Termodinamica Act 6

Enunciado:

Cervecería ACME decide emplear cogeneración de energía, aprovechando que va a implementar en su planta una caldera que genera vapor a alta presión, un turbogenerador para suministrar parte de la energía eléctrica y un turbocompresor de aire para el aire comprimido que requiere en algunos procesos.

El proceso proyectado por el Ingeniero encargado es el siguiente:

La caldera de la planta es alimentada con agua proveniente de un desaireador, la alimentación del desaireador consiste en la mezcla de una corriente de agua fresca y una corriente de condensados. La operación de desaireación involucra un porcentaje de pérdida o merma que debe representarse en el diagrama.

La corriente de condensados es alimentada mediante una bomba centrifuga, la mezcla de agua que proviene del desaireador y que va hacía la caldera es alimentada mediante una segunda bomba centrifuga.

Un porcentaje del vapor de alta generado en la caldera se envía a un turbocompresor, el turbocompresor comprime un refrigerante para hacer un ciclo de Carnot a través de dos intercambiadores de la siguiente forma: el refrigerante comprimido ingresa al primer intercambiador para ser enfriado y licuado, luego ingresa al segundo intercambiador en el que se encarga de enfriar y licuar una corriente de gas carbónico que proviene de un fermentador, finalmente, el refrigerante retorna al turbocompresor.

Del turbocompresor sale condensado, que se recoge en un tanque de condensados. El resto del vapor producido por la caldera (como vapor de alta) ingresa a un turbogenerador que genera parte de la energía de 440 voltios que se requiere en la planta.

DESARROLLO DEL PROBLEMA:

IDENTIFICACION SISTEMA TERMODINAMICO:

Fluido protagonista del equipo es el agua por lo tanto el sistema termodinámico es el agua en estado líquido.

ANÁLISIS DEL PROCESO:

El agua sufre un cambio de fase al ingresar a la caldera para producir vapor, allí hay un paso lento y gradual de un estado líquido hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer la tensión superficial. El vapor se genera en la caldera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido en este caso el agua, originalmente en estado líquido, se calienta y cambia su fase a vapor saturado esto es se eleva a altas temperaturas un set de intercambiadores de calor, en la cual se produce un cambio de fase. El agua proveniente del desaireador donde la corrientes de agua de alimentación fresca y de condensados proveniente de bombas centrifugas, es calentada, para que al entrar a la caldera no sea necesaria tanta energía para llegar a una temperatura de utilización, este equipo de desaireacion genera uno o varias etapas de equilibrio al poner en contacto una solución saturada de O2 y una corriente de vapor puro.

Un porcentaje del vapor de alta generado en la caldera se envía a un turbocompresor, según el comportamiento operativo del turbcompresor se define normalmente mediante planos que reflejan la relación existente entre la relación de presiones y el volumen; en el trurbocompresor durante el paso del agua a través de una turbina de gas el primero le entrega energía a la segunda, y durante este proceso el vapor se expande y disminuye su temperatura, donde se produce un ciclo de Carnot a través de dos intercambiadores, este ciclo se produce cuando un equipo que trabaja absorbiendo una cantidad de calor Q1 de la fuente de alta temperatura, cede un calor Q2 a la de baja temperatura produciendo un trabajo sobre el exterior. En los intercambiadores hay transferencia

...