JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA EVALUACIÓN ENERGÉTICA DE LOS TRENES DE COMPRESIÓN DE AIRE I, II Y III DE LA PLANTA DE ÁCIDO NÍTRICO DE LA EMPRESA DE ABOCOL JORGE LUIS ARROYO PATERNINA LAURA MARCELA MANCILLA MUNEVAR UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE BOLÍVAR FACULTAD DE INGENIERÍA CARTAGENA DE INDIAS D. T. y C. 2013 1 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA EVALUACIÓN ENERGÉTICA DE LOS TRENES DE COMPRESIÓN DE AIRE I, II Y III DE LA PLANTA DE ÁCIDO NÍTRICO DE LA EMPRESA DE ABOCOL JORGE LUIS ARROYO PATERNINA LAURA MARCELA MANCILLA MUNEVAR Tesis de Grado presentada como requisito para optar al título de Ingeniero Mecánico Director PhD, MSc, ME, Esp., Bch BIENVENIDO SARRÍA LÓPEZ UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE BOLÍVAR FACULTAD DE INGENIERÍA CARTAGENA DE INDIAS D. T. y C. 2013 2 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Señores UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE BOLÍVAR Facultad de Ingeniería Mecánica Comité Evaluador de Trabajos de Grado Cordial Saludo. Por medio de la presente, nos permitimos someter a su consideración la tesis titulada “EVALUACIÓN ENERGÉTICA DE LOS TRENES DE COMPRESIÓN DE AIRE I, II Y III DE LA PLANTA DE ÁCIDO NÍTRICO DE LA EMPRESA DE ABOCOL”, de los estudiantes JORGE LUIS ARROYO PATERNINA y LAURA MARCELA MANCILLA MUNEVAR, para optar por el título de Ingeniero Mecánico. Cordialmente, _____________________________ JORGE LUIS ARROYO PATERNINA C.C. 1143351712 ______________________________ LAURA MARCELA MANCILLA MUNEVAR C.C. 1047435173 3 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Señores UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE BOLÍVAR Facultad de Ingeniería Mecánica Comité Evaluador de Trabajos de Grado Cordial Saludo. Por medio de la presente, me permito someter a su consideración la tesis con título “EVALUACIÓN ENERGÉTICA DE LOS TRENES DE COMPRESIÓN DE AIRE I, II Y III DE LA PLANTA DE ÁCIDO NÍTRICO DE LA EMPRESA DE ABOCOL”, elaborada por los estudiantes JORGE LUIS ARROYO PATERNINA y LAURA MARCELA MANCILLA MUNEVAR, en el que me desempeño como Director. Cordialmente, _____________________________ PhD. BIENVENIDO SARRÍA Director de Trabajo de Grado. 4 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Nosotros JORGE LUIS ARROYO PATERNINA y LAURA MARCELA MANCILLA MUNEVAR, mayores de edad y domiciliados en la ciudad de Cartagena D. T. y C. e identificados como consta al pie de la presente, de manera libre y espontánea, manifestamos en este documento nuestra voluntad de ceder a la UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE BOLÍVAR los derechos patrimoniales, consagrados en el artículo 72 de la ley 23 de 1982 sobre Derechos de Autor, del trabajo final denominado EVALUACIÓN ENERGÉTICA DE LOS TRENES DE COMPRESIÓN DE AIRE I, II Y III DE LA PLANTA DE ÁCIDO NÍTRICO DE LA EMPRESA DE ABOCOL producto de nuestra actividad académica para optar al título de INGENIERO MECÁNICO de la Universidad Tecnológica de Bolívar. La Universidad Tecnológica de Bolívar, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente los derechos anteriormente cedidos en su actividad ordinaria de investigación, docencia y extensión. La cesión otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en nuestra condición de autor me reservo los derechos morales de la obra antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo este documento que hace parte integral del trabajo antes mencionado y entrego al Sistema de Bibliotecas de la Universidad Tecnológica de Bolívar. Dado en la ciudad de Cartagena de Indias D. T. y C., a los 28 días del mes de mayo de 2013. _____________________________ JORGE LUIS ARROYO PATERNINA C.C. 1143351712 ______________________________ LAURA MARCELA MANCILLA MUNEVAR C.C. 1047435173 5 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Nota de aceptación _________________________ _________________________ _________________________ _________________________ _________________________ _________________ _________________ Firma del Presidente del Jurado. _________________ Firma del Jurado _________________ Firma del Jurado 6 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Cartagena de Indias D. T. y C. Mayo de 2013 A Dios gracias por darnos la vida, la oportunidad de pertenecer a esta Universidad y el privilegio de estudiar esta gran carrera; que con ella dimos concluida esta labor investigativa con éxito, a Él todo nuestro amor. A nuestros padres por ser cimiento principal en nuestra formación, por brindarnos una educación llena de valores, de perseverancia, transparencia y de amor. Este trabajo es gracias a su apoyo incondicional. A nuestros hermanos, Natalia, Ana Sofía, Jorge, María Elena, por el apoyo, la complicidad y por compartir momentos inolvidables. A nuestros amigos, Luis, Alfonso, Stephanie, William, Julián, Triana y José que estuvieron presentes en nuestros momentos, y siempre nos apoyaron. 7 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA AGRADECIMIENTOS Expresamos nuestros agradecimientos a: PhD. Bienvenido Sarría, por el conocimiento que nos compartió en nuestro pregrado, sus enseñanzas y consejos que fueron de gran valor a la hora de empezar nuestra investigación, por su dedicación y confianza. A todo el cuerpo docente de la Universidad Tecnológica de Bolívar, porqué gracias a su empeño y dedicación, estamos culminando nuestra etapa de formación profesional con éxito. A ABOCOL por abrirnos sus puertas, especialmente a los ingenieros Luis Fernando Lesmes y Olmedo Ochoa, gracias por dedicarnos su tiempo y conocimiento para la realización de esta labor investigativa. A nuestra familia y seres queridos que sin su apoyo nada de esto sería posible, especialmente a nuestros padres: Janneth Munevar, Elena Paternina, Jorge Arroyo, por ser testigos de cada uno de nuestros días, por el esfuerzo de darnos lo mejor de ellos, por su apoyo incondicional, por su ejemplo intachable de amor y sacrifico. A ellos nuestro amor y gratitud. A nuestros maravillosos amigos, que nos demostraron amistad verdadera, compartiendo momentos inolvidables, apoyándonos en cada uno de nuestros pasos de nuestra formación profesional, dándonos su confianza y cariño. 8 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Contenido LISTADO DE ILUSTRACIONES ................................................................................................ 13 LISTADO DE GRÁFICAS .......................................................................................................... 14 LISTADO DE TABLAS .............................................................................................................. 15 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 17 JUSTIFICACIÓN ...................................................................................................................... 22 PROBLEMA ABORDADO ........................................................................................................ 25 OBJETIVOS GENERALES......................................................................................................... 27 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ....................................................................................................... 28 1. ESTADO DEL ARTE DE LOS TRENES DE COMPRESIÓN DE LAS PLANTAS DE ÁCIDO NÍTRICO NAN I, II Y III. .......................................................................................................... 29 1.1. TREN DE COMPRESIÓN .......................................................................................... 29 1.2. COMPRESORES, TURBINAS A VAPOR, EXPANDER DE GASES CALIENTES, CONDENSADORES, INTERCOOLERS Y TORRES DE ENFRIAMIENTO. ................................. 30 1.2.1. COMPRESORES ............................................................................................... 30 1.2.2. TURBINAS DE VAPOR ...................................................................................... 33 1.2.3. EXPANDER DE GASES CALIENTES. ................................................................... 33 1.2.4. CONDENSADORES ........................................................................................... 34 1.2.5. INTERCOOLERS ............................................................................................... 35 2. METODOLOGÍA DE CÁLCULO........................................................................................ 37 2.1. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DEL COMPRESOR DE AIRE ..................................... 37 2.1.1. TRABAJO REAL DEL COMPRESOR DE AIRE ...................................................... 38 2.1.2. TRABAJO ISENTRÓPICO DEL COMPRESOR DE AIRE ........................................ 38 2.1.3. EFICIENCIA ISENTRÓPICA DEL COMPRESOR ...... ¡Error! Marcador no definido. 2.2. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DE LA TURBINA DE VAPOR .................................... 40 2.2.1. CÁLCULO DEL CONSUMO DE VAPOR .............................................................. 40 2.2.2. CÁLCULO DEL CONSUMO ESPECÍFICO DE VAPOR .......................................... 41 2.2.3. CÁLCULO DEL CONSUMO DE CALOR DE LA TURBINA .................................... 42 9 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 2.2.4. CÁLCULO DEL CONSUMO ESPECÍFICO DE CALOR DE LA TURBINA ................. 42 2.2.5. CÁLCULO DEL RENDIMIENTO DE LA TURBINA ............................................... 42 2.3. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DEL EXPANDER ...................................................... 43 2.3.1. CÁLCULO DE LOS GASES DE COLA .................................................................. 43 2.3.2. TRABAJO DEL EXPANDER ................................................................................ 46 2.3.3. TRABAJO AL COMPRESOR .............................................................................. 46 2.3.4. EFICIENCIA ISENTRÓPICA DEL EXPANDER ......... ¡Error! Marcador no definido. 2.4. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DE LOS INTERCOOLERS ......................................... 47 2.4.1. CÁLCULO DEL RENDIMIENTO TÉRMICO DE LOS INTERCOOLERS ................... 48 2.4.2. CÁLCULO DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR MÁXIMA POSIBLE .................... 48 2.5. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DEL CONDENSADOR ............................................. 48 2.5.1. CÁLCULO DE LA DIFERENCIA DE TEMPERATURA MEDIA LOGARÍTMICA ....... 48 2.5.2. CÁLCULO DEL CALOR ABSORBIDO POR EL AGUA DE ENFRIAMIENTO ........... 49 2.5.3. CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE TRANFERENCIA DE CALOR EFECTIVO ........... 49 2.5.4. CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR DE DISEÑO ....... 50 2.5.5. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DEL AGUA EN LOS TUBOS ................................. 50 2.5.6. CÁLCULO DE LA EFICIENCIA DE TRANSFERENCIA DE CALOR DEL CONDENSADOR ............................................................................................................ 51 2.5.7. CÁLCULO DE LA EFICIENCIA DEL TREN DE COMPRESIÓN .............................. 51 3. EJEMPLO DE CÁLCULO NAN I ....................................................................................... 52 3.1. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DEL COMPRESOR DE AIRE ..................................... 52 3.1.1. TRABAJO REAL DEL COMPRESOR DE AIRE ...................................................... 52 3.1.2. TRABAJO ISENTRÓPICO DEL COMPRESOR DE AIRE ........................................ 53 3.1.3. EFICIENCIA ISENTRÓPICA DEL COMPRESOR ...... ¡Error! Marcador no definido. 3.2. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DEL EXPANDER ...................................................... 53 3.2.1. CÁLCULO DE LOS GASES DE COLA .................................................................. 53 3.2.2. TRABAJO DEL EXPANDER ................................................................................ 56 3.2.3. TRABAJO AL COMPRESOR .............................................................................. 56 3.2.4. EFICIENCIA ISENTRÓPICA DEL EXPANDER ......... ¡Error! Marcador no definido. 10 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 4. EJEMPLO DE CÁLCULO NAN 2 ...................................................................................... 57 4.1. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DEL COMPRESOR DE AIRE ..................................... 57 4.1.1. TRABAJO REAL DEL COMPRESOR DE AIRE ...................................................... 57 4.1.2. TRABAJO ISENTRÓPICO DEL COMPRESOR DE AIRE ........................................ 58 4.1.3. EFICIENCIA ISENTRÓPICA DEL COMPRESOR ...... ¡Error! Marcador no definido. 4.2. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DE LA TURBINA DE VAPOR .................................... 58 4.2.1. CÁLCULO DEL CONSUMO DE VAPOR .............................................................. 58 4.2.2. CÁLCULO DEL CONSUMO ESPECÍFICO DE VAPOR .......................................... 59 4.2.3. CÁLCULO DEL CONSUMO DE CALOR DE LA TURBINA .................................... 59 4.2.4. CÁLCULO DEL CONSUMO ESPECÍFICO DE CALOR DE LA TURBINA ................. 59 4.2.5. CÁLCULO DEL RENDIMIENTO DE LA TURBINA ............................................... 60 4.3. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DEL EXPANDER ...................................................... 60 4.3.1. CÁLCULO DE LOS GASES DE COLA .................................................................. 60 4.3.2. TRABAJO DE LA TURBINA DE GAS................................................................... 62 4.3.3. TRABAJO AL COMPRESOR .............................................................................. 63 4.3.4. EFICIENCIA ISENTRÓPICA DEL EXPANDER ......... ¡Error! Marcador no definido. 4.4. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DE LOS INTERCOOLERS ......................................... 63 4.4.1. CÁLCULO DEL RENDIMIENTO TÉRMICO DE LOS INTERCOOLERS ................... 64 4.4.2. CÁLCULO DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR MÁXIMA POSIBLE .................... 64 5. EJEMPLO DE CÁLCULO NAN 3 ...................................................................................... 65 5.1. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DEL COMPRESOR DE AIRE ..................................... 65 5.1.1. TRABAJO REAL DEL COMPRESOR DE AIRE ...................................................... 65 5.1.2. TRABAJO ISENTRÓPICO DEL COMPRESOR DE AIRE ........................................ 66 5.1.3. EFICIENCIA ISENTRÓPICA DEL COMPRESOR ...... ¡Error! Marcador no definido. 5.2. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DE LA TURBINA DE VAPOR .................................... 67 5.2.1. CÁLCULO DEL CONSUMO DE VAPOR .............................................................. 67 5.2.2. CÁLCULO DEL CONSUMO ESPECÍFICO DE VAPOR .......................................... 67 5.2.3. CÁLCULO DEL CONSUMO DE CALOR DE LA TURBINA .................................... 67 5.2.4. CÁLCULO DEL CONSUMO ESPECÍFICO DE CALOR DE LA TURBINA ................. 68 11 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 5.2.5. CÁLCULO DEL RENDIMIENTO DE LA TURBINA ............................................... 68 5.3. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DEL EXPANDER ...................................................... 68 5.3.1. CÁLCULO DE LOS GASES DE COLA .................................................................. 68 5.3.2. TRABAJO DEL EXPANDER ................................................................................ 71 5.3.3. TRABAJO AL COMPRESOR .............................................................................. 71 5.3.4. EFICIENCIA DE LA TURBINA DE GAS ............................................................... 71 5.4. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DE LOS INTERCOOLERS ......................................... 72 5.4.1. CÁLCULO DEL RENDIMIENTO TÉRMICO DE LOS INTERCOOLERS ................... 72 5.4.2. CÁLCULO DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR MÁXIMA POSIBLE .................... 72 5.4. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DEL CONDENSADOR ............................................. 73 5.4.1. CÁLCULO DE LA DIFERENCIA DE TEMPERATURA MEDIA LOGARÍTMICA ....... 73 5.4.2. CÁLCULO DEL CALOR ABSORBIDO POR EL AGUA DE ENFRIAMIENTO ........... 74 5.4.3. CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE TRANFERENCIA DE CALOR EFECTIVO ........... 74 5.4.4. CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR DE DISEÑO ....... 74 5.4.5. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DEL AGUA EN LOS TUBOS ................................. 75 5.4.6. CÁLCULO DE LA EFICIENCIA DE TRASNFERENCIA DE CALOR DEL CONDENSADOR ............................................................................................................ 75 6. RESULTADOS ................................................................................................................. 75 6.1. INDICADORES ENERGÉTICOS DEL COMPRESOR DE AIRE ....................................... 76 6.1.1. COMPRESOR DE AIRE NAN I ........................................................................... 76 6.1.2. COMPRESOR DE AIRE NAN II .......................................................................... 77 6.1.3. COMPRESOR DE AIRE NAN III ......................................................................... 78 6.2. INDICADORES ENERGÉTICOS DE LA TURBINA DE VAPOR ...................................... 79 6.2.1. TURBINA DE VAPOR NAN II ............................................................................ 79 6.2.2. TURBINA DE VAPOR NAN III ........................................................................... 80 6.3. INDICADORES ENERGÉTICOS DEL EXPANDER ........................................................ 82 6.3.1. EXPANDER NAN I ............................................................................................ 82 6.3.2. EXPANDER NAN II ........................................................................................... 83 6.3.3. EXPANDER NAN III .......................................................................................... 84 12 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 6.4. INDICADORES ENERGÉTICOS DE LOS INTERCOOLERS ........................................... 85 6.4.1. INTERCOOLER 1 NAN II ................................................................................... 85 6.4.2. INTERCOOLER 2 NAN II ................................................................................... 86 6.4.3. INTERCOOLER 1 NAN III .................................................................................. 87 6.4.4. INTERCOOLER 2 NAN III .................................................................................. 88 6.5. ESTUDIO ENERGÉTICO DEL CONDENSADOR DE SUPERFICIE ................................. 89 6.6. TREN DE COMPRESIÓN NAN I ................................................................................ 89 6.7. TREN DE COMPRESIÓN NAN II ............................................................................... 90 6.8. TREN DE COMPRESIÓN NAN III .............................................................................. 90 7. ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................................................ 90 CONCLUSIONES ................................................................................................................... 102 RECOMENDACIONES .......................................................................................................... 103 BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................................... 103 ANEXOS ............................................................................................................................... 104 NAN I ............................................................................................................................... 104 NAN II .............................................................................................................................. 107 NAN III ............................................................................................................................. 113 LISTADO DE ILUSTRACIONES Ilustración 1. Proceso de producción, Planta de ácido nítrico. Abocol. ............................... 17 Ilustración 2. Producción aire comprimido en el Tren de compresión. ............................... 18 Ilustración 3. Amoniaco líquido de la planta de amoniaco. ................................................. 18 Ilustración 4. Transformación de la mezcla y recuperación energética. .............................. 19 Ilustración 5. Proceso en la torre de absorción. ................................................................... 20 Ilustración 6. Almacenamiento del ácido nítrico .................................................................. 20 Ilustración 7. Configuración del Tren de compresión (Turbina de vapor – Compresor – Expander) .............................................................................................................................. 21 Ilustración 8. Datos nominales NAN I. .................................................................................. 23 Ilustración 9. Datos nominales NAN II. ................................................................................. 23 Ilustración 10. Datos nominales NAN III. .............................................................................. 24 13 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Ilustración 11. Tren de compresión de aire NAN I. .............................................................. 25 Ilustración 12. Tren de compresión de aire NAN II. ............................................................. 26 Ilustración 13. Tren de compresión de aire NAN III. ............................................................ 26 Ilustración 14. Compresor múltiples etapas NAN II. ........................................................... 32 Ilustración 15. Esquema de parámetros de entrada y de salida de una turbina de vapor. . 33 Ilustración 16. Expander de Abocol. ..................................................................................... 34 Ilustración 17. Intercooler de la planta NAN II. .................................................................... 36 Ilustración 18. Intercooler de la planta NAN II, vista lateral. ............................................... 37 LISTADO DE GRÁFICAS Gráfica 1. Diagramas P- v y T- s. El enfriamiento sobre el trabajo de un compresor de dos etapas. .................................................................................................................................. 31 Gráfica 2. Diagrama de la configuración del compresor de múltiples etapas. ................... 32 Gráfica 3. Proceso de trabajo del vapor en la turbina de condensación en el diagrama entrópico (a. ideal, b. real) ................................................................................................... 40 Gráfica 4. Comparación de la eficiencia por día del tren de compresión para cada una de las NAN. ................................................................................................................................ 92 Gráfica 5. Comparación de la eficiencia por día de la Turbina de Vapor para la NAN II y NAN III. .................................................................................................................................. 92 Gráfica 6. Comparación de la eficiencia isentrópica por día del Expander para las tres NAN. .............................................................................................................................................. 93 Gráfica 7. Comparación de la eficiencia isentrópica por día del Compresor para las tres NAN. ...................................................................................................................................... 93 Gráfica 8. Consumo del motor eléctrico por día en la NAN I. ............................................. 94 Gráfica 9. Eficiencia de los Intercoolers en la NAN II y la NAN III. ...................................... 95 Gráfica 10. Consumo específico de vapor en la turbina por día en la NAN II y NAN III. .... 95 Gráfica 11. Comparación de la eficiencia isentrópica del New expander y el Old expander. NAN II .................................................................................................................................... 96 Gráfica 12. Consumo específico de energía vs producción de energía en la NAN I. ........... 97 Gráfica 13. Consumo específico de energía vs producción de energía en la NAN II después del cambio del expander. ..................................................................................................... 97 Gráfica 14. Consumo específico de energía vs producción de energía en la NAN II antes del cambio del expander. ........................................................................................................... 98 Gráfica 15. Consumo específico de energía vs producción de energía en la NAN III. ......... 98 14 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Gráfica 16. Modelo matemático del consumo específico de energía vs producción de aire NAN I. .................................................................................................................................... 99 Gráfica 17. Modelo matemático del consumo específico de energía vs producción de aire NAN II antes del cambio del expander. .............................................................................. 100 Gráfica 18. Modelo matemático del consumo específico de energía vs producción de aire NAN II después del cambio del expander........................................................................... 100 Gráfica 19. Modelo matemático del consumo específico de energía vs producción de aire NAN III. ................................................................................................................................ 101 LISTADO DE TABLAS Tabla 1. Composición porcentual de los componentes de los gases de cola. ..................... 44 Tabla 2. Constantes de componentes para determinar Cp.................................................. 45 Tabla 3. Número de moles de Componentes de los gases. ................................................. 54 Tabla 4. Fracción molar de los componentes de la mezcla de gases. ................................. 54 Tabla 5. Calor específico de los componentes de la mezcla del flujo de gases en la entrada. .............................................................................................................................................. 54 Tabla 6. Calor específico de los componentes de la mezcla del flujo de gases en la salida. 55 Tabla 7. Entalpía de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a la entrada. ................................................................................................................................ 55 Tabla 8. Entalpía especifico de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a la salida. ............................................................................................................................. 56 Tabla 9. Número de moles de Componentes de los gases. ................................................. 60 Tabla 10. Fracción molar de los componentes de la mezcla de gases. ............................... 61 Tabla 11. Calor específico de los componentes de la mezcla del flujo de gases en la entrada. .............................................................................................................................................. 61 Tabla 12. Calor específico de los componentes de la mezcla del flujo de gases en la salida. .............................................................................................................................................. 61 Tabla 13. Entalpía especifico de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a la entrada. ............................................................................................................. 62 Tabla 14. Entalpía especifico de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a la salida. ................................................................................................................ 62 Tabla 15. Número de moles de Componentes de los gases. ............................................... 69 Tabla 16. Fracción molar de los componentes de la mezcla de gases. ............................... 69 Tabla 17. Calor específico de los componentes de la mezcla del flujo de gases en la entrada. .............................................................................................................................................. 69 15 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Tabla 18. Calor específico de los componentes de la mezcla del flujo de gases en la salida. .............................................................................................................................................. 70 Tabla 19. Entalpía especifico de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a la entrada. ............................................................................................................. 70 Tabla 20. Entalpía especifico de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a la salida. ................................................................................................................ 70 Tabla 21. Indicadores energéticos del compresor para 7 días NAN I. ................................. 76 Tabla 22. Indicadores energéticos del compresor para 7 días NAN II. ................................ 77 Tabla 23. Indicadores energéticos del compresor para 7 días NAN III. ............................... 78 Tabla 24. Indicadores energéticos Turbina de vapor NAN II. ............................................... 80 Tabla 25. Indicadores energéticos turbina de vapor NAN III. .............................................. 81 Tabla 26. Indicadores energéticos turbina de gas de NAN I. ............................................... 82 Tabla 27. Indicadores energéticos Turbina de gas NAN II. ................................................... 83 Tabla 28. Indicadores energéticos turbina de gas NAN III. .................................................. 84 Tabla 29. Indicadores energéticos del Intercooler 1 NAN II. ................................................ 85 Tabla 30. Indicadores energéticos del Intercooler 2 NAN II. ................................................ 86 Tabla 31. Indicadores energéticos del Intercooler 1 de la NAN III ....................................... 87 Tabla 32. Indicadores energéticos del Intercooler 1 de la NAN III ....................................... 88 Tabla 33. Resultados del condensador de superficie de la NAN III. ..................................... 89 Tabla 34. Eficiencia del Tren de compresión de la NAN I ..................................................... 89 Tabla 35. Eficiencia del Tren de compresión de la NAN I ..................................................... 90 Tabla 36. Eficiencia del Tren de compresión de la NAN I ..................................................... 90 Tabla 37. Promedio de indicadores NAN I ............................................................................ 90 Tabla 38. Promedio de indicadores NAN II ........................................................................... 91 Tabla 39. Promedio de indicadores NAN III .......................................................................... 91 16 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA INTRODUCCIÓN El presente trabajo tiene como fin la evaluación energética de los Trenes de Aire I, II y III de la planta de ácido nítrico. El funcionamiento de la planta consta de un proceso productivo (Ilustración 1), el cual es: 1 Ilustración 1. Proceso de producción, Planta de ácido nítrico. Abocol. A. Preparación del aire: Captar el aire del medio ambiente para tratarlo en un sistema de compresión y así elevar su presión para posteriormente mezclarlo con el amoniaco sobrecalentado. Esto genera una mezcla apropiada para la conversión a gases nitrosos. 1 Imagen tomada de la Página Web de Abocol. Procesos de producción. 3 Ácido Nítrico http://www.abocol.com/ 17 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Ilustración 2. Producción aire comprimido en el Tren de compresión. 1. Preparación del amoniaco: Vaporización y sobrecalentamiento del amoniaco líquido proveniente de la planta de amoniaco, para su posterior uso en el reactor. Ilustración 3. Amoniaco líquido de la planta de amoniaco. 18 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 2. Conversión: Transformación de la mezcla de amoniaco; el aire en gases nitrosos, a través de un reactor catalítico que utiliza una gasa de platino. Permite generar una corriente gaseosa rica en óxido nitroso y dióxido nitroso, componentes fundamentales en la fabricación de ácido nítrico. 3. Recuperación energética: La producción de ácido nítrico involucra reacciones altamente exotérmicas, lo cual se traduce en temperaturas de operación para el reactor con valores cercanos a los 1700°. Por ello, se hace necesario efectuar recuperaciones energéticas que permitan la degradación de esta carga térmica con el fin de favorecer la absorción y la eficiencia del proceso. Esta energía es aprovechada en los procesos de generación de vapor y calentamiento de condensados. Ilustración 4. Transformación de la mezcla y recuperación energética. 4. Absorción: Inyección de gases nitrosos a la parte inferior de una torre de absorción refrigerada, mientras que por la parte superior ingresa agua desmineralizada para producir ácido nítrico a una concentración del 55% w/w. 19 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Ilustración 5. Proceso en la torre de absorción. 5. Almacenamiento: Todo el ácido nítrico producido es almacenado para su posterior comercialización y/o uso en otros procesos productivos. Ilustración 6. Almacenamiento del ácido nítrico 20 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA El objeto a evaluar es el tren de compresión de las plantas de ácido nítrico, el cual se encarga de suministrar una de las dos materias primas fundamentales (aire comprimido) para la producción de ácido nítrico. Además se evaluará el desempeño de los equipos que intervienen en la producción de aire comprimido, como son: Intercooler y condensador. Un tren de compresión es un compresor de aire que es impulsado por una máquina que le proporciona la energía necesaria para funcionar. El objetivo del tren es aprovechar la energía sobrante de procesos que se llevan a cabo en la misma planta para suministrar aire comprimido a procesos de producción de ácido nítrico. Se conocen dos configuraciones de trenes de compresión:  Turbina de Vapor – Compresor – Expander.  Motor Eléctrico – Compresor – Expander. Ilustración 7. Configuración del Tren de compresión (Turbina de vapor – Compresor – Expander) En el cuerpo del trabajo se desglosará la metodología implementada, la cual se apoyó en normas, artículos científicos, tesis de maestría y doctorado recientes (últimos 6 años) y libros con el fin de evaluar los indicadores y culminar el estudio con conclusiones que nos muestren la viabilidad energética en la configuración de los trenes. 21 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA JUSTIFICACIÓN Este trabajo se ha desarrollado a solicitud de la dirección técnica de la empresa Abocol conformada por los ingenieros Luis Lesmes y Olmedo Ochoa. Consiste en realizar una evaluación energética de los trenes de compresión que se encuentran en las plantas de ácido nítrico. La necesidad surge cuando se solicita a la dirección técnica fundamentos que justifiquen el cambio de equipos dentro de las plantas y cálculos que apoyen los cambios ya realizados, como lo es el cambio del expander en la planta de producción de ácido nítrico 2 (NAN 2). También es de utilidad para la empresa conocer que configuración de los trenes de compresión es más eficiente y de esta manera desarrollar planes de mantenimiento teniendo en cuenta la jerarquía de eficiencia entre las plantas. De lo anterior la importancia de realizar un modelo en el que sean variables de input los parámetros de operación en dichos trenes, para análisis de funcionamiento actuales y modificaciones con parámetros de operación en un futuro. En la empresa de Abocol la producción de ácido nítrico tiene como actores principales el aire y el amoniaco (materia prima), dicho aire se comprime en el tren y enriquece la producción tanto en calidad como en cantidad. Dicho aire se combina con el amoniaco en el proceso intermedio y produce ácido nítrico y, producto de este proceso, resulta un flujo de gases calientes compuesto de agua, nitrógeno y óxidos nitrosos. Estos últimos llamados gases de chimenea son aprovechados por un expander (una turbina a gas unida al mismo eje del compresor de aire) para producir potencia que sea aprovechada por el compresor y de esta manera disminuir el consumo de potencia suministrada por la planta para el funcionamiento del compresor de aire. 22 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Ilustración 8. Datos nominales NAN I. Ilustración 9. Datos nominales NAN II. 23 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Ilustración 10. Datos nominales NAN III. 24 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA PROBLEMA ABORDADO Esta investigación fue realizada en la empresa Abocol en la ciudad de Cartagena – Colombia, donde nos acentuamos en las plantas de ácido nítrico NAN I, NAN II y NAN III, más específicamente en sus trenes de compresión de aire. En la empresa Abocol no existe una evaluación del desempeño energético de ninguna de las plantas de producción de ácido nítrico. Estas evaluaciones son necesarias en proyectos de reposición de equipos como la ocurrida en Septiembre de 2012. En esta reposición se cambió el expander de la NAN 2 y se declaró que el cambio generaba un aumento en la eficiencia del equipo y del tren en general. Por lo tanto se hace necesario una evaluación del desempeño energético de las tres plantas para futuros proyectos de reposición y justificación del cambio hecho en la NAN 2 en septiembre de 2012. Ilustración 11. Tren de compresión de aire NAN I. 25 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Ilustración 12. Tren de compresión de aire NAN II. Ilustración 13. Tren de compresión de aire NAN III. 26 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA OBJETIVOS GENERALES  Evaluar el desempeño energético de los trenes de compresión de las plantas que producen ácido Nítrico en Abocol en Cartagena (NAN I, NAN II, NAN III). 27 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Evaluar la eficiencia isentrópica del expander en los tres trenes de la planta (NAN I, NAN II Y NAN III).  Evaluar la eficiencia isentrópica del compresor de múltiple etapa en los tres trenes de la planta. (NAN I, NAN II Y NAN III).  Evaluar la efectividad de los interenfriadores de aire.  Evaluar la eficiencia del bloque de Turbina de vapor – Condensador.  Índice energético de la turbina de vapor y el condensador.  Evaluar la eficiencia isentrópica antes y después del cambio del expander en la NAN II. 28 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 1. ESTADO DEL ARTE DE LOS TRENES DE COMPRESIÓN DE LAS PLANTAS DE ÁCIDO NÍTRICO NAN I, II Y III. 1.1. TREN DE COMPRESIÓN Un tren de compresión es un compresor que comparte su eje de potencia con otros equipos que favorecen en alguna medida al proceso de compresión. Uno de los dispositivos debe ser aquel que le entregue la potencia necesaria para comprimir el fluido, entre estos podemos encontrar, una turbina a vapor o un motor eléctrico. El tercer dispositivo puede ser cualquier equipo que utilizando energía residual pueda aportar potencia al compresor. Como todos los dispositivos están unidos por el mismo eje la potencia que aporte el tercer equipo a la compresión de aire se verá reflejada en la disminución del consumo de potencia del equipo que acciona al compresor. En la empresa Abocol existen tres plantas de producción de ácido nítrico cada una con un tren de compresión para cumplir la tarea de la captación de aire. (NAN 1, NAN 2, NAN 3). Existe en la planta dos tipos diferentes de configuración de los trenes de compresión, estos son:  Motor eléctrico – Compresor – Expander: En la planta de ácido nítrico 1 (NAN1) el tren está compuesto por un compresor de aire con interenfriador de aire, un motor eléctrico que acciona al compresor y una turbina a gas que aprovecha la energía de los gases de desecho producto del proceso de producción de ácido nítrico, este aprovechamiento se representa en potencia que es cedida al compresor.  Turbina a vapor – Compresor – Expander: En la planta de ácido nítrico 2 y 3 (NAN2 y NAN3) la configuración es la misma, un compresor de aire con interenfriamiento de aire externo, una turbina a vapor que acciona al compresor y una turbina a gas homologa a la turbina a gas de la NAN1. La configuración de tren de compresión Motor eléctrico – Compresor - Expander la encontramos en la planta de producción de ácido nítrico 1 (NAN 1, Ilustración 11) El motor eléctrico es alimentado con la energía eléctrica suministrada de la planta de servicios industriales. 29 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA El compresor marca Sulzer está compuesto por un compresor de múltiple etapas y un sistema de enfriamiento interno, todo en un solo bloque La configuración del tren de compresión Turbina de Vapor – Compresor – Expander existe en las plantas de producción de ácido nítrico 2 y 3 (NAN 2 y NAN 3 ver ilustración 12 y 13 respectivamente). En la ilustración 7 se muestra un esquema de esta configuración de trenes de compresión existentes en Abocol. La turbina a vapor trabaja con el vapor que es producido en la planta de servicios industriales. El compresor es un compresor de múltiple etapas con enfriamiento del aire a través de enfriadores de aire. La planta de producción de ácido nítrico 2 tiene mayor capacidad que la planta 3. 1.2. COMPRESORES, TURBINAS A VAPOR, EXPANDER DE GASES CALIENTES, CONDENSADORES, INTERCOOLERS Y TORRES DE ENFRIAMIENTO. 1.2.1. COMPRESORES Un compresor, así como las bombas y los ventiladores, es un dispositivo que se usa para incrementar la presión de un fluido. El trabajo es suministrado al dispositivo por una fuente externa a través de un eje de rotación. Es deseable que al comprimir un fluido (gas), este pueda ir enfriándose, de esta manera se reduce considerablemente el trabajo de entrada al compresor. Es posible realizar un enfriamiento a través de la cascara del compresor, pero esto no es eficiente. Idealmente, el proceso se lleva a cabo a presión constante y el gas es enfriado hasta su temperatura inicial. Este proceso es realmente atractivo cuando se desea comprimir el gas a muy altas presiones. 30 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 1.2.1.1. Compresor de múltiples etapas. 2 Existe también otra forma de enfriar el aire mientras se comprime, “Compresión multietapa con interenfriamiento”. Consiste en dividir el proceso de compresión en dos etapas o más y enfriar el aire entre estas etapas haciéndolo fluir por un intercambiador de calor llamado intercooler. Idealmente, el proceso de enfriamiento tiene lugar a presión constante y el gas se enfría a la temperatura inicial en cada interenfriador. La compresión en etapas múltiples con interenfriador es especialmente atractiva cuando un gas sea comprimido a muy altas presiones. En la gráfica a continuación se ilustra en diagramas P-v y T-s el efecto que causa el interenfriamiento sobre el trabajo de un compresor de dos etapas. En general, los procesos de compresión pueden modelarse como politrópicos donde el valor de n varía entre k y 1. 3 Gráfica 1. Diagramas P- v y T- s. El enfriamiento sobre el trabajo de un compresor de dos etapas. 2 YUNUS A. CENGEL, MICHAEL A. BOLES. Termodinámica, sexta Edición. Mc Graw Hill. 3 YUNUS A. CENGEL, MICHAEL A. BOLES. Termodinámica, sexta Edición. Mc Graw Hill. 31 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA El tamaño del área sombreada (trabajo de entrada ahorrado) varía con el valor de la presión intermedia , y para la práctica es de gran interés determinar las condiciones bajo las cuales esta área se maximiza. Gráfica 2. Diagrama de la configuración del compresor de múltiples etapas. Ilustración 14. Compresor múltiples etapas NAN II. 32 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 1.2.2. TURBINAS DE VAPOR Una turbina es un dispositivo que convierte la energía mecánica en energía eléctrica. Cuando el fluido pasa a través de la turbina el trabajo es realizado por los alabes que están unidos al eje de rotación. Como resultado, el eje rota y la turbina produce trabajo. Una turbina a vapor es una máquina que utiliza como fluido de trabajo vapor de agua. El hecho de la utilización del vapor como fluido de trabajo se debe a la elevada energía disponible por unidad de kg de fluido de trabajo. 4 Ilustración 15. Esquema de parámetros de entrada y de salida de una turbina de vapor. El trabajo disponible en la turbina es igual a la diferencia de entalpia entre el vapor de entrada a la turbina y el de salida. 1.2.3. EXPANDER DE GASES CALIENTES. Es una turbina que aprovecha los gases calientes de cola y los usa como fluidos de trabajo, en el expander los gases calientes disminuyen su temperatura y presión, y producen trabajo. Turbina de expansión o expander está diseñada para aprovechar la velocidad de salida de los gases de combustión y convertir su energía cinética en energía mecánica rotacional. 4 MAVAINSA. “Turbinas de vapor” 33 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Todas sus etapas son por lo tanto de reacción, y deben generar la suficiente energía para alimentar al compresor y la producción de energía eléctrica en el generador. Suele estar compuesta por 4 o 5 etapas, cada una de ellas integrada por una corona de alabes con un adecuado diseño aerodinámico, que son los encargados de hacer girar el rotor al que están unidos solidariamente. Además de estos, hay antes de cada etapa un conjunto de alabes fijos sujetos a la carcasa, y cuya misión es re direccionar el aire de salida de la cámara de combustión y de cada etapa en la dirección adecuada hasta la siguiente. Ilustración 16. Expander de Abocol. 1.2.4. CONDENSADORES Es un intercambiador de calor en donde un fluido pasa de un estado gaseoso a un estado líquido mientras que el otro fluido se calienta. 1.2.4.1. Condensador de Superficie5 El término condensador de superficie se reserva para aparatos tubulares empleados en la condensación de vapor de agua. Los condensadores de superficie son usualmente mucho mayores que cualquier otro tipo de equipo tubular, algunos contienen más de 60 000 pies de superficie de condensación. 5 KERN DONALD Q. “Procesos de Transferencia de Calor”.. CECSA. Compañía editorial continental México 1999. 34 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA El desarrollo de una pequeña caída de presión en el lado del vapor afecta directamente la presión en la salida del condensador y al ciclo de eficiencia para una temperatura dada del agua de enfriamiento a la entrada. Para permitir una pequeña caída de presión y una gran penetración del vapor en el haz, los tubos se colocan para flujo cruzado, usando un arreglo radial. Otra consideración importante es la eliminación de aire, puesto que una acumulación del mismo aumenta la presión total en el condensador y aumenta la temperatura de condensación. Únicamente cuando los condensadores de superficie contienen 15 000 pies o menos de superficie, son aptos para tener cuerpos cilíndricos. Cuando su superficie, excede los 15 000 pies se hacen en forma de caja. Las partes principales de un condensador de superficie además de la coraza y las cajas de agua, son su gran entrada de vapor de escape, salidas a los lados para eliminar el aire y un pozo caliente con su salida de condensado y de aire. El vacío del condensador es la diferencia entre la presión atmosférica y la presión medida a la entrada del vapor y se expresa en pulgadas de Hg a temperatura de 32OF. La presión absoluta en un condensador es la diferencia entre la presión barométrica y el vacío del condensador y se expresa en pulgadas de Hg absolutas. Hay algunas convenciones empleadas en los condensadores de superficie que se violan raramente. Los condensadores de superficie pocas veces se diseñan para operar a presiones absolutas de menos de 0.7 inHg absolutos, con una diferencia térmica de menos de 5”F, con un contenido de oxígeno disuelto en el condensado de menos de 0.03 cm3/litro, o con una carga de vapor que exceda a las 8 Ib/(h) (pie). No se usan velocidades en el agua menores de 3 ft/s. La cantidad de fugas de aire en el sistema debe de estimarse para la selección de la bomba de aire, ya sea del tipo mecánico o de eyector. El Heat Exchange Institute da una gráfica de los coeficientes totales de transferencia de calor limpios y con una carga máxima de 8 lb/(h)(pie’) de vapor de agua condensado cuando el agua de entrada está a 70°F. 1.2.5. INTERCOOLERS El interenfriador es un intercambiador aire-aire o aire-agua que se encarga de enfriar el aire comprimido por el compresor. En nuestro caso el compresor de múltiples etapas 35 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA tiene interenfriadores que enfrían el aire y disminuyen el trabajo del compresor volviéndolo más eficiente. Lo habitual es que los intercooler sean de aire-aire. Aunque en algunos casos, se tiene la posibilidad de añadir un pequeño chorro de agua que humedece el exterior del intercooler para que al evaporarse se enfríe y aumente la potencia durante un tiempo corto.6 En el caso de Abocol se usa agua proveniente de la torre de enfriamiento para disminuir la temperatura del aire comprimido. Los interenfriadores que se utilizan en las plantas de producción de ácido nítrico 2 y 3 son intercambiadores de calor de flujo cruzado sin mezcla con una configuración en el banco de tubos triangular. Ilustración 17. Intercooler de la planta NAN II. 6 KERN DONALD Q. “Procesos de Transferencia de Calor”.. CECSA. Compañía editorial continental México 1999. 36 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Ilustración 18. Intercooler de la planta NAN II, vista lateral. 2. METODOLOGÍA DE CÁLCULO A continuación se mostrará a detalle la metodología usada en cada uno de los componentes que intervienen en los trenes de compresión de aire de Abocol.  Compresor de aire.  Turbina de Vapor.  Expander.  Condensador de superficie.  Intercoolers. 2.1. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DEL COMPRESOR DE AIRE Para el cálculo de los indicadores del compresor de aire. Tomamos el trabajo del compresor real, isentrópico y su eficiencia. 37 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 2.1.1. TRABAJO REAL DEL COMPRESOR DE AIRE Para calcular el trabajo real, calculamos la temperatura de salida con una constante n de 1.54. ( ) Donde : Temperatura a la salida del compresor politrópica (K) : Presión a la salida del compresor (kPa) : Presión a la entrada del compresor (kPa) : Constante para un proceso politrópico : Temperatura a la entrada del compresor (K) Luego se procede a calcular el trabajo real del compresor ̇ Donde : Trabajo isentrópico del compresor (kW) ̇ : Flujo másico del aire (kg/s). : Entalpía a la salida del compresor con la temperatura politrópica (kJ/kg) : Entalpía a la entrada del compresor (kJ/kg) 2.1.2. TRABAJO ISENTRÓPICO DEL COMPRESOR DE AIRE Para calcular el trabajo isentrópico, calculamos la temperatura de salida con una constante k para el aire de 1,4. 38 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA ( ) Donde : Temperatura a la salida del compresor isentrópica (K) : Presión a la salida del compresor (kPa) : Presión a la entrada del compresor (kPa) : Constante para un proceso isentrópico ( ) : Temperatura a la entrada del compresor (K) Luego se procede a calcular el trabajo isentrópico del compresor. ̇ Donde : Trabajo isentrópico del compresor (kW) ̇ : Flujo másico del aire (kg/s) : Entalpía a la salida del compresor con la temperatura isentrópica (kJ/kg) : Entalpía a la entrada del compresor (kJ/kg) 2.1.3. EFICIENCIA ISENTRÓPICA DEL COMPRESOR Ya calculados el trabajo real y el isentrópico del compresor, se procede a calcular su eficiencia de la siguiente manera: 39 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 2.2. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DE LA TURBINA DE VAPOR 2.2.1. CÁLCULO DEL CONSUMO DE VAPOR El consumo de vapor en el turbogrupo de condensación, en kg/s, se determina de las condiciones de balance energético: 7 Gráfica 3. Proceso de trabajo del vapor en la turbina de condensación en el diagrama entrópico (a. ideal, b. real) ( ) De donde ( ) : Es la entalpía inicial del vapor antes de la turbina. kJ/kg : Es la entalpía final del vapor en la turbina en el proceso adiabático kJ/kg 7 Tomada de V. Ya Rizhkin, “Centrales Termoeléctricas” - Primera parte, Editorial Mir Moscú 1979. 40 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA : Es la entalpía final del vapor en la turbina en el proceso real kJ/kg : Son la caída de calor adiabática (isoentrópica) disponible kJ/kg : Son la caída de calor del vapor adiabática (isoentrópica) real kJ/kg : Es el rendimiento mecánico : Es el rendimiento relativo interno : Es el rendimiento del generador eléctrico 2.2.2. CÁLCULO DEL CONSUMO ESPECÍFICO DE VAPOR Como medida de perfeccionamiento técnico del turbo grupo de condensación puede servir, en primera aproximación, el consumo específico de vapor , en g/kJ, que, teniendo en cuenta la ecuación anterior, es igual a: El consumo horario de vapor , expresado en kg/h, y el consumo específico de vapor , expresado en kg/(kW h), se determinan por las formulas: Para condiciones del proceso de trabajo de las turbinas de condensación modernas , o cerca de 3 kg/(kW h). El consumo específico de vapor no caracteriza totalmente el consumo económico de calor de la instalación de turbina. En la magnitud no se refleja directamente la pérdida de 41 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA calor en la fuente fría (en el condensador de la turbina). Como medida del consumo económico de calor sirve el consumo de calor. 2.2.3. CÁLCULO DEL CONSUMO DE CALOR DE LA TURBINA El consumo de calor de turbina sin sobrecalentamiento intermedio del vapor en la unidad de tiempo , en kW, es igual a la diferencia de las cantidades de calor, suministrado a ésta con el vapor vivo y extraído con el agua de alimentación: Además, el gasto de agua de alimentación se toma, en primera aproximación, igual al gasto de vapor vivo . 2.2.4. CÁLCULO DEL CONSUMO ESPECÍFICO DE CALOR DE LA TURBINA Como índice del consumo económico de calor, equivalente al rendimiento de turbina, sirve el consumo específico de calor: 2.2.5. CÁLCULO DEL RENDIMIENTO DE LA TURBINA Además, el consumo específico de calor es la magnitud inversa al rendimiento de la turbina. El rendimiento de la turbina es 42 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Entonces Si , entonces el consumo específico de calor en la turbina es también una magnitud adimensional, . El consumo de calor del vapor en la turbina: En donde: : Es la potencia interna de la turbina en KW : Pérdidas de calor en el condensador en KW : La potencia eléctrica en KW 2.3. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DEL EXPANDER Como el expander cumple con los principios de una turbina de Gas, utilizamos la metodología de esta última. 2.3.1. CÁLCULO DE LOS GASES DE COLA Para hallar el trabajo que generan los gases de cola al pasar a través de la turbina a gas es necesario conocer la entalpía de los gases a la entrada y a la salida del expander. Como los gases de cola no son una sustancia pura sino una mezcla de varias sustancias es necesario 43 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA sintetizar el cálculo de la entalpía y encontrar la manera como las propiedades termodinámicas de cada compuesto afecta las propiedades termodinámicas de la mezcla. El aire comprimido por el compresor es aire atmosférico el cual tiene una composición porcentual de 79% N2 y 21% O2 aproximadamente. Durante todo el proceso de producción de ácido nítrico el nitrógeno del aire comprimido no reacciona y llega completo sin ser alterado a formar parte de los gases de cola y la composición porcentual de los componentes de los gases de cola es la que se muestra a continuación. NAN 1 NAN 2 NAN3 O2 3% 3,5% 3% NO 0,05% 0,25% 0,08% NO2 0,5% 0,1% 0,01% N2 95,95% 95,65% 96,31% H2O 0,5% 0,5% 0,6% Tabla 1. Composición porcentual de los componentes de los gases de cola. Composición porcentual de los componentes de los gases de cola. Con esta información es posible determinar el flujo de gases de cola que pasa por el expander y la cantidad de cada componente dentro de la mescla y aplicar un análisis de fracción molar para hallar la entalpía de los gases de cola. La entalpía de los gases de cola puede ser calculada con la suma de las entalpías de cada compuesto de la mezcla para esto es necesario calcular la fracción molar o en su defecto la fracción másica de los compuestos de la mezcla de la siguiente manera: Donde, : Fracción másica de un componente de la mezcla : Masa de un componente de la mezcla 44 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA : Fracción molar de un componente de la mezcla : Número de moles de un componente de la mezcla Para poder calcular la fracción molar de cada componente es necesario calcular su respectivo número de moles de la siguiente manera: Donde es el peso atómico del componente a evaluar. Con los valores de las fracciones molares de los componentes solo falta conocer el valor del calor específico (Cp) de cada componente, para eso se usa la siguiente ecuación en función de la temperatura de los gases de cola: ̅ Donde a, b, c y d son constantes propias de cada componente (Cengel tabla A12). A continuación se muestra una tabla con las constantes a, b, c y d de cada componente de los gases de cola. Nomenclatura Sustancia A B C D O2 Oxigeno 25,48 1,52x10-2 -0,71x10-5 1,31x10-9 NO Óxido nítrico 29,34 -0,09x10-2 0,97x10-5 -4,18x10-9 NO2 Dióxido de 22,9 5,71x10-2 -3,52x10-5 7,87x10-9 Nitrógeno N2 Nitrógeno 28,9 -0,15x10-2 0,80x10-5 -2,87x10-9 H2O Vapor de agua 32,24 0,19x10-2 1,05x10-5 -3,59x10-9 Tabla 2. Constantes de componentes para determinar Cp. Al obtener el calor especifico de cada componente y conociendo el valor de sus fracciones molares podemos hallar el calor específico de toda la mezcla utilizando la siguiente ecuación: ̅ ∑ ̅ 45 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Al multiplicar la temperatura a la que se encuentra el componente por su respectivo calor específico se obtiene la entalpia de dicho componente por lo que le ecuación se convierte ahora en: ∑ ̅ ∑ 2.3.2. TRABAJO DEL EXPANDER ̇ [ ] Donde ̇ : Es el flujo másico de los gases de cola en kg/s : Calor específico de los gases de cola a la salida en KJ/kg K : Temperatura de los gases de cola a la salida en K : Calor específico de los gases de cola a la entrada en K : Temperatura de los gases de cola en la entrada en KJ/kg K 2.3.3. TRABAJO AL COMPRESOR ( ) [( ) ] Donde : Constante universal KJ/kg K : Temperatura del aire en la entrada del compresor K 46 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA : Constante para el aire de 1,4 : Presión en la salida del compresor kPa : Presión en la entrada del compresor kPa 2.3.4. EFICIENCIA ISENTRÓPICA DEL EXPANDER ; Donde, : Es la potencia mecánica generada : Es el trabajo de la turbina : Es el trabajo que consume el compresor 2.4. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DE LOS INTERCOOLERS Los Intercoolers son intercambiadores de calor cuya función es enfriar el aire que pasa de una etapa a otra del compresor de aire, estos intercambiadores de calor son del tipo flujo cruzado sin mezcla, en él el aire pasa por dentro de los tubos y el agua fluye por fuera a través de aletas. Son una parte muy importante de la compresión del aire porque permite que la compresión en múltiples etapas sea efectiva. 47 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 2.4.1. CÁLCULO DEL RENDIMIENTO TÉRMICO DE LOS INTERCOOLERS Para el cálculo del rendimiento térmico de los Intercoolers utilizaremos el análisis a través del método de eficiencia el cual se define con la siguiente relación: Donde es la transferencia de calor real y es la transferencia de calor máxima posible. 2.4.2. CÁLCULO DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR MÁXIMA POSIBLE Está definida así: ( ) En esta expresión es el resultado de comparar los de cada fluido. Estos son el producto del flujo del fluido y su calor especifico, de estos dos productos se escoge el menor. Además, : Es la temperatura de entrada del fluido caliente : Es la temperatura de entrada del fluido frio 2.5. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DEL CONDENSADOR 2.5.1. CÁLCULO DE LA DIFERENCIA DE TEMPERATURA MEDIA LOGARÍTMICA ( ) : Incremento de temperatura de agua de enfriamiento °C 48 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA : Diferencia de temperatura inicial °C : Diferencia de temperatura final °C : Temperatura de saturación del condensado °C : Temperatura de entrada del agua de enfriamiento °C : Temperatura de salida del agua de enfriamiento °C La temperatura media se obtiene para calcular las propiedades del agua 2.5.2. CÁLCULO DEL CALOR ABSORBIDO POR EL AGUA DE ENFRIAMIENTO ̇ ̇ Donde ̇ : Flujo másico del agua kg/s : Calor específico del agua a TM KJ/kg K 2.5.3. CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE TRANFERENCIA DE CALOR EFECTIVO ̇ ̇ Donde : Es la superficie total del condensador : Diámetro exterior m : Número de tubos : Longitud efectiva m 49 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA La resistencia térmica total de diseño se obtiene del inverso del coeficiente de transferencia de calor 2.5.4. CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR DE DISEÑO Factor de ensuciamiento La resistencia térmica total de diseño se obtiene: La resistencia debido al ensuciamiento se obtiene: 2.5.5. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DEL AGUA EN LOS TUBOS ̇ : Área transversal interna por donde pasa el flujo de enfriamiento ̇: Flujo volumétrico de agua ̇ ̇ : Densidad del agua a : Diámetro interior de los tubos 50 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 2.5.6. CÁLCULO DE LA EFICIENCIA DE TRANSFERENCIA DE CALOR DEL CONDENSADOR El desempeño térmico de un intercambiador de calor puede evaluarse a través de las relaciones térmica – número de unidades de transferencia de calor ( ). ̇ 2.5.7. CÁLCULO DE LA EFICIENCIA DEL TREN DE COMPRESIÓN Para la NAN I: Para la NAN II: 51 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 3. EJEMPLO DE CÁLCULO NAN I Se realizará un ejemplo de cálculo de un día en la NAN I. 3.1. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DEL COMPRESOR DE AIRE Para el cálculo de los indicadores del compresor de aire. Tomamos el trabajo del compresor real, isentrópico y su eficiencia. NAN III. 3.1.1. TRABAJO REAL DEL COMPRESOR DE AIRE Tenemos el flujo volumétrico de aire en el compresor: ̇ ( ) ( ) Para hallar el flujo másico, se procede a buscar la densidad del aire al rango de temperaturas promedio a la entrada del compresor. ̇ ̇ ̇ Para calcular el trabajo real, calculamos la temperatura de salida con una constante n de 1,54. ( ) 52 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Luego se procede a calcular el trabajo real del compresor. ( ) 3.1.2. TRABAJO ISENTRÓPICO DEL COMPRESOR DE AIRE Para calcular el trabajo isentrópico, calculamos la temperatura de salida con una constante k para el aire de 1,4. ( ) Luego se procede a calcular el trabajo isentrópico del compresor. ( ) 3.1.3. EFICIENCIA ISENTRÓPICA DEL COMPRESOR Ya calculados el trabajo real y el isentrópico del compresor, se procede a calcular su eficiencia de la siguiente manera: 3.2. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DEL EXPANDER 3.2.1. CÁLCULO DE LOS GASES DE COLA Para el cálculo del trabajo y la eficiencia isentrópica del compresor necesitamos el flujo de aire a través del compresor, la temperatura de los gases a la entrada y a la salida y la composición porcentual de los gases de residuo que podemos encontrar en la tabla 1. 53 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA En la planta de ácido nítrico 3 un flujo de aire a la entrada del compresor de 12,67 kg/s produce un flujo de gases equivalente a 10,40 kg/s. Con los datos de la tabla 3 calculamos la masa que corresponde a cada componente, los resultados son: 0,37 kg/s para el oxígeno, 0,03 kg/s para el monóxido de nitrógeno, 0,01 kg/s para dióxido de nitrógeno, 0,05 kg/s para el agua y 10,01 kg/s para el nitrógeno. Fracción molar de los componentes de la mezcla de gases: Numero de Kilomoles por segundo de los componentes de la mezcla de los gases de residuo. O NO NO2 N H2O 0,01314 0,00104 0,00026 0,41055 0,00334 Tabla 3. Número de moles de Componentes de los gases. Fracción molar de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo. O NO NO2 N H2O 0,03069 0,00242 0,00061 0,95849 0,00779 Tabla 4. Fracción molar de los componentes de la mezcla de gases. El siguiente paso es calcular el calor específico de cada componente de la mezcla con la temperatura de la mezcla a la entrada y a la salida del expander a través de la ecuación ̅ y los datos de la tabla 4. Calor especifico de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a la entrada. kJ/kmol ºK O NO NO2 N H2O 33,53 33,12 49,60 31,16 38,31 Tabla 5. Calor específico de los componentes de la mezcla del flujo de gases en la entrada. 54 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Calor especifico de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a la salida. kJ/kmol ºK O NO NO2 N H2O 31,72 31,40 44,48 29,91 35,69 Tabla 6. Calor específico de los componentes de la mezcla del flujo de gases en la salida. Computamos los valores del calor específico de cada componente a través de una sumatoria en la que la fracción molar determina la participación de cada componente en el valor del calor específico de toda la mezcla. ̅ ∑ ̅ En la entrada del expander el calor específico de los gases es 31,30 kJ/kmol ºK y a la salida es 30,02 kJ/kmol ºK. El trabajo de los gases sobre el expander es igual al flujo de gases por la diferencia de las entalpias a la entrada y a la salida del equipo. En las tablas anteriores mostramos los calores específicos los cuales al multiplicar por la temperatura respectiva nos dará como resultado la entalpia de los gases. Al multiplicar cada valor de las tablas x1 y x2 por las temperaturas de entrada y de salida del expander respectivamente (768,70 °K Y 530,37 °K), obtenemos las entalpias para el cálculo del trabajo del expander. Entalpía de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a la entrada. kJ/kmol O NO NO2 N H2O 25776,48 25463,74 38132,69 23954,76 29456,28 Tabla 7. Entalpía de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a la entrada. Entalpía especifico de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a 55 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA la salida. kJ/kmol O NO NO2 N H2O 16825,91 16657,55 23592,72 15864,12 18929,63 Tabla 8. Entalpía especifico de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a la salida. Conmutando los valores con la siguiente ecuación: ∑ ̅ ∑ Tenemos que en la entrada del expander el calor específico de los gases es 24065,85 kJ/kmol y a la salida es 15924,16 kJ/kmol. 3.2.2. TRABAJO DEL EXPANDER [ ] 3.2.3. TRABAJO AL COMPRESOR ( ) [( ) ] 3.2.4. EFICIENCIA ISENTRÓPICA DEL EXPANDER 56 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 4. EJEMPLO DE CÁLCULO NAN 2 Se realizará un ejemplo de cálculo de un día en la NAN II. 4.1. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DEL COMPRESOR DE AIRE Para el cálculo de los indicadores del compresor de aire. Tomamos el trabajo del compresor real, isentrópico y su eficiencia. NAN III. 4.1.1. TRABAJO REAL DEL COMPRESOR DE AIRE Tenemos el flujo volumétrico de aire en el compresor: ̇ ( ) ( ) Para hallar el flujo másico, se procede a buscar la densidad del aire al rango de temperaturas promedio a la entrada del compresor. ̇ ̇ ̇ Para calcular el trabajo real, calculamos la temperatura de salida con una constante n de 1,54. ( ) 57 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Luego se procede a calcular el trabajo real del compresor. ( ) 4.1.2. TRABAJO ISENTRÓPICO DEL COMPRESOR DE AIRE Para calcular el trabajo isentrópico, calculamos la temperatura de salida con una constante k para el aire de 1,4. ( ) Luego se procede a calcular el trabajo isentrópico del compresor. ( ) 4.1.3. EFICIENCIA ISENTRÓPICA DEL COMPRESOR Ya calculados el trabajo real y el isentrópico del compresor, se procede a calcular su eficiencia de la siguiente manera: 4.2. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DE LA TURBINA DE VAPOR 4.2.1. CÁLCULO DEL CONSUMO DE VAPOR El consumo de vapor en el turbogrupo de condensación, en kg/s, se determina de las condiciones de balance energético: 58 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA De donde 4.2.2. CÁLCULO DEL CONSUMO ESPECÍFICO DE VAPOR Como medida de perfeccionamiento técnico del turbo grupo de condensación puede servir, en primera aproximación, el consumo específico de vapor , en g/kJ, que, teniendo en cuenta la ecuación anterior, es igual a: 4.2.3. CÁLCULO DEL CONSUMO DE CALOR DE LA TURBINA El consumo de calor de turbina sin sobrecalentamiento intermedio del vapor en la unidad de tiempo , en kW, es igual a la diferencia de las cantidades de calor, suministrado a ésta con el vapor vivo y extraído con el agua de alimentación: 4.2.4. CÁLCULO DEL CONSUMO ESPECÍFICO DE CALOR DE LA TURBINA Como índice del consumo económico de calor, equivalente al rendimiento de turbina, sirve el consumo específico de calor: 59 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 4.2.5. CÁLCULO DEL RENDIMIENTO DE LA TURBINA Además, el consumo específico de calor es la magnitud inversa al rendimiento de la turbina. El rendimiento de la turbina es 4.3. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DEL EXPANDER 4.3.1. CÁLCULO DE LOS GASES DE COLA Para el cálculo del trabajo y la eficiencia isentrópica del compresor necesitamos el flujo de aire a través del compresor, la temperatura de los gases a la entrada y a la salida y la composición porcentual de los gases de residuo que podemos encontrar en la tabla 1. En la planta de ácido nítrico 2 un flujo de aire a la entrada del compresor de 12,67 kg/s produce un flujo de gases equivalente a 10,40 kg/s. Con los datos de la tabla calculamos la masa que corresponde a cada componente, los resultados son: 0,37 kg/s para el oxígeno, 0,03 kg/s para el monóxido de nitrógeno, 0,01 kg/s para dióxido de nitrógeno, 0,05 kg/s para el agua y 10,01 kg/s para el nitrógeno. Fracción molar de los componentes de la mezcla de gases: Numero de Kilomoles por segundo de los componentes de la mezcla de los gases de residuo. O NO NO2 N H2O 0,01509 0,00119 0,0003 0,47142 0,00383 Tabla 9. Número de moles de Componentes de los gases. 60 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Fracción molar de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo. O NO NO2 N H2O 0,03069 0,00242 0,00061 0,95849 0,00779 Tabla 10. Fracción molar de los componentes de la mezcla de gases. El siguiente paso es calcular el calor específico de cada componente de la mezcla con la temperatura de la mezcla a la entrada y a la salida del expander a través de la ecuación ̅ y los datos de la siguiente tabla. Calor especifico de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a la entrada. kJ/kmol ºK O NO NO2 N H2O 34,11 33,83 51,07 31,72 39,45 Tabla 11. Calor específico de los componentes de la mezcla del flujo de gases en la entrada. Calor especifico de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a la salida. kJ/kmol ºK O NO NO2 N H2O 32,19 31,78 45,88 30,17 36,26 Tabla 12. Calor específico de los componentes de la mezcla del flujo de gases en la salida. Computamos los valores del calor específico de cada componente a través de una sumatoria en la que la fracción molar determina la participación de cada componente en el valor del calor específico de toda la mezcla. ̅ ∑ ̅ En la entrada del expander el calor específico de los gases es 31,87 kJ/kmol ºK y a la salida es 30,29 kJ/kmol ºK. El trabajo de los gases sobre el expander es igual al flujo de gases por la diferencia de las entalpias a la entrada y a la salida del equipo. En las tablas anteriores mostramos los calores específicos los cuales al multiplicar por la temperatura respectiva nos dará como resultado la entalpia de los gases. Al multiplicar cada valor de las tablas x1 y x2 por las 61 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA temperaturas de entrada y de salida del expander respectivamente, (863,70 °K y 585,92 °K) obtenemos las entalpias para el cálculo del trabajo del expander. Entalpía de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a la entrada. kJ/kmol O NO NO2 N H2O 29466,28 29221,10 44111,83 27397,02 34077,29 Tabla 13. Entalpía especifico de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a la entrada. Entalpía especifico de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a la salida. kJ/kmol O NO NO2 N H2O 18863,13 18626,04 26884,89 17680,89 21248,97 Tabla 14. Entalpía especifico de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a la salida. Conmutando los valores con la siguiente ecuación: ∑ ̅ ∑ Tenemos que en la entrada del expander el calor específico de los gases es 27527,20 kJ/kmol y a la salida es 17752,88 kJ/kmol. 4.3.2. TRABAJO DE LA TURBINA DE GAS [ ] 62 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 4.3.3. TRABAJO AL COMPRESOR ( ) [( ) ] 4.3.4. EFICIENCIA ISENTRÓPICA DEL EXPANDER 4.4. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DE LOS INTERCOOLERS Los intercoolers que trabajan en la planta de ácido nítrico 3 trabajan de manera similar, reciben aire caliente de las etapas del compresor y agua fría de la torre de enfriamiento, de ellos sale aire con una temperatura más baja y agua con una temperatura más alta. Aplicaremos el método de la eficiencia-NTU para evaluar los intercoolers, tomaremos entonces la temperatura del agua a la entrada y a la salida del intercooler y la temperatura del aire a la entrada del intercooler las cuales son 32 ºC, 42 ºC y 132,22 ºC para el intercooler #1 y 32 ºC, 42 ºC y 110 ºC para el intercooler #2 respectivamente. Lo primero es calcular y evaluar cuál de los dos fluidos tiene el menor valor de calor específico. Agua de la torre de enfriamiento: Aire en el intercooler #1 y #2: 63 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 4.4.1. CÁLCULO DEL RENDIMIENTO TÉRMICO DE LOS INTERCOOLERS Con los valores calculados de calor máximo y calor real para cada intercooler es posible calcular la efectividad con la que transfieren el calor, esto es una efectividad del 97% para el intercooler #1 y 96% para el intercooler #2. 4.4.2. CÁLCULO DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR MÁXIMA POSIBLE Luego se debe calcular el flujo de calor real y el flujo de calor máximo. Flujo de calor real intercooler #1: ̇ ̇ ( ) Flujo de calor máximo intercooler #1: ̇ Flujo de calor real intercooler #2: ( ) Flujo de calor máximo intercooler #2: 64 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 5. EJEMPLO DE CÁLCULO NAN 3 Se realizará un ejemplo de cálculo de un día en la NAN III. 5.1. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DEL COMPRESOR DE AIRE Para el cálculo de los indicadores del compresor de aire. Tomamos el trabajo del compresor real, isentrópico y su eficiencia. NAN III. 5.1.1. TRABAJO REAL DEL COMPRESOR DE AIRE Tenemos el flujo volumétrico de aire en el compresor: ̇ ( ) ( ) ̇ Para hallar el flujo másico, se procede a buscar la densidad del aire al rango de temperaturas promedio a la entrada y salida del compresor. ̇ ̇ ̇ Para calcular el trabajo real, calculamos la temperatura de salida con una constante n de 1,54. 65 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA ( ) Luego se procede a calcular el trabajo real del compresor. ( ) 5.1.2. TRABAJO ISENTRÓPICO DEL COMPRESOR DE AIRE Para calcular el trabajo isentrópico, calculamos la temperatura de salida con una constante k para el aire de 1,4. ( ) Luego se procede a calcular el trabajo isentrópico del compresor. ( ) 5.1.3. EFICIENCIA ISENTRÓPICA DEL COMPRESOR Ya calculados el trabajo real y el isentrópico del compresor, se procede a calcular su eficiencia de la siguiente manera: 66 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 5.2. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DE LA TURBINA DE VAPOR 5.2.1. CÁLCULO DEL CONSUMO DE VAPOR El consumo de vapor en el turbogrupo de condensación, en kg/s, se determina de las condiciones de balance energético: De donde 5.2.2. CÁLCULO DEL CONSUMO ESPECÍFICO DE VAPOR Como medida de perfeccionamiento técnico del turbo grupo de condensación puede servir, en primera aproximación, el consumo específico de vapor , en g/kJ, que, teniendo en cuenta la ecuación anterior, es igual a: 5.2.3. CÁLCULO DEL CONSUMO DE CALOR DE LA TURBINA El consumo de calor de turbina sin sobrecalentamiento intermedio del vapor en la unidad de tiempo , en kW, es igual a la diferencia de las cantidades de calor, suministrado a ésta con el vapor vivo y extraído con el agua de alimentación: 67 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 5.2.4. CÁLCULO DEL CONSUMO ESPECÍFICO DE CALOR DE LA TURBINA Como índice del consumo económico de calor, equivalente al rendimiento de turbina, sirve el consumo específico de calor: 5.2.5. CÁLCULO DEL RENDIMIENTO DE LA TURBINA Además, el consumo específico de calor es la magnitud inversa al rendimiento de la turbina. El rendimiento de la turbina es 5.3. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DEL EXPANDER 5.3.1. CÁLCULO DE LOS GASES DE COLA Para el cálculo del trabajo y la eficiencia isentrópica del compresor necesitamos el flujo de aire a través del compresor, la temperatura de los gases a la entrada y a la salida y la composición porcentual de los gases de residuo que podemos encontrar en la tabla 1. 68 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA En la planta de ácido nítrico 3 un flujo de aire a la entrada del compresor de 12,67 kg/s produce un flujo de gases equivalente a 10,40 kg/s. Con los datos de la tabla 3 calculamos la masa que corresponde a cada componente, los resultados son: 0,37 kg/s para el oxígeno, 0,03 kg/s para el monóxido de nitrógeno, 0,01 kg/s para dióxido de nitrógeno, 0,05 kg/s para el agua y 10,01 kg/s para el nitrógeno. Fracción molar de los componentes de la mezcla de gases: Numero de Kilomoles por segundo de los componentes de la mezcla de los gases de residuo. O NO NO2 N H2O 0,01138 0,0009 0,00023 0,35553 0,00289 Tabla 15. Número de moles de Componentes de los gases. Fracción molar de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo. O NO NO2 N H2O 0,03069 0,00242 0,00061 0,95849 0,00779 Tabla 16. Fracción molar de los componentes de la mezcla de gases. El siguiente paso es calcular el calor específico de cada componente de la mezcla con la temperatura de la mezcla a la entrada y a la salida del expander a través de la ecuación ̅ y los datos de la tabla 4. Calor especifico de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a la entrada. kJ/kmol ºK O NO NO2 N H2O 33,88 33,54 50,51 31,49 38,99 Tabla 17. Calor específico de los componentes de la mezcla del flujo de gases en la entrada. 69 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Calor especifico de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a la salida. kJ/kmol ºK O NO NO2 N H2O 32,17 31,76 45,81 30,16 36,23 Tabla 18. Calor específico de los componentes de la mezcla del flujo de gases en la salida. Computamos los valores del calor específico de cada componente a través de una sumatoria en la que la fracción molar determina la participación de cada componente en el valor del calor específico de toda la mezcla. ̅ ∑ ̅ En la entrada del expander el calor específico de los gases es 31,64 kJ/kmol ºK y a la salida es 30,28 kJ/kmol ºK. El trabajo de los gases sobre el expander es igual al flujo de gases por la diferencia de las entalpias a la entrada y a la salida del equipo. En las tablas anteriores mostramos los calores específicos los cuales al multiplicar por la temperatura respectiva nos dará como resultado la entalpia de los gases. Al multiplicar cada valor de las tablas x1 y x2 por las temperaturas de entrada y de salida del expander respectivamente obtenemos las entalpias para el cálculo del trabajo del expander. Entalpía de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a la entrada. kJ/kmol O NO NO2 N H2O 27971,11 27689,79 41694,09 25993,46 32183,64 Tabla 19. Entalpía especifico de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a la entrada. Entalpía especifico de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a la salida. kJ/kmol O NO NO2 N H2O 18760,46 18526,38 26718,45 17589,08 21131,11 Tabla 20. Entalpía especifico de los componentes de la mezcla del flujo de gases de residuo a la salida. 70 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Conmutando los valores con la siguiente ecuación: ∑ ̅ ∑ Tenemos que en la entrada del expander el calor específico de los gases es 26116,07 kJ/kmol y a la salida es 17660,47 kJ/kmol. 5.3.2. TRABAJO DEL EXPANDER [ ] 5.3.3. TRABAJO AL COMPRESOR ( ) [( ) ] 5.3.4. EFICIENCIA DE LA TURBINA DE GAS 71 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 5.4. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DE LOS INTERCOOLERS Los intercoolers que trabajan en la planta de ácido nítrico 3 trabajan de manera similar, reciben aire caliente de las etapas del compresor y agua fría de la torre de enfriamiento, de ellos sale aire con una temperatura más baja y agua con una temperatura más alta. Aplicaremos el método de la eficiencia-NTU para evaluar los intercoolers, tomaremos entonces la temperatura del agua a la entrada y a la salida del intercooler y la temperatura del aire a la entrada del intercooler las cuales son 32 ºC, 42 ºC y 132,22 ºC para el intercooler #1 y 32 ºC, 42 ºC y 110 ºC para el intercooler #2 respectivamente. Lo primero es calcular y evaluar cuál de los dos fluidos tiene el menor valor de calor específico. Agua de la torre de enfriamiento: Aire en el intercooler #1 y #2: 5.4.1. CÁLCULO DEL RENDIMIENTO TÉRMICO DE LOS INTERCOOLERS Con los valores calculados de calor máximo y calor real para cada intercooler es posible calcular la efectividad con la que transfieren el calor, esto es una efectividad del 97% para el intercooler #1 y 96% para el intercooler #2. 5.4.2. CÁLCULO DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR MÁXIMA POSIBLE Luego se debe calcular el flujo de calor real y el flujo de calor máximo. 72 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Flujo de calor real intercooler #1: ̇ ̇ ( ) Flujo de calor máximo intercooler #1: ̇ Flujo de calor real intercooler #2: ( ) Flujo de calor máximo intercooler #2: 5.4. METODOLOGÍA DEL CÁLCULO DEL CONDENSADOR 5.4.1. CÁLCULO DE LA DIFERENCIA DE TEMPERATURA MEDIA LOGARÍTMICA ( ) La temperatura media se obtiene para calcular las propiedades del agua 73 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 5.4.2. CÁLCULO DEL CALOR ABSORBIDO POR EL AGUA DE ENFRIAMIENTO ̇ 5.4.3. CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE TRANFERENCIA DE CALOR EFECTIVO Es la superficie total del condensador La resistencia térmica total de diseño se obtiene del inverso del coeficiente de transferencia de calor 5.4.4. CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR DE DISEÑO La resistencia térmica total de diseño se obtiene: La resistencia debido al ensuciamiento se obtiene: 74 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 5.4.5. CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DEL AGUA EN LOS TUBOS ̇ ( ) 5.4.6. CÁLCULO DE LA EFICIENCIA DE TRASNFERENCIA DE CALOR DEL CONDENSADOR El desempeño térmico de un intercambiador de calor puede evaluarse a través de las relaciones térmica – número de unidades de transferencia de calor ( ). 6. RESULTADOS En el presente capítulo se mostrarán los resultados obtenidos por el modelo realizado en 7 días de operación de los cuales cada día se tomaba 6 horas diferentes, el cual arrojará datos de suma importancia a la hora de sacar conclusiones y tomar decisiones con respecto al funcionamiento de los trenes de compresión de la empresa de Abocol. Se explicarán cada una de las gráficas y tablas de resultados obtenidos para demostrar la importancia de los mismos. 75 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 6.1. INDICADORES ENERGÉTICOS DEL COMPRESOR DE AIRE Los indicadores se desglosarán para cada una de las plantas NAN I, NAN II y NAN III. 6.1.1. COMPRESOR DE AIRE NAN I Octubre 2 de 2012 EFICIENCIA N 74,98% 74,95% 75,31% 75,31% 75,50% 75,33% TRABAJO ISENTROPICO 3664,48 3659,58 3436,80 3455,40 3330,24 3442,16 KW REAL 4887,43 4882,47 4563,69 4587,99 4411,08 4569,62 Octubre 3 de 2012 EFICIENCIA N 75,48% 75,46% 75,31% 75,31% 75,50% 75,49% TRABAJO ISENTROPICO 3412,27 3345,42 3468,16 3460,54 3354,55 3352,34 KW REAL 4520,57 4433,58 4605,34 4594,82 4443,27 4440,77 Octubre 5 de 2012 EFICIENCIA N 75,48% 75,46% 75,31% 75,31% 75,50% 75,49% TRABAJO KW ISENTROPICO 3341,36 3337,22 3451,29 3446,31 3329,86 3331,87 REAL 4426,62 4422,72 4582,94 4575,92 4410,57 4413,64 Octubre 6 de 2012 EFICIENCIA N 75,69% 75,69% 75,69% 75,69% 75,69% 75,69% TRABAJO ISENTROPICO 3283,72 3278,93 3276,16 3288,63 3287,49 3278,43 KW REAL 4338,43 4332,11 4328,45 4344,92 4343,42 4331,44 Octubre 7 de 2012 EFICIENCIA n 75,69% 75,69% 75,69% 75,69% 75,69% 75,69% TRABAJO KW ISENTROPICO 3286,61 3295,30 3296,18 3298,45 3292,78 3278,56 REAL 4342,25 4353,73 4354,90 4357,89 4350,40 4331,61 Octubre 8 de 2012 EFICIENCIA n 75,69% 75,69% 75,69% 75,69% 75,69% 75,69% TRABAJO KW ISENTROPICO 3274,53 3289,51 3285,73 3269,99 3314,81 3256,65 REAL 4326,29 4346,08 4341,09 4320,30 4379,51 4302,67 Octubre 9 de 2012 EFICIENCIA n 75,69% 75,69% 75,69% 75,69% 75,69% 75,69% TRABAJO KW ISENTROPICO 3288,38 3272,64 3292,78 3296,81 3305,75 3279,31 REAL 4344,58 4323,79 4350,40 4355,73 4367,54 4332,61 Tabla 21. Indicadores energéticos del compresor para 7 días NAN I. 76 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 6.1.2. COMPRESOR DE AIRE NAN II Octubre 2 de 2012 EFICIENCIA N 75,39% 75,38% 75,41% 75,38% 75,40% 75,39% TRABAJO ISENTROPICO 3918,56 3816,25 3890,06 3965,00 3919,69 3919,30 KW REAL 5197,91 5062,81 5158,61 5259,98 5198,48 5198,43 Octubre 3 de 2012 EFICIENCIA N 75,39% 75,40% 75,43% 75,38% 75,40% 75,39% TRABAJO ISENTROPICO 3905,54 3878,90 3835,13 3956,31 3974,59 3868,41 KW REAL 5180,65 5144,72 5084,34 5248,22 5271,29 5130,94 Octubre 5 de 2012 EFICIENCIA N 75,39% 75,43% 75,41% 75,39% 75,40% 75,39% TRABAJO ISENTROPICO 3905,54 3803,19 3896,53 3960,12 3948,57 3922,29 KW REAL 5180,65 5041,94 5167,20 5253,02 5236,78 5202,40 Octubre 6 de 2012 EFICIENCIA N 75,39% 75,43% 75,41% 75,42% 75,40% 75,39% TRABAJO ISENTROPICO 3664,70 3623,01 3644,09 3675,49 3708,40 3748,16 KW REAL 4861,17 4803,07 4832,45 4873,64 4918,26 4971,44 Octubre 7 de 2012 EFICIENCIA N 75,42% 75,47% 75,39% 75,36% 75,40% 75,36% TRABAJO ISENTROPICO 4115,62 4059,21 3909,76 3984,61 3974,59 4012,07 KW REAL 5456,76 5378,79 5186,20 5287,23 5271,29 5323,95 Octubre 8 de 2012 EFICIENCIA N 75,44% 75,40% 75,41% 75,38% 75,38% 75,37% TRABAJO KW ISENTROPICO 3976,29 3887,57 3883,58 3945,72 4003,86 4012,60 REAL 5271,04 5156,23 5150,03 5234,41 5311,59 5323,91 Octubre 9 de 2012 EFICIENCIA N 75,43% 75,40% 75,43% 75,35% 75,37% 75,36% TRABAJO KW ISENTROPICO 3866,26 3856,21 385,37 3941,40 3985,55 4006,84 REAL 5125,66 5114,16 510,88 5230,61 5288,03 5317,00 Tabla 22. Indicadores energéticos del compresor para 7 días NAN II. 77 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 6.1.3. COMPRESOR DE AIRE NAN III Octubre 2 de 2012 EFICIENCIA N 75,87% 75,89% 75,90% 75,86% 75,88% 75,84% TRABAJO ISENTROPICO 2712,07 2691,16 2628,74 3037,80 3034,82 2776,22 KW REAL 3574,53 3546,05 3463,32 4004,46 3999,34 3660,68 Octubre 3 de 2012 EFICIENCIA N 75,84% 75,89% 75,89% 75,91% 75,91% 75,86% TRABAJO ISENTROPICO 2741,93 2616,47 2673,23 2680,85 2995,46 3046,97 KW REAL 3615,63 3447,64 3522,51 3531,81 3945,96 4016,83 Octubre 5 de 2012 EFICIENCIA N 75,87% 75,93% 75,94% 75,94% 75,95% 75,93% TRABAJO KW ISENTROPICO 2723,19 2636,18 2634,86 2630,09 2616,23 2648,64 REAL 3589,18 3472,08 3469,66 3463,23 3444,87 3488,30 Octubre 6 de 2012 EFICIENCIA N 75,90% 75,89% 75,89% 75,92% 75,94% 75,93% TRABAJO ISENTROPICO 2675,15 2618,85 2716,02 2629,34 2641,91 2658,44 KW REAL 3524,71 3450,77 3578,69 3463,19 3479,08 3501,39 Octubre 7 de 2012 EFICIENCIA n 75,93% 75,90% 75,92% 75,88% 75,89% 75,88% TRABAJO ISENTROPICO 2582,81 2955,73 2600,16 2681,11 2719,07 2720,03 KW REAL 3401,75 3894,24 3424,72 3533,30 3583,04 3584,66 Octubre 8 de 2012 EFICIENCIA n 75,84% 75,89% 75,95% 75,95% 75,91% 75,90% TRABAJO ISENTROPICO 3076,43 2951,85 2627,24 2572,77 2659,30 2660,24 KW REAL 4056,50 3889,55 3459,24 3387,56 3503,13 3504,72 Octubre 9 de 2012 EFICIENCIA n 75,92% 75,93% 75,95% 75,91% 75,96% 75,93% TRABAJO ISENTROPICO 2680,78 2906,23 2632,06 2654,59 2599,50 2610,05 KW REAL 3530,98 3827,34 3465,59 3496,83 3422,28 3437,47 Tabla 23. Indicadores energéticos del compresor para 7 días NAN III. 78 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 6.2. INDICADORES ENERGÉTICOS DE LA TURBINA DE VAPOR 6.2.1. TURBINA DE VAPOR NAN II Octubre 2 de 2012 CONSUMO Welec (kW) 2855,64 2822,60 2838,92 2855,52 2848,99 2838,84 DE VAPOR D0 (kg/s) 3,51 3,48 3,52 3,52 3,53 3,51 d0 (kg/kW s) 1,23 1,23 1,24 1,23 1,24 1,24 Q TURBINA Qi,tur (KW) 8619,91 8524,21 8592,11 8608,84 8608,76 8577,06 q TURBINA Qitur 3,02 3,02 3,03 3,01 3,02 3,02 EFICIENCIA N 33,13% 33,11% 33,04% 33,17% 33,09% 33,10% Octubre 3 de 2012 CONSUMO Welec (kW) 2847,76 2835,90 2804,80 2851,55 2880,66 3046,43 DE VAPOR D0 (kg/s) 3,52 3,51 3,47 3,51 3,55 3,78 d0 (kg/kW s) 1,24 1,24 1,24 1,23 1,23 1,24 Q TURBINA Qi,tur (KW) 8602,17 8596,92 8484,54 8593,72 8680,28 9218,13 q TURBINA Qitur 3,02 3,03 3,03 3,01 3,01 3,03 EFICIENCIA N 33,11% 32,99% 33,06% 33,18% 33,19% 33,05% Octubre 5 de 2012 CONSUMO Welec (kW) 2808,54 2778,49 2860,44 2853,64 2868,16 2828,29 DE VAPOR D0 (kg/s) 3,49 3,47 3,53 3,51 3,54 3,49 d0 (kg/kW s) 1,24 1,25 1,24 1,23 1,23 1,23 Q TURBINA Qi,tur (KW) 8540,33 8482,47 8649,40 8598,27 8670,53 8524,19 q TURBINA Qitur 3,04 3,05 3,02 3,01 3,02 3,01 EFICIENCIA N 32,89% 32,76% 33,07% 33,19% 33,08% 33,18% Octubre 6 de 2012 CONSUMO Welec (kW) 2789,91 2765,95 2779,46 2832,61 2856,91 2849,82 DE VAPOR D0 (kg/s) 3,43 3,43 3,43 3,50 3,50 3,51 d0 (kg/kW s) 1,23 1,24 1,23 1,23 1,23 1,23 Q TURBINA Qi,tur (KW) 8421,77 8412,42 8392,10 8564,73 8576,59 8588,31 q TURBINA Qitur 3,02 3,04 3,02 3,02 3,00 3,01 EFICIENCIA N 33,13% 32,88% 33,12% 33,07% 33,31% 33,18% Octubre 7 de 2012 CONSUMO Welec (kW) 2839,25 2878,92 2858,29 2905,89 2849,83 2850,01 DE VAPOR D0 (kg/s) 3,50 3,52 3,50 3,55 3,52 3,52 d0 (kg/kW s) 1,23 1,22 1,23 1,22 1,23 1,24 Q TURBINA Qi,tur (KW) 8563,05 8613,68 8554,15 8694,04 8591,67 8593,23 q TURBINA Qitur 3,02 2,99 2,99 2,99 3,01 3,02 79 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA EFICIENCIA N 33,16% 33,42% 33,41% 33,42% 33,17% 33,17% Octubre 8 de 2012 CONSUMO Welec (kW) 2838,64 2817,61 2835,47 2829,52 2852,48 2866,46 DE VAPOR D0 (kg/s) 3,49 3,49 3,54 3,54 3,53 3,54 d0 (kg/kW s) 1,23 1,24 1,25 1,25 1,24 1,23 Q TURBINA Qi,tur (KW) 8553,76 8551,91 8631,34 8615,33 8604,04 8651,78 q TURBINA Qitur 3,01 3,04 3,04 3,04 3,02 3,02 EFICIENCIA N 33,19% 32,95% 32,85% 32,84% 33,15% 33,13% Octubre 9 de 2012 CONSUMO Welec (kW) 2843,77 2898,20 2831,51 2894,70 2828,75 2904,45 DE VAPOR D0 (kg/s) 3,48 3,53 3,48 3,57 3,49 3,57 d0 (kg/kW s) 1,22 1,22 1,23 1,23 1,23 1,23 Q TURBINA Qi,tur (KW) 8502,54 8656,77 8518,38 8742,11 8501,78 8698,95 q TURBINA Qitur 2,99 2,99 3,01 3,02 3,01 3,00 EFICIENCIA N 33,45% 33,48% 33,24% 33,11% 33,27% 33,39% Tabla 24. Indicadores energéticos Turbina de vapor NAN II. 6.2.2. TURBINA DE VAPOR NAN III Octubre 2 de 2012 Welec (kW) 2684,91 2707,79 2708,31 2765,72 2765,72 2726,48 CONSUMO D0 (kg/s) 3,72 3,76 3,73 3,82 3,82 3,74 DE VAPOR d0 (kg/kW s) 1,39 1,39 1,38 1,38 1,38 1,37 Q TURBINA Qi,tur (KW) 8537,81 8634,26 8578,56 8772,65 8772,65 8629,38 q TURBINA Qitur 3,18 3,19 3,17 3,17 3,17 3,17 EFICIENCIA N 31,45% 31,36% 31,57% 31,53% 31,53% 31,60% Octubre 3 de 2012 CONSUMO Welec (kW) 2744,28 2705,29 2693,82 2695,36 2750,65 2775,52 DE VAPOR D0 (kg/s) 3,78 3,77 3,72 3,73 3,82 3,84 d0 (kg/kW s) 1,38 1,39 1,38 1,38 1,39 1,38 Q TURBINA Qi,tur (KW) 8694,65 8682,44 8583,74 8588,63 8797,90 8831,87 q TURBINA Qitur 3,17 3,21 3,19 3,19 3,20 3,18 EFICIENCIA N 31,56% 31,16% 31,38% 31,38% 31,26% 31,43% Octubre 5 de 2012 CONSUMO Welec (kW) 2676,96 2705,95 2705,95 2675,77 2703,99 2715,18 DE VAPOR D0 (kg/s) 3,69 3,77 3,77 3,77 3,76 3,83 d0 (kg/kW s) 1,38 1,39 1,39 1,41 1,39 1,41 Q TURBINA Qi,tur (KW) 8497,29 8677,78 8677,78 8673,84 8662,36 8819,88 q TURBINA Qitur 3,17 3,21 3,21 3,24 3,20 3,25 80 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA EFICIENCIA N 31,50% 31,18% 31,18% 30,85% 31,22% 30,78% Octubre 6 de 2012 CONSUMO Welec (kW) 2751,50 2709,35 2716,68 2699,12 2686,86 2698,09 DE VAPOR D0 (kg/s) 3,80 3,74 3,73 3,75 3,72 3,74 d0 (kg/kW s) 1,38 1,38 1,37 1,39 1,38 1,39 Q TURBINA Qi,tur (KW) 8754,50 8618,93 8616,47 8607,82 8567,73 8628,58 q TURBINA Qitur 3,18 3,18 3,17 3,19 3,19 3,20 EFICIENCIA N 31,43% 31,43% 31,53% 31,36% 31,36% 31,27% Octubre 7 de 2012 CONSUMO Welec (kW) 2723,42 2682,37 2715,84 2707,44 2714,12 2714,12 DE VAPOR D0 (kg/s) 3,77 3,71 3,76 3,72 3,73 3,73 d0 (kg/kW s) 1,38 1,38 1,38 1,37 1,37 1,37 Q TURBINA Qi,tur (KW) 8672,58 8559,00 8673,52 8593,29 8608,54 8608,54 q TURBINA Qitur 3,18 3,19 3,19 3,17 3,17 3,17 EFICIENCIA N 31,40% 31,34% 31,31% 31,51% 31,53% 31,53% Octubre 8 de 2012 CONSUMO Welec (kW) 2740,75 2805,39 2761,55 2668,22 2697,58 2697,58 DE VAPOR D0 (kg/s) 3,73 3,81 3,75 3,70 3,74 3,74 d0 (kg/kW s) 1,36 1,36 1,36 1,39 1,39 1,39 Q TURBINA Qi,tur (KW) 8579,19 8765,63 8629,04 8531,37 8593,61 8593,11 q TURBINA Qitur 3,13 3,12 3,12 3,20 3,19 3,19 EFICIENCIA N 31,95% 32,00% 32,00% 31,28% 31,39% 31,39% Octubre 9 de 2012 CONSUMO Welec (kW) 2689,87 2684,37 2684,30 2694,13 2689,04 2720,51 DE VAPOR D0 (kg/s) 3,71 3,73 3,72 3,71 3,73 3,73 d0 (kg/kW s) 1,38 1,39 1,39 1,38 1,39 1,37 Q TURBINA Qi,tur (KW) 8575,46 8606,64 8589,95 8559,71 8573,24 8597,63 q TURBINA Qitur 3,19 3,21 3,20 3,18 3,19 3,16 EFICIENCIA N 31,37% 31,19% 31,25% 31,47% 31,37% 31,64% Tabla 25. Indicadores energéticos turbina de vapor NAN III. 81 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 6.3. INDICADORES ENERGÉTICOS DEL EXPANDER 6.3.1. EXPANDER NAN I Octubre 2 de 2012 TRABAJO TG 3487,30 3481,60 3368,90 3426,18 3513,29 3552,25 TRABAJO AL COMPRESOR 295,19 294,58 277,05 278,60 268,83 277,65 EFICIENCIA TURBINA 87,40% 87,39% 87,17% 87,08% 86,63% 86,78% Octubre 3 de 2012 TRABAJO TG 3580,37 3398,82 3355,71 3417,32 3463,86 3485,73 TRABAJO AL COMPRESOR 275,34 269,73 279,58 279,02 270,79 270,56 EFICIENCIA TURBINA 86,66% 86,90% 87,27% 87,11% 86,78% 86,73% Octubre 5 de 2012 TRABAJO TG 3438,12 3414,06 3409,37 3410,22 3470,04 3462,89 TRABAJO AL COMPRESOR 269,61 269,07 278,22 277,87 268,80 268,90 EFICIENCIA TURBINA 86,81% 86,84% 87,11% 87,10% 86,72% 86,74% Octubre 6 de 2012 TRABAJO TG 3690,04 3771,58 3640,70 3593,54 3601,49 3736,81 TRABAJO AL COMPRESOR 266,56 266,18 265,95 266,96 266,87 266,14 EFICIENCIA TURBINA 86,23% 86,07% 86,30% 86,42% 86,40% 86,13% Octubre 7 de 2012 TRABAJO TG 3703,49 3766,09 3596,58 3675,62 3635,70 3622,41 TRABAJO AL COMPRESOR 266,80 267,50 267,58 267,76 267,30 266,15 EFICIENCIA TURBINA 86,21% 86,12% 86,43% 86,29% 86,35% 86,34% Octubre 8 de 2012 TRABAJO TG 3641,42 3594,07 3540,83 3633,15 3720,03 3613,23 TRABAJO AL COMPRESOR 265,82 267,03 266,73 265,45 269,09 264,37 EFICIENCIA TURBINA 86,30% 86,42% 86,52% 86,31% 86,24% 86,32% Octubre 9 de 2012 TRABAJO TG 3721,21 3725,89 3535,68 3552,77 3546,42 3603,37 TRABAJO AL COMPRESOR 266,94 265,67 267,30 267,63 268,35 266,21 EFICIENCIA TURBINA 86,18% 86,14% 86,54% 86,52% 86,55% 86,38% Tabla 26. Indicadores energéticos turbina de gas de NAN I. 82 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 6.3.2. EXPANDER NAN II Octubre 2 de 2012 TRABAJO TG 4807,40 4504,28 4522,75 4597,56 4603,67 4576,78 TRABAJO AL COMPRESOR 316,08 307,61 313,70 319,77 316,30 316,21 EFICIENCIA TURBINA 96,33% 96,60% 96,71% 96,73% 96,64% 96,68% Octubre 3 de 2012 TRABAJO TG 4554,66 4508,09 4505,35 4580,16 4719,86 4647,45 TRABAJO AL COMPRESOR 315,03 312,67 309,29 319,07 320,73 312,10 EFICIENCIA TURBINA 96,69% 96,71% 96,63% 96,74% 96,56% 96,48% Octubre 5 de 2012 TRABAJO TG 4589,96 4428,33 4650,68 4556,89 4683,77 4615,85 TRABAJO AL COMPRESOR 315,03 306,61 314,22 319,38 318,63 316,45 EFICIENCIA TURBINA 96,63% 96,69% 96,52% 96,78% 96,57% 96,62% Octubre 6 de 2012 TRABAJO TG 4495,96 4255,79 4264,91 4278,83 4360,44 4381,89 TRABAJO AL COMPRESOR 295,61 292,08 293,86 296,45 299,25 302,40 EFICIENCIA TURBINA 96,33% 96,63% 96,66% 96,70% 96,63% 96,67% Octubre 7 de 2012 TRABAJO TG 4818,80 4798,54 4573,96 4560,50 4709,56 4697,97 TRABAJO AL COMPRESOR 332,02 327,29 315,26 321,33 320,73 323,65 EFICIENCIA TURBINA 96,66% 96,59% 96,66% 96,82% 96,58% 96,66% Octubre 8 de 2012 TRABAJO TG 4589,72 4433,61 4495,25 4554,98 4726,82 4709,20 TRABAJO AL COMPRESOR 320,79 313,37 313,18 318,21 323,07 323,71 EFICIENCIA TURBINA 96,76% 96,85% 96,74% 96,76% 96,60% 96,64% Octubre 9 de 2012 TRABAJO TG 4487,21 4403,33 450,02 4547,88 4681,12 4609,35 TRABAJO AL COMPRESOR 311,91 310,85 31,08 317,83 321,58 323,23 EFICIENCIA TURBINA 96,72% 96,84% 96,68% 96,76% 96,64% 96,79% Tabla 27. Indicadores energéticos Turbina de gas NAN II. 83 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 6.3.3. EXPANDER NAN III Octubre 2 de 2012 TRABAJO TG 3136,38 3125,71 3065,14 3498,08 3532,12 3183,27 TRABAJO AL COMPRESOR 219,15 217,31 212,36 245,41 245,33 224,35 EFICIENCIA TURBINA 96,76% 96,72% 96,70% 96,79% 96,72% 96,82% Octubre 3 de 2012 TRABAJO TG 3135,06 3038,97 3080,40 3104,71 3504,31 3512,31 TRABAJO AL COMPRESOR 221,53 211,28 215,95 216,61 242,18 246,24 EFICIENCIA TURBINA 96,84% 96,72% 96,78% 96,75% 96,68% 96,79% Octubre 5 de 2012 TRABAJO TG 3141,66 3072,94 3093,07 3073,90 3093,72 3078,99 TRABAJO AL COMPRESOR 220,05 212,90 212,89 212,54 211,55 214,11 EFICIENCIA TURBINA 96,78% 96,70% 96,65% 96,69% 96,61% 96,73% Octubre 6 de 2012 TRABAJO TG 3099,90 2991,06 3101,88 3046,80 3089,60 3065,67 TRABAJO AL COMPRESOR 216,19 211,47 219,41 212,47 213,62 214,90 EFICIENCIA TURBINA 96,75% 96,85% 96,85% 96,75% 96,68% 96,78% Octubre 7 de 2012 TRABAJO TG 3008,51 3421,76 3043,15 3039,19 3128,93 3118,88 TRABAJO AL COMPRESOR 208,74 238,68 210,07 216,61 219,81 219,84 EFICIENCIA TURBINA 96,71% 96,74% 96,67% 96,90% 96,80% 96,82% Octubre 8 de 2012 TRABAJO TG 3554,05 3412,17 3096,16 3038,10 3088,63 3078,71 TRABAJO AL COMPRESOR 248,56 238,37 212,28 207,91 215,00 215,03 EFICIENCIA TURBINA 96,77% 96,76% 96,62% 96,61% 96,73% 96,76% Octubre 9 de 2012 TRABAJO TG 3150,36 3400,96 3094,45 3041,84 3058,76 3056,14 TRABAJO AL COMPRESOR 216,66 234,72 212,67 214,50 210,20 210,99 EFICIENCIA TURBINA 96,65% 96,67% 96,64% 96,83% 96,64% 96,67% Tabla 28. Indicadores energéticos turbina de gas NAN III. 84 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 6.4. INDICADORES ENERGÉTICOS DE LOS INTERCOOLERS 6.4.1. INTERCOOLER 1 NAN II Octubre 2 de 2012 CALOR REAL 1118,45 1176,67 1211,60 1231,64 1230,55 1226,07 C MIN 16,81 16,20 16,68 16,95 16,94 16,88 CALOR MAXIMO 1162,04 1218,37 1254,53 1275,28 1274,16 1269,52 EFECTIVIDAD INTERCOOLER 96,25% 96,58% 96,58% 96,58% 96,58% 96,58% Octubre 3 de 2012 CALOR REAL 1170,76 1190,51 1179,67 1162,73 1247,79 1210,15 C MIN 16,76 16,51 16,50 16,93 17,18 16,66 CALOR MAXIMO 1214,04 1233,04 1222,21 1206,51 1292,01 1253,04 EFECTIVIDAD INTERCAMBIADOR 96,44% 96,55% 96,52% 96,37% 96,58% 96,58% Octubre 5 de 2012 CALOR REAL 1189,44 1174,61 1195,00 1156,07 1125,53 1132,90 C MIN 16,76 16,29 16,71 16,95 17,06 16,89 CALOR MAXIMO 1232,66 1216,58 1238,06 1199,93 1169,79 1176,66 EFECTIVIDAD INTERCAMBIADOR 96,49% 96,55% 96,52% 96,34% 96,22% 96,28% Octubre 6 de 2012 CALOR REAL 1045,99 1127,60 1134,99 1095,93 1101,72 1064,61 C MIN 15,72 15,52 15,62 15,81 16,03 16,14 CALOR MAXIMO 1086,76 1167,56 1175,21 1136,79 1143,16 1106,48 EFECTIVIDAD INTERCAMBIADOR 96,25% 96,58% 96,58% 96,41% 96,37% 96,22% Octubre 7 de 2012 CALOR REAL 1221,60 1203,15 1168,54 1133,62 1123,37 1113,49 C MIN 17,77 17,50 16,70 16,99 17,18 17,17 CALOR MAXIMO 1267,55 1248,40 1211,67 1177,65 1167,96 1158,10 EFECTIVIDAD INTERCAMBIADOR 96,37% 96,37% 96,44% 96,26% 96,18% 96,15% Octubre 8 de 2012 CALOR REAL 1144,83 1202,39 1209,58 1225,65 1252,36 1249,89 C MIN 17,21 16,55 16,65 16,87 17,24 17,20 CALOR MAXIMO 1189,45 1245,00 1252,44 1269,08 1296,74 1294,18 EFECTIVIDAD INTERCAMBIADOR 96,25% 96,58% 96,58% 96,58% 96,58% 96,58% Octubre 9 de 2012 CALOR REAL 1111,76 1194,18 120,55 1218,33 1244,36 1245,82 C MIN 16,71 16,44 1,66 16,77 17,13 17,15 CALOR MAXIMO 1155,09 1236,50 124,83 1261,50 1288,45 1289,96 EFECTIVIDAD INTERCAMBIADOR 96,25% 96,58% 96,58% 96,58% 96,58% 96,58% Tabla 29. Indicadores energéticos del Intercooler 1 NAN II. 85 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 6.4.2. INTERCOOLER 2 NAN II Octubre 2 de 2012 CALOR REAL 1051,84 1040,30 1071,18 1070,00 1059,62 1055,76 C MIN 16,81 16,20 16,68 16,95 16,94 16,88 CALOR MAXIMO 1106,00 1092,39 1124,82 1124,59 1114,18 1110,13 EFECTIVIDAD INTERCOOLER 95,10% 95,23% 95,23% 95,15% 95,10% 95,10% Octubre 3 de 2012 CALOR REAL 1067,02 1069,87 1069,22 1087,18 1064,89 1032,77 C MIN 16,76 16,51 16,50 16,93 17,18 16,66 CALOR MAXIMO 1120,94 1122,95 1122,27 1141,62 1120,25 1086,46 EFECTIVIDAD INTERCOOLER 95,19% 95,27% 95,27% 95,23% 95,06% 95,06% Octubre 5 de 2012 CALOR REAL 1067,02 1055,58 1082,27 1079,45 1067,43 1065,98 C MIN 16,76 16,29 16,71 16,95 17,06 16,89 CALOR MAXIMO 1120,94 1107,95 1135,97 1134,00 1122,39 1120,36 EFECTIVIDAD INTERCOOLER 95,19% 95,27% 95,27% 95,19% 95,10% 95,15% Octubre 6 de 2012 CALOR REAL 983,69 1014,22 1012,16 1006,84 1020,36 1000,67 C MIN 15,72 15,52 15,62 15,81 16,03 16,14 CALOR MAXIMO 1034,35 1064,08 1062,38 1057,73 1071,93 1052,68 EFECTIVIDAD INTERCOOLER 95,10% 95,31% 95,27% 95,19% 95,19% 95,06% Octubre 7 de 2012 CALOR REAL 1121,49 1114,31 1071,67 1066,33 1064,89 1055,03 C MIN 17,77 17,50 16,70 16,99 17,18 17,17 CALOR MAXIMO 1178,70 1170,62 1125,39 1121,03 1120,25 1110,40 EFECTIVIDAD INTERCOOLER 95,15% 95,19% 95,23% 95,12% 95,06% 95,01% Octubre 8 de 2012 CALOR REAL 1111,17 1073,18 1060,12 1102,41 1077,44 1058,06 C MIN 17,21 16,55 16,65 16,87 17,24 17,20 CALOR MAXIMO 1166,51 1126,38 1113,69 1156,61 1132,97 1113,53 EFECTIVIDAD INTERCOOLER 95,26% 95,28% 95,19% 95,31% 95,10% 95,02% Octubre 9 de 2012 CALOR REAL 1064,17 1046,62 108,43 1067,79 1089,64 1083,28 C MIN 16,71 16,44 1,66 16,77 17,13 17,15 CALOR MAXIMO 1117,95 1099,51 113,76 1121,75 1144,76 1138,48 EFECTIVIDAD INTERCOOLER 95,19% 95,19% 95,31% 95,19% 95,19% 95,15% Tabla 30. Indicadores energéticos del Intercooler 2 NAN II. 86 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 6.4.3. INTERCOOLER 1 NAN III Octubre 2 de 2012 CALOR REAL 1175,57 1153,45 1202,35 1326,90 1339,82 1191,70 C MIN 12,68 12,52 12,30 14,14 14,28 12,93 CALOR MAXIMO 1207,46 1184,94 1233,11 1362,42 1375,68 1224,24 EFECTIVIDAD INTERCOOLER 97,36% 97,34% 97,51% 97,39% 97,39% 97,34% Octubre 3 de 2012 CALOR REAL 1180,75 1209,59 1219,98 1215,58 1352,95 1311,72 C MIN 12,74 12,17 12,48 12,58 14,17 14,23 CALOR MAXIMO 1212,78 1239,95 1251,19 1247,08 1388,46 1347,54 EFECTIVIDAD INTERCOOLER 97,36% 97,55% 97,51% 97,47% 97,44% 97,34% Octubre 5 de 2012 CALOR REAL 1173,29 1198,54 1206,39 1214,48 932,08 1183,39 C MIN 12,73 12,34 12,42 12,43 12,45 12,54 CALOR MAXIMO 1205,33 1229,39 1237,45 1245,55 964,04 1214,86 EFECTIVIDAD INTERCOOLER 97,34% 97,49% 97,49% 97,51% 96,68% 97,41% Octubre 6 de 2012 CALOR REAL 1168,90 1217,47 1219,21 1202,68 1198,60 1193,89 C MIN 12,56 12,18 12,69 12,38 12,55 12,58 CALOR MAXIMO 1200,48 1247,84 1251,00 1233,65 1230,06 1225,43 EFECTIVIDAD INTERCOOLER 97,37% 97,57% 97,46% 97,49% 97,44% 97,43% Octubre 7 de 2012 CALOR REAL 1177,92 1330,11 1180,11 1147,48 923,05 920,09 C MIN 12,19 13,77 12,22 12,53 12,80 12,76 CALOR MAXIMO 1208,44 1364,57 1210,69 1179,03 956,03 952,96 EFECTIVIDAD INTERCOOLER 97,47% 97,47% 97,47% 97,32% 96,55% 96,55% Octubre 8 de 2012 CALOR REAL 1357,63 1341,68 1225,44 1161,79 1166,08 1162,33 C MIN 14,30 13,73 12,40 12,17 12,58 12,54 CALOR MAXIMO 1393,49 1376,00 1256,40 1192,28 1197,71 1193,86 EFECTIVIDAD INTERCOOLER 97,43% 97,51% 97,54% 97,44% 97,36% 97,36% Octubre 9 de 2012 CALOR REAL 1202,66 1330,90 1213,85 1177,66 1163,06 1159,27 C MIN 12,65 13,62 12,42 12,48 12,40 12,36 CALOR MAXIMO 1234,37 1364,95 1244,90 1208,98 1194,19 1190,30 EFECTIVIDAD INTERCOOLER 97,43% 97,51% 97,51% 97,41% 97,39% 97,39% Tabla 31. Indicadores energéticos del Intercooler 1 de la NAN III 87 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 6.4.4. INTERCOOLER 2 NAN III Octubre 2 de 2012 CALOR REAL 933,83 921,79 926,65 1033,64 1043,70 945,16 C MIN 12,68 12,52 12,30 14,14 14,28 12,93 CALOR MAXIMO 967,94 955,46 959,69 1071,71 1082,14 979,97 EFECTIVIDAD INTERCOOLER 96,48% 96,48% 96,56% 96,45% 96,45% 96,45% Octubre 3 de 2012 CALOR REAL 930,84 916,55 926,33 933,64 1051,27 1040,35 C MIN 12,74 12,17 12,48 12,58 14,17 14,23 CALOR MAXIMO 965,13 949,23 959,89 967,47 1089,36 1078,66 EFECTIVIDAD INTERCOOLER 96,45% 96,56% 96,50% 96,50% 96,50% 96,45% Octubre 5 de 2012 CALOR REAL 930,56 929,01 935,10 922,15 930,59 916,41 C MIN 12,73 12,34 12,42 12,43 12,45 12,54 CALOR MAXIMO 964,83 962,13 968,44 955,56 964,04 950,16 EFECTIVIDAD INTERCOOLER 96,45% 96,56% 96,56% 96,50% 96,53% 96,45% Octubre 6 de 2012 CALOR REAL 927,29 890,24 927,71 904,64 917,35 912,10 C MIN 12,56 12,18 12,69 12,38 12,55 12,58 CALOR MAXIMO 961,08 923,02 961,87 937,96 951,13 945,97 EFECTIVIDAD INTERCOOLER 96,48% 96,45% 96,45% 96,45% 96,45% 96,42% Octubre 7 de 2012 CALOR REAL 891,12 1021,60 899,59 901,67 1171,23 1167,47 C MIN 12,19 13,77 12,22 12,53 12,80 12,76 CALOR MAXIMO 923,94 1058,61 932,45 935,43 1205,00 1201,13 EFECTIVIDAD INTERCOOLER 96,45% 96,50% 96,48% 96,39% 97,20% 97,20% Octubre 8 de 2012 CALOR REAL 1045,16 1018,73 926,89 902,73 933,29 930,30 C MIN 14,30 13,73 12,40 12,17 12,58 12,54 CALOR MAXIMO 1083,65 1055,65 960,21 935,44 967,11 964,00 EFECTIVIDAD INTERCOOLER 96,45% 96,50% 96,53% 96,50% 96,50% 96,50% Tabla 32. Indicadores energéticos del Intercooler 1 de la NAN III 88 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 6.5. ESTUDIO ENERGÉTICO DEL CONDENSADOR DE SUPERFICIE En la siguiente tabla podemos observar el comportamiento del condensador de superficie de la planta NAN III de Abocol. Temp. Vapor Ts (°C) 57,2 Temp. Agua Entrada 28,8 (°C) Salida 39 LMTD (°C) 22,9 TM (°C) 33,9 Flujo másico (kg/s) 250,4 Q (kW) 10584,41 Vw (ft/s) 3,61 CONDENSADOR DE SUPERFICIE Coeficiente de As 307,43 transferencia Ue 1,50 de calor Ud 1,88 Eficiencia NTU 0,55 e 0,42 Tabla 33. Resultados del condensador de superficie de la NAN III. Solo se realizó el estudio de los indicadores energéticos al condensador de superficie de la NAN III porqué en la NAN II no se obtuvieron datos ya que no hay aparatos de medición que nos permitan tener los parámetros de operación. Sin embargo para la NAN III hubo unos parámetros los cuales tuvimos que tomar directamente en la planta con aparatos de medición portátiles, por tal motivo dichos parámetros solo se tomaron a una hora y un día específico. 6.6. TREN DE COMPRESIÓN NAN I MEDICIÓN 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 EFICIENCIA PLANTA 02/10/2012 79,54% 79,70% 76,22% 75,67% 72,66% 74,31% PLANTA 03/10/2012 72,91% 74,53% 77,32% 75,93% 73,34% 72,79% PLANTA 05/10/2012 73,79% 73,77% 76,37% 76,41% 72,86% 73,02% PLANTA 06/10/2012 68,84% 66,76% 68,96% 69,77% 69,63% 67,78% PLANTA 07/10/2012 68,42% 67,72% 70,48% 69,36% 69,83% 69,43% PLANTA 08/10/2012 69,35% 70,08% 71,11% 69,38% 69,20% 69,39% PLANTA 09/10/2012 67,78% 67,81% 70,57% 70,55% 70,69% 69,72% Tabla 34. Eficiencia del Tren de compresión de la NAN I 89 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 6.7. TREN DE COMPRESIÓN NAN II MEDICIÓN 8:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 EFICIENCIA PLANTA 02/10/2012 67,83% 69,10% 70,07% 70,57% 69,75% 70,10% PLANTA 03/10/2012 69,99% 70,05% 69,55% 70,62% 69,35% 66,69% PLANTA 04/10/2012 70,02% 69,96% 68,79% 70,89% 69,34% 69,89% PLANTA 05/10/2012 66,72% 68,40% 68,60% 68,53% 68,15% 68,75% PLANTA 06/10/2012 71,26% 70,06% 69,78% 70,81% 69,73% 70,53% PLANTA 07/10/2012 70,96% 71,11% 70,25% 70,88% 70,08% 70,28% PLANTA 08/10/2012 69,92% 70,04% 15,57% 70,28% 70,41% 70,76% Tabla 35. Eficiencia del Tren de compresión de la NAN I 6.8. TREN DE COMPRESIÓN NAN III MEDICIÓN 8:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 PLANTA 02/10/2012 61,40% 60,79% 59,99% 63,93% 63,50% 61,94% PLANTA 03/10/2012 61,50% 60,02% 61,00% 60,89% 63,09% 63,88% PLANTA 05/10/2012 61,68% 60,08% 59,83% 60,23% 59,42% 60,20% EFICIENCIA PLANTA 06/10/2012 60,24% 60,54% 61,50% 60,27% 60,23% 60,75% PLANTA 07/10/2012 59,35% 63,80% 59,47% 61,48% 61,32% 61,45% PLANTA 08/10/2012 64,44% 62,56% 59,05% 59,36% 60,54% 60,67% PLANTA 09/10/2012 60,46% 62,89% 59,97% 60,96% 59,54% 59,51% Tabla 36. Eficiencia del Tren de compresión de la NAN I 7. ANÁLISIS DE RESULTADOS En la planta de ácido nítrico NAN I, el promedio de la eficiencia del tren de compresión, del expander y del compresor de los 7 días se ven reflejados en la tabla 31. PROMEDIO INDICADOR UNIDAD VALOR NAN I Eficiencia Tren de compresión (%) 71,76 Eficiencia Isentrópica del (%) 86,59 Expander Eficiencia isentrópica del (%) 75,55 compresor Potencia motor MW 1,104 Tabla 37. Promedio de indicadores NAN I 90 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA En la planta de ácido nítrico NAN II, el promedio de la eficiencia del tren de compresión, de la turbina de vapor, del expander y del compresor de los 7 días se ven reflejados en la tabla 32. PROMEDIO INDICADOR UNIDAD VALOR NAN II Eficiencia Tren de compresión (%) 68,44 Eficiencia de la Turbina de vapor (%) 33,14 Eficiencia isentrópica del (%) 96,66 expander Eficiencia isentrópica del (%) 75,40 compresor Consumo específico del vapor Kg/kWh 4,443 Tabla 38. Promedio de indicadores NAN II En la planta de ácido nítrico NAN III, el promedio de la eficiencia del tren de compresión, de la turbina de vapor, del expander y del compresor de los 7 días se ven reflejados en la tabla 33. PROMEDIO INDICADOR UNIDAD VALOR NAN III Eficiencia Tren de compresión (%) 61,04 Eficiencia de la Turbina de vapor (%) 33,41 Eficiencia isentrópica del (%) 96,74 expander Eficiencia isentrópica del (%) 75,90 compresor Consumo específico del vapor Kg/kWh 4,976 Tabla 39. Promedio de indicadores NAN III En la gráfica 4 observamos la eficiencia del tren de compresión de cada día, donde denota que la configuración del Tren de compresión de la NAN I es la más eficiente. 91 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA EFICIENCIA DEL TREN DE COMPRESIÓN 90% 85% 80% 75% NAN 1 70% NAN 2 65% NAN 3 60% 55% 50% DIA 1 DIA 2 DIA 3 DIA 4 DIA 5 DIA 6 DIA 7 Gráfica 4. Comparación de la eficiencia por día del tren de compresión para cada una de las NAN. En la gráfica 5 se muestra la eficiencia de la Turbina de vapor para la NAN II y la NAN III, donde vemos que se encuentra en un rango de 31% a 34%, es decir, no hay una diferencia significativa en cuanto la eficiencia energética. EFICIENCIA TURBINA DE VAPOR 34% 33% 33% 32% NAN 2 32% NAN 3 31% 31% 30% DIA 1 DIA 2 DIA 3 DIA 4 DIA 5 DIA 6 DIA 7 Gráfica 5. Comparación de la eficiencia por día de la Turbina de Vapor para la NAN II y NAN III. 92 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA En la gráfica 6 se evidencia que la eficiencia isentrópica del expander en la NAN II y III es muy similar, en una rango de 96% a 97%; pero difiere en la eficiencia de la NAN I ya que esta entre 86% - 88%. EFICIENCIA ISENTRÓPICA EXPANDER 98% 96% 94% NAN 1 92% NAN 2 90% NAN 3 88% 86% DIA 1 DIA 2 DIA 3 DIA 4 DIA 5 DIA 6 DIA 7 Gráfica 6. Comparación de la eficiencia por día del Expander para las tres NAN. En la gráfica 7 se encuentra las eficiencias de los tres compresores de la NAN I, NAN II y NAN III, y se evidencia que no existe una diferencia significativa entre los tres compresores; estando en una rango de 75% a 76%. EFICIENCIA ISENTRÓPICA DEL COMPRESOR MULTI-ETAPA 76% 76% 76% NAN 1 75% NAN 2 75% NAN 3 75% 75% DIA 1 DIA 2 DIA 3 DIA 4 DIA 5 DIA 6 DIA 7 Gráfica 7. Comparación de la eficiencia por día del Compresor para las tres NAN. 93 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA El histórico por siete días del consumo eléctrico en la NAN I por parte del motor eléctrico se evidencia en la gráfica 8, denotando que el día 6 tuvo un mayor consumo con 1,12 MW. CONSUMO DEL MOTOR ELÉCTRICO 1,13 1,12 1,11 1,1 Potencia KW 1,09 1,08 1,07 1,06 DIA 1 DIA 2 DIA 3 DIA 4 DIA 5 DIA 6 DIA 7 Gráfica 8. Consumo del motor eléctrico por día en la NAN I. Para los Intercoolers 1 y 2 de la NAN I y la NAN II, la eficiencia se encuentra en un rango eficiente de operación, entre 95% - 98%, ver gráfica 9. 94 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA EFICIENCIA DE LOS INTERCOOLERS 98% 98% 97% 97% COOLER 1 NAN 2 96% COOLER 2 NAN 2 96% COOLER 1 NAN 3 95% COOLER 2 NAN 3 95% 94% 94% DIA 1 DIA 2 DIA 3 DIA 4 DIA 5 DIA 6 DIA 7 Gráfica 9. Eficiencia de los Intercoolers en la NAN II y la NAN III. El consumo específico de vapor en la Turbina de vapor para la NAN II y la NAN III, se encuentra en un rango de 4,4 – 5 kg/KWh el cual es muy parecido para ellas. CONSUMO ESPECÍFICO DE VAPOR EN LA TURBINA (kg/kWh) 5,10 5,00 4,90 4,80 4,70 4,60 NAN 2 4,50 NAN 3 4,40 4,30 4,20 4,10 DIA 1 DIA 2 DIA 3 DIA 4 DIA 5 DIA 6 DIA 7 Gráfica 10. Consumo específico de vapor en la turbina por día en la NAN II y NAN III. 95 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA En la evaluación energética realizada, se determinó que antes del cambio del expander en la NAN II la eficiencia estaba aproximadamente en un 96% (NAN 2 with new expander) y después del cambio del expander su eficiencia esta aproximadamente en un 97%. Se concluye que hubo un incremento pero no lo suficientemente significativo como para justificar que la razón del cambio se debía a un incremento en la eficiencia. Ver gráfica 11. OLD EXPANDER VS NEW EXPANDER 97% 97% 97% 97% 96% NAN 2 WITH NEW EXPANDER 96% NAN 2 WITH OLD 96% EXPANDER 96% 96% DIA 1 DIA 2 DIA 3 DIA 4 DIA 5 DIA 6 DIA 7 Gráfica 11. Comparación de la eficiencia isentrópica del New expander y el Old expander. NAN II Se utilizó el consumo específico de energía por unidad de flujo de aire como indicador de desempeño energético en las plantas de ácido nítrico, este se determinó como la relación entre la potencia consumida por la planta y el flujo de aire proporcionado por el compresor. En la planta de ácido nítrico NAN 1 la relación se hizo entre la potencia que consume el compresor por parte del motor eléctrico y el flujo de aire que suministra el compresor, por otra parte, en las plantas de ácido nítrico NAN 2 y NAN 3 la relación se hace entre la potencia que puede proporcionar el vapor que entra a la turbina de vapor y el flujo de aire suministrado por los compresores. A continuación se muestra una gráfica con los resultados de valores promedio de funcionamiento para las tres plantas. Cabe aclarar que en el caso de la NAN 2 se hace una evaluación antes y después del cambio del expander. 96 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA NAN 1 y = -22,35ln(x) + 132,69 R² = 0,8541 73 72,5 72 NAN 1 71,5 71 14,4 14,6 14,8 15 15,2 15,4 15,6 15,8 Producción de aire kg/s Gráfica 12. Consumo específico de energía vs producción de energía en la NAN I. NEW NAN 2 y = -138ln(x) + 559,43 R² = 0,9308 179 177 175 173 171 NEW NAN 2 169 167 15,50 16,00 16,50 17,00 17,50 Producción de aire kg/s Gráfica 13. Consumo específico de energía vs producción de energía en la NAN II después del cambio del expander. 97 Consumo específico de energía Consumo específico de energía KW/kg/s KW/kg/s JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA OLD NAN 2 y = -21,74ln(x) + 228,79 R² = 0,5204 169 168,8 168,6 168,4 168,2 168 167,8 OLD NAN 2 167,6 167,4 167,2 167 15,50 16,00 16,50 17,00 17,50 Producción de aire kg/s Gráfica 14. Consumo específico de energía vs producción de energía en la NAN II antes del cambio del expander. NAN 3 y = -155,2ln(x) + 608,61 R² = 0,9632 217,5 216,5 215,5 214,5 213,5 212,5 NAN 3 211,5 210,5 209,5 12,3 12,4 12,5 12,6 12,7 12,8 12,9 13 13,1 Producción de aire kg/s Gráfica 15. Consumo específico de energía vs producción de energía en la NAN III. 98 Consumo específico de energía Consumo específico de energía KW/kg/s kW/kg/s JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA Al estar los valores de los puntos de las curvas tan cercanos a los valores nominales de operación de las plantas se hace necesario realizar un modelo matemático a través de la regresión no lineal y de esta manera simular una comportamiento del consumo específico de energía por unidad de flujo de aire para diferentes valores de carga (flujo de aire). NAN 1 140 120 100 80 60 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Producción de aire kg/s Gráfica 16. Modelo matemático del consumo específico de energía vs producción de aire NAN I. 99 Consumo específico de energía kW/kg/s JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA OLD NAN 2 250 200 150 100 50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Producción de aire kg/s Gráfica 17. Modelo matemático del consumo específico de energía vs producción de aire NAN II antes del cambio del expander. NEW NAN 2 600 500 400 300 200 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Producción de aire kg/s Gráfica 18. Modelo matemático del consumo específico de energía vs producción de aire NAN II después del cambio del expander. 100 Consumo específico de energía Consumo específico de energía kW/kg/s kW/kg/s JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA NAN 3 700 600 500 400 300 200 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Producción de aire kg/s Gráfica 19. Modelo matemático del consumo específico de energía vs producción de aire NAN III. 101 Consumo específico de energía kW/kg/s JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA CONCLUSIONES  Se determinó, después de evaluar el desempeño de las tres plantas de producción de ácido nítrico (NAN 1, NAN 2 y NAN 3), que el rendimiento energético de los trenes de compresión se encuentra por encima del 60%. Así, de manera individual, el rendimiento promedio de cada una de las plantas es: NAN 1 – 72%, NAN 2 – 68%, NAN 3 – 61%.  De igual manera se determinó, dentro de la evaluación de las plantas, el rendimiento energético de los equipos que conforman los trenes de compresión.  Para los expander de gases calientes el rendimiento energético (eficiencia isentrópica) ésta alrededor del 97% para las plantas de ácido nítrico NAN 2 y NAN 3, y en un 87% para la planta de ácido nítrico NAN 1.  En cuanto a las turbinas de vapor, las cuales solo se encuentran en las plantas de ácido nítrico NAN 2 y NAN 3 el rendimiento energético (eficiencia isentrópica) va desde 31% para la NAN 3 hasta 33% para la NAN 2.  Los compresores de múltiple etapa, quienes son el dispositivo principal en los trenes de compresión, presentaron un rendimiento bastante parecido que oscila alrededor del 76%, esto es, 76%, 75%, 76% para NAN 1, NAN 2 y NAN 3 respectivamente.  Los intercambiadores de calor que se encargan del enfriamiento del aire entre las etapas de compresión (intercoolers) arrojaron una efectividad para transmitir el calor muy similar para todos ellos: NAN 2: Intercooler 1 – 96% e Intercooler 2 – 95%, NAN 3: Intercooler 1, 2 – 97%.  Se comprobó que la planta de ácido nítrico NAN 2 antes del cambio del expander trabajaba con una eficiencia menor al 96% y después del cambio del expander tuvo un rendimiento superior al 97%, el cambio en la eficiencia no es significativo, esto no justifica el cambio del expander en la NAN 2.  La evaluación del consumo específico de energía por unidad de flujo de aire en el tren de compresión de NAN 2 indica que el cambio del expander no generó un impacto significativo en el desempeño de la planta de ácido nítrico NAN 2 y por lo tanto el cambio del expander no puede ser justificado con un aumento en la eficiencia de la NAN 2. 102 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA RECOMENDACIONES Se comprobó que la planta de ácido nítrico NAN 2 antes del cambio del expander trabajaba con una eficiencia menor al 96% y después del cambio del expander tuvo un rendimiento superior al 97%, el cambio en la eficiencia no es significativo, sin embargo es el resultado deseado para soportar y justificar el cambio del expander realizado. Los instrumentos son: medidores de temperatura en la salida de gases del expander de gases calientes en NAN 1 y NAN 3, entre las etapas de los compresores de aire en todas las plantas. Adicional se debe llevar un registro de las temperatura del medio (temperatura ambiente) para conocer con certeza la temperatura del aire a la entrada de los compresores. BIBLIOGRAFIA A. J. Glassman, Turbine Design and Application, NASA SP -290, Washington, DC (1972). D. G. Wilson, The design of high Efficiency Gas Turbines, MIT Press, Cambridge, MA (1984) Widman Richard y Linares Omar, Compresores – Su funcionamiento, Widman International S.R. V. Ya Rizhkin, Centrales Termoeléctricas – Primera parte, Editorial Mir Moscú (1979) YUNUS A. CENGEL, MICHAEL A. BOLES. Termodinámica, sexta Edición. Mc Graw Hill. KERN DONALD Q. “Procesos de Transferencia de Calor”.. CECSA. Compañía editorial continental México 1999. HEAT EXCHANGE INSTITUTE. Standards for steam surface condensers. 2006 CUEVAS V. Gerardo “Análisis de la transferencia de calor en condensadores de superficie de la central de manzanillo”. México 2008. 103 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA ANEXOS NAN I 02/10/2012 ELEMENTO MEDICION 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 UNIDADES ENTREGADA 1,12 1,11 1,14 1,14 1,07 1,08 MW MOTOR POTENCIA CONSUMIDA 1,11 1,11 1,11 1,11 1,11 1,11 MW ENTRADA 105 105 115 115 120 115 Kpa PRESIÓN SALIDA 125 125 125 125 125 125 PSIG ENTRADA 27 31 29 28 25 26 C TEMPERATURA FLUJO AIRE 26213 26153 26079 26227 26034 26142 SCFM ENTRADA 924 926 922 917 927,4 927,5 F EXPANDER TEMPERATURA SALIDA 495 491 503 494 495,2 490,7 F 03/10/2012 ELEMENTO MEDICION 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 UNIDADES ENTREGADA 1,1 1,09 1,13 1,14 1,11 1,12 MW MOTOR POTENCIA CONSUMIDA 1,12 1,12 1,12 1,12 1,12 1,12 MW ENTRADA 120 120 115 115 120 120 KPa PRESIÓN SALIDA 125 125 125 125 125 125 PSIG ENTRADA 27 31 29 28 25 26 C TEMPERATURA SALIDA FLUJO AIRE 26658 26109 26317 26266 26224 26198 SCFM ENTRADA 927 925 915 919 919,1 914 F EXPANDER TEMPERATURA SALIDA 494 500 501 498 495,7 485,4 F 104 COMPRESOR COMPRESOR JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 07/10/2012 ELEMENTO MEDICION 1 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 UNIDADES ENTREGADA 1,1 1,1 1,08 1,08 1,08 1,1 MW MOTOR POTENCIA CONSUMIDA 1,11 1,11 1,11 1,11 1,11 1,11 MW ENTRADA 120 120 120 120 120 120 KPa PRESIÓN SALIDA 125 125 125 125 125 125 PSIG ENTRADA 27 31 29 28 25 26 C TEMPERATURA SALIDA F FLUJO AIRE 26106 26175 26182 26200 26155 26042 SCFM ENTRADA 907 910 907 908 908 911 F EXPANDER TEMPERATURA SALIDA 485 482 499 491 495 498 F 08/10/2012 ELEMENTO MEDICION 1 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 UNIDADES ENTREGADA 1,08 1,1 1,08 1,08 1,07 1,08 MW MOTOR POTENCIA CONSUMIDA 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 MW ENTRADA 120 120 120 120 120 120 KPa PRESIÓN SALIDA 125 125 125 125 125 125 PSIG ENTRADA 27 31 29 28 25 26 C TEMPERATURA SALIDA F FLUJO AIRE 26010 26129 26099 25974 26330 25868 SCFM ENTRADA 909 913 904 905 909 909 F EXPANDER TEMPERATURA SALIDA 493 505 501 489 489 494 F 105 COMPRESOR COMPRESOR JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 09/10/2012 ELEMENTO MEDICION 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 UNIDADES ENTREGADA 1,13 1,1 1,13 1,12 1,13 1,1 MW MOTOR POTENCIA CONSUMIDA 1,12 1,12 1,12 1,12 1,12 1,12 MW ENTRADA 120 120 120 120 120 120 KPa PRESIÓN SALIDA 125 125 125 125 125 125 PSIG ENTRADA 27 31 29 28 25 26 C TEMPERATURA SALIDA F FLUJO AIRE 26120 25995 26155 26187 26258 26048 SCFM ENTRADA 913,9 926 901,7 904 899,8 907,1 F EXPANDER TEMPERATURA SALIDA 490,7 501,3 500 501 498,3 496,1 F 106 COMPRESOR JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA NAN II 02/10/2012 ELEMENTO MEDICION 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 UNIDADES ENTRADA 252 252 255 255 252 252 PSIG PRESIÓN SALIDA 27 27 27 27 27 27 "HG (VACIO) TURBINA A VAPOR ENTRADA 498 495 489 491 490 491 F TEMPERATURA SALIDA 104 104 105 104 104 104 F FLUJO VAPOR 26500 26248 26550 26575 26580 26468 LB/H ENTRADA 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 PSIA PRESIÓN SALIDA 109 108,5 108 109 109 109 PSIG ENTRADA 27 31 29 28 25 26 C TEMPERATURA SALIDA 400 400,7 401 400 400 400 F FLUJO AIRE 30100 29375 30050 30448 30128 30115 SCFM ENTRADA 1095 1082 1075 1075 1076 1075 F EXPANDER TEMPERATURA SALIDA 595 595 600 600 600 600 F IN AIRE 214 225 225 225 225 225 F INTERCOOLER 1 TEMPERATURA OUT AIRE 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 F IN AIRE 208 211 211 209 208 208 F INTERCOOLER 2 TEMPERATURA OUT AIRE 95,4 95,4 95,4 95,4 95,4 95,4 F ENTRADA 270 269 268 270 270 270 PSIG PRESION ENTRADA 30,8 30,7 30,6 30,8 30,8 30,8 Mpa CALDERA ENT. GASES 230 230 230 230 230 230 F TEMPERATURA ENT. GASES 110 110 110 110 110 110 C 107 COMPRESOR JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 03/10/2012 ELEMENTO MEDICION 1 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 UNIDADES ENTRADA 252 252 260 260 260 255 PSIG PRESIÓN SALIDA 27 27 27 27 27 27 "HG (VACIO) TURBINA A VAPOR ENTRADA 492 493 492,6 494 495 490 F TEMPERATURA SALIDA 104 105 106 105 105 105 F FLUJO VAPOR 26530 26501 26183 26500 26753 28472 LB/H ENTRADA 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 PSIA PRESIÓN SALIDA 109 108 107,4 108,9 109 109 PSIG ENTRADA 27 31 29 28 25 26 C TEMPERATURA SALIDA 401 401 401,8 401 401 402 F FLUJO AIRE 30000 29950 29737 30400 30550 29724 SCFM ENTRADA 1076 1078 1078 1074 1072 1079 F EXPANDER TEMPERATURA SALIDA 600 600 600 600 590 590 F IN AIRE 220 224 222,9 217,9 225 225 F INTERCOOLER 1 TEMPERATURA OUT AIRE 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 F IN AIRE 210 212 212 211 207 207 F INTERCOOLER 2 TEMPERATURA OUT AIRE 95,4 95,4 95,4 95,4 95,4 95,4 F ENTRADA 270 270 269,5 269,5 270 271 PSIG PRESION ENTRADA 30,8 30,8 30,8 30,8 30,8 30,9 Mpa CALDERA ENT. GASES 230 230 230 230 230 230 F TEMPERATURA ENT. GASES 110 110 110 110 110 110 C 108 COMPRESOR JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 06/10/2012 ELEMENTO MEDICION 1 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 UNIDADES ENTRADA 252 252 252 255 260 255 PSIG PRESIÓN SALIDA 27 27 27 27 27 27 "HG (VACIO) TURBINA A VAPOR ENTRADA 498 496 496 496 496 494 F TEMPERATURA SALIDA 104 106 104 105 104 104 F FLUJO VAPOR 25890 25890 25830 26370 26421 26470 LB/H ENTRADA 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 PSIA PRESIÓN SALIDA 109 107 108 108 109 109 PSIG COMPRESOR ENTRADA 27 31 29 28 25 26 C TEMPERATURA SALIDA 400 402 402 402 402 401 F FLUJO AIRE 28150 28150 28150 28400 28504 28800 SCFM ENTRADA 1095 1080 1078 1074 1072 1071 F EXPANDER TEMPERATURA SALIDA 595 600 600 600 595 595 F IN AIRE 214 225 225 219 218 213 F INTERCOOLER 1 TEMPERATURA OUT AIRE 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 F IN AIRE 208 213 212 210 210 207 F INTERCOOLER 2 TEMPERATURA OUT AIRE 95,4 95,4 95,4 95,4 95,4 95,4 F ENTRADA 269 269 272 272 272 271 PSIG PRESION ENTRADA 30,7 30,7 31,0 31,0 31,0 30,9 Mpa CALDERA ENT. GASES 230 230 230 230 230 230 F TEMPERATURA ENT. GASES 110 110 110 110 110 110 C 109 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 07/10/2012 ELEMENTO MEDICION 1 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 UNIDADES ENTRADA 254 255 260 260 255 255 PSIG PRESIÓN SALIDA 27 27 27 27 27 27 "HG (VACIO) TURBINA A VAPOR ENTRADA 493 495 492,3 495,6 491 490 F TEMPERATURA SALIDA 104 102 103 103 104 104 F FLUJO VAPOR 26401 26534 26404 26786 26522 26541 LB/H ENTRADA 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 PSIA PRESIÓN SALIDA 108 106 108,6 109,5 109 110 PSIG COMPRESOR ENTRADA 27 31 29 28 25 26 C TEMPERATURA SALIDA 402 400 401,5 401,8 401 400 F FLUJO AIRE 31810 31740 30090 30505 30550 30640 SCFM ENTRADA 1075 1080 1075 1066 1071 1070 F EXPANDER TEMPERATURA SALIDA 600 600 595 595 590 590 F IN AIRE 218 218 220,2 214,4 212 211 F INTERCOOLER 1 TEMPERATURA OUT AIRE 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 F IN AIRE 209 210 210,9 208,4 207 206 F INTERCOOLER 2 TEMPERATURA OUT AIRE 95,4 95,4 95,4 95,4 95,4 95,4 F ENTRADA 270 271 271,7 269,1 270 270 PSIG PRESION ENTRADA 30,8 30,9 31,0 30,7 30,8 30,8 Mpa CALDERA ENT. GASES 230 230 230 230 230 230 F TEMPERATURA ENT. GASES 110 110 110 110 110 110 C 110 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 08/10/2012 ELEMENTO MEDICION 1 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 UNIDADES ENTRADA 255 255 252 252 260 258 PSIG PRESIÓN SALIDA 27 27 27 27 27 27 "HG (VACIO) TURBINA A VAPOR ENTRADA 494,7 495 488 486 486,4 493,2 F TEMPERATURA SALIDA 104 106 106 106 105 105 F FLUJO VAPOR 26350 26342 26680 26659 26641 26685 LB/H ENTRADA 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 PSIA PRESIÓN SALIDA 107,6 108 108 109 109,6 109,7 PSIG COMPRESOR ENTRADA 27 31 29 28 25 26 C TEMPERATURA SALIDA 402 402 402 403 401,1 400,9 F FLUJO AIRE 30810 30017 30000 30300 30662 30700 SCFM ENTRADA 1072 1074 1073 1073 1071 1072 F EXPANDER TEMPERATURA SALIDA 605 605 600 600 590 592 F IN AIRE 214 225 225 225 225 225 F INTERCOOLER 1 TEMPERATURA OUT AIRE 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 F IN AIRE 211,6 212,1 210 213 207,9 206,1 F INTERCOOLER 2 TEMPERATURA OUT AIRE 95,4 95,4 95,4 95,4 95,4 95,4 F ENTRADA 268,5 269 272 272 270,1 270 PSIG PRESION ENTRADA 30,6 30,7 31,0 31,0 30,8 30,8 Mpa CALDERA ENT. GASES 230 230 230 230 230 230 F TEMPERATURA ENT. GASES 110 110 110 110 110 110 C 111 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 09/10/2012 ELEMENTO MEDICION 1 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 UNIDADES ENTRADA 256 257 252 252 260 260 PSIG PRESIÓN SALIDA 27 27 27 27 27 27 "HG (VACIO) TURBINA A VAPOR ENTRADA 494 497 497 494 485,9 485,5 F TEMPERATURA SALIDA 102 102 103 104 104 103 F FLUJO VAPOR 26207 26645 26203 26936 26334 26950 LB/H ENTRADA 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 PSIA PRESIÓN SALIDA 107,8 107,8 107,3 109,8 109,9 110 PSIG COMPRESOR ENTRADA 27 31 29 28 25 26 C TEMPERATURA SALIDA 401 402 402 403 404,1 404 F FLUJO AIRE 29920 29812 2990 30119 30466 30600 SCFM ENTRADA 1075 1074 1075 1075 1074 1071 F EXPANDER TEMPERATURA SALIDA 605 605 600 600 595 600 F IN AIRE 214 225 225 225 225 225 F INTERCOOLER 1 TEMPERATURA OUT AIRE 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 F IN AIRE 210 210 213 210 209,9 209,1 F INTERCOOLER 2 TEMPERATURA OUT AIRE 95,4 95,4 95,4 95,4 95,4 95,4 F ENTRADA 271 272 270 272 273 272,4 PSIG PRESION ENTRADA 30,9 31,0 30,8 31,0 31,1 31,1 Mpa CALDERA ENT. GASES 230 230 230 230 230 230 F TEMPERATURA ENT. GASES 110 110 110 110 110 110 C 112 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA NAN III 02/10/2012 ELEMENTO MEDICION 1 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 UNIDADES ENTRADA 220,0 217,0 219,0 218,0 218,0 218,0 PSIG PRESIÓN SALIDA 2,9 2,9 2,9 2,9 2,9 2,9 PSIA TURBINA A VAPOR ENTRADA 532,0 532,0 537,0 532,0 532,0 540,0 F TEMPERATURA SALIDA 134,0 134,0 133,0 133,0 133,0 132,7 F FLUJO VAPOR 28040 28342 28088 28800 28800 28205 LB/H ENTRADA 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 PSIA PRESIÓN SALIDA 96,2 95,0 95,1 96,3 96,3 97,2 PSIG COMPRESOR ENTRADA 27 31 29 28 25 26 C TEMPERATURA SALIDA 343,0 348,0 346,0 342,0 342,0 342,0 F FLUJO AIRE 22700,0 22701,0 22169,0 25400,0 25400,0 23076,0 SCFM ENTRADA 1026,0 1030,0 1029,0 1026,0 1026,0 1024,0 F EXPANDER TEMPERATURA SALIDA 590,0 590,0 590,0 590,0 590,0 590,0 F IN AIRE 261,0 260,0 270,0 263,0 263,0 260,0 F INTERCOOLER I TEMPERATURA OUT AIRE 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 F IN AIRE 227,0 227,0 230,0 226,0 226,0 226,0 F INTERCOOLER II TEMPERATURA OUT AIRE 94,5 94,5 94,5 94,5 94,5 94,5 F ENTRADA 230,0 223,0 224,0 224,0 224,0 224,0 PSIG PRESION ENTRADA 26,5 25,7 25,8 25,8 25,8 25,8 Mpa CALDERA ENT. GASES 320,0 320,0 320,0 320,0 320,0 320,0 F TEMPERATURA ENT. GASES 160,0 160,0 160,0 160,0 160,0 160,0 C 113 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 03/10/2012 ELEMENTO MEDICION 1 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 UNIDADES ENTRADA 219,0 219,0 217,0 217,0 218,0 219,0 PSIG PRESIÓN SALIDA 2,9 2,9 2,9 2,9 2,9 2,9 PSIA TURBINA A VAPOR ENTRADA 535,0 538,0 538,0 538,0 537,0 536,0 F TEMPERATURA SALIDA 133,0 136,0 134,0 134,0 135,0 134,0 F FLUJO VAPOR 28500,0 28410,0 28084,0 28100,0 28800,0 28930,0 LB/H ENTRADA 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 PSIA PRESIÓN SALIDA 97,1 95,0 95,4 95,2 95,6 96,8 PSIG COMPRESOR ENTRADA 27 31 29 28 25 26 C TEMPERATURA SALIDA 342,0 346,0 344,0 344,0 345,0 344,0 F FLUJO AIRE 22800,0 22071,0 22494,0 22598,0 25200,0 25400,0 SCFM ENTRADA 1024,0 1030,0 1025,0 1025,0 1026,0 1025,0 F EXPANDER TEMPERATURA SALIDA 590,0 590,0 590,0 590,0 590,0 590,0 F IN AIRE 261,0 273,0 270,0 268,0 266,0 260,0 F INTERCOOLER I TEMPERATURA OUT AIRE 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 F IN AIRE 226,0 230,0 228,0 228,0 228,0 226,0 F INTERCOOLER II TEMPERATURA OUT AIRE 94,5 94,5 94,5 94,5 94,5 94,5 F CALDERA 224,0 221,0 224,0 224,0 220,0 220,0 PSIG PRESION CALDERA 25,8 25,5 25,8 25,8 25,4 25,4 Mpa CALDERA GASES 320,0 320,0 320,0 320,0 320,0 320,0 F TEMPERATURA GASES 160,0 160,0 160,0 160,0 160,0 160,0 C 114 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 05/10/2012 ELEMENTO MEDICION 1 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 UNIDADES ENTRADA 217,0 220,0 220,0 218,0 216,0 216,0 PSIG PRESIÓN SALIDA 2,9 2,9 2,9 2,9 2,9 2,9 PSIA TURBINA A VAPOR ENTRADA 538,0 537,0 537,0 536,0 538,0 534,0 F TEMPERATURA SALIDA 133,1 136,0 136,0 138,0 135,0 138,0 F FLUJO VAPOR 27800,0 28414,0 28414,0 28412,0 28336,0 28914,0 LB/H ENTRADA 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 PSIA PRESIÓN SALIDA 96,2 94,2 94,2 94,3 94,8 95,0 PSIG COMPRESOR ENTRADA 27 31 29 28 25 26 C TEMPERATURA SALIDA 342,0 346,0 346,0 343,0 345,0 342,0 F FLUJO AIRE 22793,0 22371,0 22371,0 22320,0 22141,0 22374,0 SCFM ENTRADA 1025,0 1029,0 1029,0 1026,0 1028,0 1023,0 F EXPANDER TEMPERATURA SALIDA 590,0 590,0 590,0 590,0 590,0 590,0 F IN AIRE 260,0 269,0 269,0 270,0 229,0 264,0 F INTERCOOLER I TEMPERATURA OUT AIRE 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 F IN AIRE 226,0 230,0 230,0 228,0 229,0 226,0 F INTERCOOLER II TEMPERATURA OUT AIRE 94,5 94,5 94,5 94,5 94,5 94,5 F CALDERA 222,0 222,0 222,0 223,0 221,0 220,0 PSIG PRESION CALDERA 25,6 25,6 25,6 25,7 25,5 25,4 Mpa CALDERA GASES 320,0 320,0 320,0 320,0 320,0 320,0 F TEMPERATURA GASES 160,0 160,0 160,0 160,0 160,0 160,0 C 115 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 06/10/2012 ELEMENTO MEDICION 1 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 UNIDADES ENTRADA 219,0 219,0 217,0 217,0 217,6 218,0 PSIG PRESIÓN SALIDA 2,9 2,9 2,9 2,9 2,9 2,9 PSIA TURBINA A VAPOR ENTRADA 537,0 538,0 541,0 531,0 539,0 538,0 F TEMPERATURA SALIDA 134,0 134,0 133,0 134,0 134,3 135,0 F FLUJO VAPOR 28662,0 28203,0 28143,0 28270,0 28017,0 28231,0 LB/H ENTRADA 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 PSIA PRESIÓN SALIDA 95,6 95,0 95,3 94,8 95,0 95,1 PSIG COMPRESOR ENTRADA 27 31 29 28 25 26 C TEMPERATURA SALIDA 342,0 342,0 341,0 342,0 342,0 340,0 F FLUJO AIRE 22490,0 22091,0 22871,0 22230,0 22325,0 22440,0 SCFM ENTRADA 1025,0 1023,0 1021,0 1024,0 1024,0 1020,0 F EXPANDER TEMPERATURA SALIDA 590,0 590,0 590,0 590,0 590,0 590,0 F IN AIRE 261,6 274,0 267,0 269,0 266,0 265,0 F INTERCOOLER I TEMPERATURA OUT AIRE 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 F IN AIRE 227,3 226,0 226,0 226,0 226,0 225,0 F INTERCOOLER II TEMPERATURA OUT AIRE 94,5 94,5 94,5 94,5 94,5 94,5 F CALDERA 221,0 222,0 222,0 222,0 223,0 221,0 PSIG PRESION CALDERA 25,5 25,6 25,6 25,6 25,7 25,5 Mpa CALDERA GASES 320,0 320,0 320,0 320,0 320,0 320,0 F TEMPERATURA GASES 160,0 160,0 160,0 160,0 160,0 160,0 C 116 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 07/10/2012 ELEMENTO MEDICION 1 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 UNIDADES ENTRADA 218,0 217,8 219,0 216,0 217,0 217,0 PSIG PRESIÓN SALIDA 2,9 2,9 2,9 2,9 2,9 2,9 PSIA TURBINA A VAPOR ENTRADA 536,0 540,0 542,0 542,0 540,0 540,0 F TEMPERATURA SALIDA 134,0 134,5 135,0 133,0 133,0 133,0 F FLUJO VAPOR 28410,0 27972,0 28320,0 28050,0 28135,0 28135,0 LB/H ENTRADA 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 PSIA PRESIÓN SALIDA 94,9 94,8 94,6 95,8 96,2 96,2 PSIG COMPRESOR ENTRADA 27 31 29 28 25 26 C TEMPERATURA SALIDA 342,0 343,0 343,0 339,0 340,0 340,0 F FLUJO AIRE 21827,0 24970,0 22010,0 22500,0 22774,0 22774,0 SCFM ENTRADA 1025,0 1028,0 1029,0 1018,0 1021,0 1021,0 F EXPANDER TEMPERATURA SALIDA 590,0 590,0 590,0 590,0 590,0 590,0 F IN AIRE 268,0 268,0 268,0 259,0 224,0 224,0 F INTERCOOLER I TEMPERATURA OUT AIRE 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 F IN AIRE 226,0 228,0 227,0 224,0 259,0 259,0 F INTERCOOLER II TEMPERATURA OUT AIRE 94,5 94,5 94,5 94,5 94,5 94,5 F CALDERA 225,0 221,0 223,0 223,0 225,0 225,0 PSIG PRESION CALDERA 25,9 25,5 25,7 25,7 25,9 25,9 Mpa CALDERA GASES 320,0 320,0 320,0 320,0 320,0 320,0 F TEMPERATURA GASES 160,0 160,0 160,0 160,0 160,0 160,0 C 117 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 08/10/2012 ELEMENTO MEDICION 1 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 UNIDADES ENTRADA 218,0 220,0 220,0 218,0 218,0 218,0 PSIG PRESIÓN SALIDA 2,9 2,9 2,9 2,9 2,9 2,9 PSIA TURBINA A VAPOR ENTRADA 536,0 537,0 536,0 539,0 533,0 533,0 F TEMPERATURA SALIDA 130,0 130,0 130,0 135,0 134,0 134,0 F FLUJO VAPOR 28100,0 28700,0 28270,0 27900,0 28195,0 28195,0 LB/H ENTRADA 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 PSIA PRESIÓN SALIDA 97,0 95,0 94,0 94,2 95,6 95,6 PSIG COMPRESOR ENTRADA 27 31 29 28 25 26 C TEMPERATURA SALIDA 343,0 346,0 344,0 343,0 341,0 341,0 F FLUJO AIRE 25600,0 24900,0 22340,0 21850,0 22372,0 22372,0 SCFM ENTRADA 1028,0 1028,0 1030,0 1030,0 1023,0 1023,0 F EXPANDER TEMPERATURA SALIDA 590,0 590,0 590,0 590,0 590,0 590,0 F IN AIRE 265,0 270,0 272,0 266,0 261,0 261,0 F INTERCOOLER I TEMPERATURA OUT AIRE 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 F IN AIRE 226,0 228,0 229,0 228,0 228,0 228,0 F INTERCOOLER II TEMPERATURA OUT AIRE 94,5 94,5 94,5 94,5 94,5 94,5 F CALDERA 220,0 220,0 222,0 224,0 222,0 224,0 PSIG PRESION CALDERA 25,4 25,4 25,6 25,8 25,6 25,8 Mpa CALDERA GASES 320,0 320,0 320,0 320,0 320,0 320,0 F TEMPERATURA GASES 160,0 160,0 160,0 160,0 160,0 160,0 C 118 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 09/10/2012 ELEMENTO MEDICION 1 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 UNIDADES ENTRADA 219,0 220,0 217,0 215,0 217,0 216,6 PSIG PRESIÓN SALIDA 2,9 2,9 2,9 2,9 2,9 2,9 PSIA TURBINA A VAPOR ENTRADA 542,0 539,0 540,0 540,0 533,0 537,0 F TEMPERATURA SALIDA 134,6 136,0 135,0 133,0 134,0 132,0 F FLUJO VAPOR 28001,0 28150,0 28071,0 27970,0 28127,0 28143,0 LB/H ENTRADA 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 PSIA PRESIÓN SALIDA 95,0 94,0 94,0 95,0 94,5 95,0 PSIG COMPRESOR ENTRADA 27 31 29 28 25 26 C TEMPERATURA SALIDA 342,0 343,0 340,0 340,0 341,0 341,0 F FLUJO AIRE 22638,0 24700,0 22381,0 22410,0 22049,0 22048,0 SCFM ENTRADA 1029,0 1030,0 1029,0 1020,0 1025,0 1026,0 F EXPANDER TEMPERATURA SALIDA 590,0 590,0 590,0 590,0 590,0 590,0 F IN AIRE 265,3 270,0 270,0 264,0 263,0 263,0 F INTERCOOLER I TEMPERATURA OUT AIRE 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 F IN AIRE 227,3 229,0 228,0 225,0 226,0 226,0 F INTERCOOLER II TEMPERATURA OUT AIRE 94,5 94,5 94,5 94,5 94,5 94,5 F ENTRADA 224,0 222,0 221,0 225,0 224,0 223,0 PSIG PRESION ENTRADA 25,8 25,6 25,5 25,9 25,8 25,7 Mpa CALDERA ENT. GASES 320,0 320,0 320,0 320,0 320,0 320,0 F TEMPERATURA ENT. GASES 160,0 160,0 160,0 160,0 160,0 160,0 C 119 JORGE ARROYO, LAURA MANCILLA TESIS DE GRADO .UTB. CARTAGENA 120