfacer esta demanda; considerando 15 horas de funcionamiento y 12 días de independencia, se dispone de dos marcas de grupos electrógenos como alternativas de suministro cuyas características técnicas se muestran a continuación

Modelo KTTA50- G2 CUMMISModelo KTTA50- G2 CUMMIS ((Tabla 01) A 60Hz 1800rpm, trifásico y 0.8 de factor de potenciaPt STANDBY: 1500KW 1875KVAPt. PRIME: 1250 KW 1562.5KVAModelo HMW 2340 HIMOISAModelo HMW 2340 HIMOISA (Tabla 02)A 60 Hz, 1800 rpm, trifásico y 0.8 de factor de potencia.Pt STANDBY: 2000KW 2500KVAPt. PRIME: 1872.8 KW 2341KVA

INICIANDO EL CÁLCULO DE LA POTENCIA DE ENTRADA.-Requerimos una potencia de 6 500 KW, para nuestro cálculo en la potencia de entrada existe una caída de potencia (pérdida) debido a la eficiencia del transformador:

Donde Pp, potencia de la planta, nt = 0.98 es la eficiencia asumida para el transformador y

Pr = 6632.65 Kw, es la potencia requerida en la demanda

Pp 6500

Pr = = = 6632.65 kw nt 0.98

Se consideró una eficiencia mecánica nm de 70% y ng de 98%; Pm Potencia del motor y 0.746 es el factor de conversión de kw a Hp.

Pr 6632.65

Pm = = = 96.68.59 kw nm x ng 0.70 x 0.98

PLANTA nt

Pm 9668.59BHP = = = 12960.57 Hp 0.746 0.746

CALCULO DE POTENCIA ENTREGADA POR LOS GENERADORES

Por otro lado debemos considerar la variación de potencia de los equipos producida por causas de altura y temperatura del medio ( condiciones ISO, esto es 1 atmósfera de presión, al nivel del mar y a 15ºC):En nuestro caso nos encontramos a una altura de 1500 metros y con 10ºC, además sabemos que:

Donde:Pe: Potencia entregadaPn: Potencia nominalFa: Factor de alturaFt: Factor de temperaturaFc: Factor de consumo de auxiliares ( 1.5 que en caso no aplica por lo que consideramos 1 )

Pn x Fa x FtPe = Fe

•CASO 1 ( Modelo KTTA50-G2 CUMMIS) Tabla 01

•CASO 2 ( Modelo HMW – 2340 HIMOISA) Tabla 02

Las potencias calculadas anteriormente corresponden a aquellas que los equipos no entregarán trabajando en las condiciones específicas de altura y temperatura impuestas:

1872.8

Pe2 = x 0.87 x 1.045 = 1 702.66 kw 1

1250Pe1 = x 0.87 x 1.045 = 1136.44 kw 1

CALCULANDO EL NÚMERO DE UNIDADES NECESARIAS

Usando motores con potencias de 1136.44 kw y 1702.66 kw para el caso 1 y 2 respectivamente tenemos:CASO 1:

CASO 2:

Pr 6632.65Nº unidades = = = 5.83 Ξ 6 unidades Pe1 11.36.44

Pr 6632.65Nº unidades = = = 3.89 Ξ 4unidades Pe2 1702.66

Considerando una unidad de reserva para las labores de mantenimiento:

CASO 1 ( MODELO KTTA50-G2 CUMMIS ): 7 unidades

CASO 2 ( MODELO HMW-2340 HIMOISA ): 5 unidades

• Si bien es cierto que se opta por utilizar la menor cantidad de unidades, se debe realizar un cálculo de consumo calorífico (consumo de combustible) para descartar las posibilidades de mayor costo.

•

CALCULO DE CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO

Según datos técnicos el consumo unitario de combustible Diesel D2 es de: Modelo KTTA50-G2 CUMMIS) Tabla 01 A 60 H = 1800 rpm, trifásico y 0.8 de factor de potencia Pt. PRIME: 1250KW 1562.5KVA Presenta un consumo de 325 L/hr al 100%02Modelo HMW – 2340 HIMOISA) Tabla

A 60 H = 1800 rpm, trifásico y 0.8 de factor de potenciaPt. PRIME: 1872.8KW 2341KVA

Presenta un consumo de 460L/hr al 100%

(Datos obtenidos de la tabla de características técnicas de producto)

Además consideramos 15 horas de funcionamiento con 12 días de independencia.

Teniendo como dato que el poder calorífico para nuestro caso es de 34.97 MJ/L o aproximadamente 10830kCal/kg (para el Diesel D2 – ver tabla 3); entonces podemos evaluar el consumo de petróleo para el número de unidades calculadas.

CASO 1 ( Modelo KTTA50-G2 CUMMIS) Tabla 01

Pr 6632.65# unidades = = = 5.31 6 Pt.PRIME1 1250

Se calculo 7 unidades, considerando una unidad de reserva (ok):

Consumo de 7 unidades = 325 x 7 = 2275 L/hr

En 15 horas = 34125 L

Considerando los días de independencia tenemos, capacidad de almacenamiento:

409500 litros 109200 galones.

CASO 2 ( Modelo HMW – 2340 HIMOISA) Tabla 02

Se calculo 5 unidades, considerando una unidad de reserva (ok):Consumo de 5 unidades = 460 x 5 = 2300L/hr

En 15 horas = 34500 L

Considerando los días de independencia tenemos, capacidad de almacenamiento:

414000 litros 110400 galones

• Podemos observar que requerimos 1200 galones adicionales si utilizamos el modelo del CASO 2, lo que implicará un tanque de almacenamiento de combustible mayor.

Pr 6632.65# unidades = = = 3.54 4 Pt.PRIME2 1872.8

CALCULO DE NECESIDAD DE REFRIGERACIÓNTenemos como datos iniciales: ηt = 0.45 – 0.48

ηm= 0.70 – 0.85ηg = 0.98

Donde: ηtt = ηt x ηm x ηg

ηt: Eficiencia térmicaηm: Eficiencia mecánicaηg:Eficiencia del generador

CASO 1 ( Modelo KTTA50-G2 CUMMIS) Tabla 01

M G QbQa

ηtηm ηg

Qb Qb 1250ηtt = Qa = --- = = 3392.31kw Qa ηt x ηm x ηg 0.47 x 0.8 x 0.98

Qa = 3392.31kw 3392.31kw x 3.41 = 11567.79 BTU / Hr

Qb = 1250kw 1250kw x3.41 = 4262.5BTU / Hr = BHP

Qrt = Qa – BHP = 11567.79 – 4262.5 = 7305.29 BTU / HR

∆Qf = Qrt – Qgases.de.escape

∆Qf = 7305.29 – 2055.91 = 5249.38 BTU / HRDonde:

Qrt: Potencia perdida∆Qf: Calor disipado por el agua de refrigeraciónQgases de escape = 2055.91 BTU / Hr … (Posteriormente el cálculo de

Qgases de escape).

Considerando una variación de temperatura de 25ºC 77ºF

º

∆Qf = Cp x mH2O x ∆T ( Cp = 10-3 BTU / Lb. ºF )

º 5249.38 BTU /HrmH2O = = 68173.77 Lb / hr

10-3 BTU / Lb. ºF x 77ºF º lb 0.4536kg mH2O 68173.77 x º hr 60min = = = 136.15 gal / min

kg 3.785m³

ρH2O 1000 x m³ 1000galPara un total de 7 unidades: = 136.15 x 7 = 953.07gal / min

vH2O

º

vH2O

CASO 2 ( Modelo HMW – 2340 HIMOISA) Tabla 02

Qa = 5082.5kW 5082.5kW x 3.41 = 17331.33BTU /Hr

Qb= 1872.8kW 1872.8 x 3.41 = 6386.25BTU /Hr = BHP

Qrt = Qa – BHP = 17331.33 – 6386.25 = 10945.08BTU / hr

∆Qf = Qrt – Qgases de escape

∆Qf = 10945.08 – 2055.91 = 8889.17BTU / Hr

Qb Qb 1872.8ηtt = = Qa = = = 5082.5 kW Qa ηt x ηm x ηg 0.47 x0.8 x 0.98

Considerando una variación de temperatura de 25ºC 77 ºF

˚ 8889.17 BTU /Hr

mH2O = = 115443.77 Lb / hr 10-3 BTU / Lb. ºF x 77ºF

º lb 0.4536kg mH2O 115443.77 x º hr 60min 230.56gal/min

kg 3.7854m³ ρH2O 1000 x m³ 1000gal

vH2O = = =

CALOR QUE SE PUEDE RECUPARAR DE LOS GASES DE ESCAPE:

Qg = mg x Cp x ∆Tg

mg = 2673pie³ /min 75.7m³/ min (Dato técnico)

Se considera una temperatura mín. de gases de escape (Tge) 446ºF 230ºC 708ºK

T min = TH2O…refri + 150ºF = 176ºC = 655ºK

P(kg / cm³) P8 = 12.03 x µ x Tge (ºK)

1.033 P8 = 12.03 x 28.97 x = 0.508kg / m³ 708ºK

P: presión atmosféricaTge: Temperatura de los gases de escape

Además: Cp = 1.0035 kJ / kg - ºK

Qg = mg x Pg x Cp x ( Tg – T min )

Tge: temperatura de los gases de escapeTmin: temperatura mínima de gases de escape

Qg = 75.7m³/min x 0.5085kg / m³ x 1.0035kJ / Kg - ºK x ( 708 - 665 ) = 36.152KJ/min

Qg = 2055.91BTU / hr

CASO 1 ( MODELO KTTA50-G2 CUMMIS ): 7 unidades

Qgt = 2055.91 x 7 = 14391.36BTU /hr

CASO 2 ( MODELO HMW-2340 HIMOISA ): 5 unidades

Qgt = 2055.91 x 5 10279.55BTU / hr

EN RESUMEN TENEMOS:

Modelo KTTA50 – G2 CUMMIS Modelo HMW – 2340 HIMOISA

6632.65Nº Unidades = = 5.83 ≡ 6 unidades

+ 1 1136.44

6632.65Nº Unidades = = 3.89 ≡ 4 unidades

+ 1 1702.66

Capacidad de almacenamiento para 15 hr diarias con una independencia de 12 días 409500 litros 109200 galones.

Capacidad de almacenamiento para 15 hr diarias con una independencia de 12 días 41400 litros 11040 galones.

Agua de refrigeración · VH2 O = 136.15 X 7 = 953.07 gal / min.

Agua de refrigeración · VH2 O = 230.56 X 5 = 1152.79 gal / min.

Calor recuperable de los gases de escape Qgt = 2055.91 x 7 = 14391.36BTU /hr

Calor recuperable de los gases de escape Qgt = 2055.91 x 5 = 10279.55 BTU /hr

CONCLUSIÓNCONCLUSIÓN

Podemos concluir que nos es conveniente seleccionar el Modelo HMW -2340 HIMOISA, ya que solo se requerirá 4 unidades en comparación de 6 unidades requeridas del Modelo KTTA50-G2 CUMMIS lo que facilita el sincronismo del equipo, además de ocupar menor espacio; sin embargo requiere una capacidad de almacenamiento mayor, mayor flujo de agua de refrigeración y menor calor recuperable de los gases de escape.

El equipo se seleccionará fácilmente por un balance de costos de equipos costos de insumos, mantenimiento y pérdidas de calor, así como consumo del sistema de refrigeración.