Centrales Termicas Con Grupos Electrogenos

 

 

Universidad Nacional de Ingeniería Lima - Perú  

CENTRALES TÉRMICAS CON GRUPOS ELECTRÓGENOS Fuerza Motriz Térmica - MN153 Ing. Duilio Aguilar Vizcarr Vizcarraa

 

CENTR LES TÉRMIC S 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 solodenominaos anotar que se deben considerar los sistemas de antivibratorios 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 equipos confección las especificaciones técnicas para la acotación de los y sude posterior instalación.

 

  PRINCIP LES COMPONENTES DE L

CENTR L

Motor diesel  Se debe utilizar grupos de características similares que a continuación detallamos deben operará ser comunes a todos motores. Debe tenerse en cuenta si laycentral en base ó sus los 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 V..

 

Para la selección del equipo se deberá tener en cuenta las siguientes características principales: Potencia continua en el lugar Medida en la brida de acoplamiento Número de revoluciones Sistema de arranque Sobrealimentación Inyección de combustible Combustible Poder calorífico inferior Sistema de refrigeración Capacidad de sobrecarga periodo de 12 hrs s.

17.000 HP aprox 400 – 500 rpm con aire comprimido sistema de presión constante Inyección directa Bunker 10,000, CKcal/kg Agua fresca y radiadores 10% durante una hora en un

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 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: Potenc ia aparente Potencia Potencia Nominal

15 NIVA 12 MW

Factor 0.8 Tensióndedepotencia Generaci Generacion on 10.5 - 13.8 KV Frecuencia 60 Hz Velocidad 3600 rpm Número de fases 3 (trifásico) Conexión Estrella Capacidad de sobrecarga sobrecarga 10 % por una hora en período 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 superficiales ó desbalance de calor en el sistema, como ejemplo se puedetérmicos 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, que deberán cumplidascon porrespecto los fabricantes Las frecuencias propias las de mismas los alternadores seránser verificadas 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 estas definirplantas el campo se pueden clasificar en de : aplicación por tamaño de unidad decir que Plantas de Pequeña Potencia : Plantas de Mediana Potencia : Plantas de gran Potencia :

< a 12.000 Kw Kw.. 12000 a 20.000 Kw > 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 12/13 MW - 14/18 MW y mayores hasta 18/20 MW con velocidades de rotación de 400, 450 ó 514 RPM Pero 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 Lugar Debernos 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.  Pe

 PnxFaxFt   PnxF axFt  

 Fc

En donde: Pe = Potencia efectiva Pn = Potencia ISO Ft = Factor de temperatura Fa Fe = Factor de altura consumo auxiliares.

 

Número de unidades: Se puede ilustrar p por or 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 =

66.100 72.240

= 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.

 

Costos Operativos  Incluye a todos los costos- necesarios -para mantener la central en operación agrupadas de de la siguiente manera: costo de comb combustible, ustible, 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 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

 

SISTEMA DE COMBUSTIBLE Características de los combustibles Para 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 enfriarse Para efectos de la construcción de los motores se deberán tener en cuenta las siguientes características características limites del petróleo residual Contenido máximo de azufre 3.5% en peso. Contenido máximo vanadio 150 ppm. Contenido máximo sodío 50 ppm. Número cetano mínimo 1 11 10 Índice con Radson máximo 1.5% en volumen   succionándolo de¡ tanque Principios del sistema de Combustible La bomba de deoperación transferencia inicial, flujo del petróleo, 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 REFRIGERACION La 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 lugar Un sistema con torres de enfriamiento haría necesario purgar el agua con alguna frecuencia para mantener un nivel de concentración por tanto será s erá 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 c ilindros y el otro para el agua de los inyectores.

 

Los componentes del sistema de refrigeración

1. Culata. 2. 3. 4. 5. 6.

Múltiple. Lí Líne nea a de purg purga. a. Sal Salida ida del aft afterc ercool ooler er.. Afte Aftercoole rcoolerr (enfri (enfriador ador del aire aire de admisi admisión) ón) Ent Entrad rada a del aft afterc ercool ooler er..

7. En Entr trad ada a al rrad adia iado dorr. 8. Tapa d del el rad radiador iador con vválvu álvula la de alivio alivio.. 9. Radia adiad dor or.. 10.Termostato 11.Línea de derivación. 12.Block del motor. 13.Enfriador de aceite de accesorios 14.Enfriador de aceite del motor. motor. 15.Bombas de agua. 16.Salida del radiador 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 sis tema 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 motor,, de aproximadamente 15ºF El sistema de refrigeración refrigeración es pre presurizado surizado mediante una tapa he hermética, rmética, 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 motor.. • Aumentando  Aumentando la presión se reducen los problemas 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 Refrigeración Para 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. y. presurizado para alejado del, punto de ebullición a presión normal. Para controlarpara la presión del sistema refrigeración., el radiador tieneque unase tapa con dos válvulas controlarla presión de mínima y para eliminar el vacío 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. motor.  Debiendo mantener por lo menos una 15ºF diferencia las temperaturas de entradas salida del motor de aproximada mente la queentre se controla con los termostatos, deben cumplir las especificaciones de la siguiente tabla: Ubicación del termómetro 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 LUBRICACIÓN  Para 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 ap aparte arte 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, 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 turboalimentador.. 7. Colador de succión. 8. Bomba de aceite. 9. Válvulas de alivio del sistema. Ll Línea de lubricación del turboalimentador. 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. c ulata. 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 motor tor manteniendo en suspensión la Limpia.-  circulando el aceite por todo mo 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 enfriador En 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 de trabajo, esta ylínea semúltiple. bloquea para que el turbo reciba aceite filtrado quepresión pasa antes por el filtro por el El circuito termina en la parte superior del motor motor,, en la culata, donde luego de lubricar los balancines y las válvulas retoma por gravedad al cárter. 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 la subestación también t endrán tendrán doble conexiónmenos a las barras de KV KV.. La conexión a de barra simple es más económica pero proporciona 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 diferencia Protección contra inversión de potencia. Protección contra sobretensión. Protección contra debilitamiento de campo Protección 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. 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 combustible Operar las bombas de agua contra incendio  Activar los controles, dispositivos de seguridad, telecomunicación.  Accionar la compresora M sistema de arranque  Accionar la grúa puente puente

emergencia

y

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

 

PUNTO DE EBULLICION RESPECTO A LA AL ALTURA TURA

 

PROBLEMA Una central eléctrica debe instalar instalarse se para producir 8,000 Kw potencia, parausar un grupos centro Electrógenos minero ubicado a 2,000 mt. de s.n.m. Se desea 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 Kw Pot Potencia encia entregada en el eje del motor mo tor (Pm) Pm =8,163 / 0.70 = 11,661 Kw 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 Para consumo de corriente para este tiempo es de 70% es decir 8163 Kw Nº de unidades operativ operativas as =10.2 =11 Consumo de petróleo para 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 considerar independencia planta de 10 días, por tanto debemos uno de ó mas reservorios con un total de 63800 gal. NECESIDAD DEL AGUA DE REFRIGERACION Calor total generado, 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

ηtt QA QA =800 kW = 2127.6Kw = 7’255,515 BTU/hr 0.376

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

 

 º mH20 =

2 667,422 BTU/hr 1BTU/Lb ºF x 25ºF

= 106,696.88Lb/hr

º mH20 H20 =  = 106,696.88 lb/hr x 1pie/62.43lb x º 264,171gal/35.31 264,171gal/35.31pie pie x1hr/60 min mH20 H20 =213  =213 gal/mint Flujo 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 CpΔTg mg = 7640 pie³/mint pie³/mint = ma + m³ comb = 216 m³ /minut Tg = 940ºF

 

  La temperatura mínima a la que se puede enfriar los gases de escape es: TH2Oref + 150ºF Tmin= TH20ref + 150ºF Luego Tmin = 200 + 150ºF = 350ºF = 176ºC = 449 ºk P ρ g= 12.03 µ

T

µg = 28097(peso molecular) P = 14.7 psi = 1.033 Kg/cm Kg /cm2 T = 940ºF= 504ºC= 777 ºk

 

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

777 ºK

Cpg = 1.0035

KJ 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

 

PROBLEMA Se desea instalar una para central eléctrica paraubicado producir 6,500 Kw de potencia un centro minero a 1,500 mt 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 alternativ alternativas as de suministro cuyas características característic as técnicas se muestran a continuación

 

Modelo

KTTA50- G2 CUMMIS (Tabla 01)

A 60Hz 1800rpm, trifásico y 0.8 de factor de potencia Pt STAND STANDBY BY:: 1500KW 1500KW 187 1875KVA 5KVA Pt. PRIME: 1250 KW 1562.5KVA HIMOISA  (Tabla 02) Modelo HMW 2340 HIMOISA  A 60 Hz, 1800 rpm, trifásico y 0.8 de factor de potencia. Pt STAN STANDBY DBY:: 200 2000KW 0KW 2500KVA 2500KVA Pt. PRIME: 1872.8 KW 2341KVA 2341KVA

 

INICIANDO EL CÁLCULO DE LA PO POTENCIA TENCIA 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: Pr  =

p P 

= n t   

Donde

Pp,

6500 = 6632.6 6632.65 5 kw 0.98   

potencia de la planta,

nt   = 0.98

es la

eficiencia asumida para el transf transformador ormador y  Pr = 6632.65 Kw, es la potencia requerida en la demanda

 

 

P r

6632.65

Pm =

=

= 96.68.59 kw 0.70 x 0.98  

n  x  n m

 

g

ng 

n t  

PLANTA 

nm 

G 

MOTOR 

Se consideró una eficiencia mecánica n  de 70% y ng de 98%; Pm Potencia del motor y 0.746 es el factor de m

conversión de kw a Hp. P m BHP =

9668.59 =

0.746  

= 12960.57 Hp 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 alturadel y temperatura del medio ( condiciones ISO, esto es 1 atmósfera de presión, al nivel mar y a 15ºC): En nuestro caso nos encontramos a una altura de 1500 metros y con 10ºC, además sabemos que:

Pn

Pe =

x Fa x Ft Fe  

Donde: Pe: Potencia entregada Pn: Potencia nominal Fa: Factor de altura Ft: Factor de temperatura Fc: Factor de consumo de auxiliares ( 1.5 que en caso no aplica por lo que consideramos 1 )

 

•CASO 1 ( Modelo KTT KTTA50-G2 A50-G2 CUMMIS)

Pe1 =

1250

Tabla 01

x 0.87 x 1.045 = 1136.44 kw

1  

CASO 2 ( Modelo HMW – HMW  –  2340 HIMOISA)

Tabla 02

•

1872.8

Pe 2 =

x 0.87 x 1.045 = 1 702.66 kw 1  

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

 

CALCULANDO EL NÚMERO DE UNIDADE UNIDADESS NECESARIAS

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

6632.65

Nº unidades =

=

= 5.83 Ξ 6 unidades

Pe1

11.36.44  

Pr

6632.65

CASO 2: Nº unidades =

= Pe2

= 3.89 Ξ 4unidades   1702.66  

 

  Considerando Considerand o una unidad de reserva para las labores de mantenimiento: CASO 1 ( MODELO KTT KTTA50-G2 A50-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. costo.

 

  CALCULO DE CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO

Según datos técnicos el consumo unitario de combustible Diesel D2 es de:

Modelo KTTA50-G2 CUMMIS CUMMIS))

Tabla 01

 

 A 60 H = 1800 rpm, trifásico trifásico y 0.8 de factor factor de potencia Pt. PRIME:

1250KW

1562.5KVA 

Presenta un consumo de 325 L/h Presenta L/hrr al 100% 02Modelo HMW – 2340 HIMOISA HIMOISA)) Tabla  A 60 H = 1800 rpm, trifásico trifásico y 0.8 de factor factor de pot potencia encia  Pt. PRIME: 1872.8KW 2341KVA Presenta un consumo de 460L/hr al 100% ( D Datos atos 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 KTT KTTA50-G2 A50-G2 CUMMIS ) Pr # unidades =

Tabla 01

6632.65 =

Pt.PRIME1

= 5.31 1250  

6

 

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) Pr # unidades =

Tabla 02

6632.65 =

Pt.PRIME2

= 3.54

4

1872.8  

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 combusti ble m mayor ayor..

 

CALCULO DE NECESIDAD DE REFRIGERACIÓN ηt = Tenemos como datos iniciales: ηm= ηg = Donde: ηtt = ηt x ηm x ηg ηt:

0.45 – 0.48 0.70 – 0.85 0.98

Eficiencia térmica

ηm: Eficiencia mecánica ηg: Eficiencia del generador

CASO 1 ( Modelo KTT KTTA50-G2 A50-G2 CUMMIS)

Tabla 01

ηt ηm

Qa

M

ηg

G

Qb

 

  ηtt

Qb  =

Qb Qa =

Qa  Qa = 3392.31k 3392.31kw w Qb = 1250kw

--ηt x ηm x ηg

1250 =

= 3392.31kw 0.47 x 0.8 x 0.98

3392.31k 3392.31kw w x 3.41 = 11567.79 BTU / Hr 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 / HR

Donde: Qrt:

Potencia perdida Calor disipado por el agua de refrigeración

∆Qf:  Qgases de escape = 2055.91 BTU / Hr … (Posteriormente el cálculo de

Qgases de escape).

 

temperatura tura de 25ºC 77ºF Considerando una  una variación de tempera º

 

∆Qf  = Cp x mH2O 

  mH2O  =

( Cp = 10-3 BTU / Lb. ºF )

x ∆T

5249.38 BTU /Hr

º

= 68173.77 Lb / hr 10-3 BTU / Lb. ºF x 77ºF º

lb

mH2O

68173.77

  2

 

hr

=

0.4536kg x

º

vH O

 

60min

=

= 136.15 gal / min 3.785m³

kg

ρH2O

1000

x

 

m³

Paraa un total de 7 unidades:º Par

1000gal

vH O 2

= 136.15 x 7 = 953.07gal / min

 

CASO 2 ( HIMOISA) A) 2 ( Modelo HMW – 2340 HIMOIS Qb ηtt =

Qa

Qb =

Qa =

Qa = 5082.5kW Qb= 1872.8kW

ηt x ηm x ηg

Tabla 02 1872.8

=

0.47 x0.8 x 0.98 

= 5082.5 kW

5082.5kW x 3.41 = 17331.33BTU /Hr 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 

 

Considerando Considerand o 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 mH2O

 

º

vH O =

115443.77

kg

ρH2O

x hr 

=

2

0.4536kg

lb

1000

60min 3.7854m³

x m³ 

1000gal

=

230.56gal/min

 

CALOR QUE SE PUEDE RECUPARAR 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 708ºK T min = T H2O…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

230ºC

 

P: Tge:

presión atmosférica Temperatura de los gases de escape

Además: Cp = 1.0035 kJ / kg - ºK Qg = mg x P g x Cp x ( Tg – T min ) Tge: Tmin:

temperatura de los gases de escape 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 MODELO KTT KTTA50-G2 A50-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 

6632.65 Nº Unidades =

= 5.83  6 unidades + 1 ≡

6632.65 Nº Unidades =

1136.44

= 3.89  4 unidades + 1 ≡

1702.66

Capacidad de almacenamiento para 15 hr diarias Capacidad de almacenamiento para 15 hr diarias con una independencia de 12 días 409500 con una independencia de 12 días 41400 litros litros 109200 galones. 11040 galones. Agua de refrigeración

Agua de refrigeración ·

V H2 O 

= 136. 136.15 15 X 7 = 95 953.07 3.07 gal / min.

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

·

V H2 O 

= 230.56 230.56 X 5 = 115 1152.79 2.79 gal / min.

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

CONCLUSIÓN 

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,