UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA
FACULTAD DE INGENIERIA
E.P. INGENIERIA EN ENERGIA
Practica 5: Central Geotérmica
Se tiene una central geotérmica de ciclo binario, con los siguientes datos. El fluido de trabajo de
esta central es isobutano. Considerar:
𝜂𝐺 = 0.97, 𝜂𝑇 = 0.88, 𝜂𝑚𝑒𝑐. = 0.87 𝜂𝑏 = 0.9 𝑝𝑖𝑛𝑐ℎ 𝑝𝑜𝑖𝑛𝑡 [3 − 7]°𝐶 Temperatura del agua
de enfriamiento 22°C y flujo másico 70kg/s, la perdida de presión en el condensador 0.5 bar,
potencia eléctrica 𝑊𝑒 = 4.5𝑀𝑊
4
G
a
T
E
5
b
3
y
PC
C
c
x
1
2
Fluido geotérmico
Fluido de trabajo
Fluido de enfriamiento
Punto N°
1
hi
Pi
si
Ti (°C)
40
xi
0
2
21,77
3
21,77
0
4
21,77
1
5
5,31
a
b
7,7
c
x
y
150
0
0
Metodología de calculo
a) En la bomba de condensado
En el punto 1
Debido a que se conoce la presión (P1=P5=5,3 bar) y temperatura (T1=40°C) (antes de la
bomba de condensado)
En el punto 2
se conoce la presión (P2=P3=P4=21,7bar) e idealmente la entropía del fluido antes y después
de la bomba son iguales (s1=s2i)
Luego de ello pasamos a corregir la entalpía considerando la eficiencia adiabática de la
bomba (𝑛𝑏=90%)
𝒉𝟐 = 𝒉𝟏 +
𝒉𝟐𝒊 − 𝒉𝟏
𝜼𝒃
b) En el precalentador
La calidad del isobutano en el punto 3 (después del precalentador) es igual a 0 (x3=0) y la
presión es igual a la presión de salida de la bomba (P2=P3=21,77 bar).
c) En el vaporizador
Acá es donde ocurre el cambio de estado del isobutano (x4=1) y la presión es igual a la
presión del precalentador (P3=P4=21,77bar). Conociendo esto ya se pueden hallar los demás
parámetros:
d) En la turbina
Idealmente la entropía antes y después de la turbina son iguales
(𝑺𝟒=𝑺𝟓𝒊) y junto con la presión después de la turbina (P5=5,3 bar)
e) Flujo de masa del isobutano
𝑚̇𝐹𝑇 =
𝑊̇𝑒
𝑊𝑇 − 𝑊𝑏
Para continuar con el análisis es necesario hallar la temperatura b (Tb) que la obtenemos
utilizando la temperatura pinch point:
Tb= T3+ ΔTpp
flujo del fluido geotérmico:
𝒎̇𝑭𝑮 =
𝒎̇𝑭𝑻(𝒉𝟒 − 𝒉𝟑 )
𝒄𝑭𝑮(𝑻𝒂 − 𝑻𝒃 )
f) En el condensador
Se conoce la presión de entrada del agua de enfriamiento (Px=1 bar) y la temperatura 22°C
Existe una pérdida de presión del agua refrigerante en el condensador la cual no es muy alta
(ΔPx-y= 0,5bar)
Py= Px- ΔPx-y
Mediante la siguiente ecuación se calcula la entalpía a la salida del condensador:
𝒎̇ 𝑨𝑬(𝒉𝒀 − 𝒉𝑿)=𝒎̇ 𝑭𝑻(𝒉𝟓 − 𝒉𝟏)
g) Parámetros de entrada al evaporador (fluido geotérmico)
Se tienen los parámetros de temperatura de entrada al evaporador (Ta=150°C) y presión de
entrada (Pa=7,7 bar).
h) Parámetros de salida del evaporador o entrada al precalentador (fluido geotérmico)
La temperatura en el punto b (Tb) se halla usando la temperatura pinch point de 5°C y
(xb=0)
i) Parámetros de salida del precalentador (fluido geotérmico)
temperatura a la salida del precalentador (Tc).
=
𝑻𝒂 − 𝑻𝒄 𝒉𝟒 − 𝒉𝟐
=
𝑻𝒂 − 𝑻𝒃 𝒉𝟒 − 𝒉𝟑
Otra manera de corroborar la temperatura en el punto c (Tc) es utilizando la siguiente
fórmula y se verifica que no hay una variación representativa.
𝒎̇𝑭𝑮. 𝒄𝑭𝑮(𝑻𝒃 − 𝑻𝒄 ) = 𝒎̇𝑭𝑻(𝒉𝒃 − 𝒉𝟐 )
Potencia de la bomba de condensado
𝑾̇𝒃 = 𝒎𝑭𝑻.
𝒉𝟐 − 𝒉𝟏
𝜼𝒃
Potencia de la turbina
𝑾̇𝑻 = 𝒎𝑭𝑻. 𝜼𝑻 (𝒉𝟒 − 𝒉𝟓 )
Calor transferido al fluido de trabajo
𝑸̇ 𝑭𝑻=𝒎𝑭𝑻(𝒉𝟒 − 𝒉𝟐)
Calor rechazado al agua de enfriamiento
𝑸𝑨𝑬̇
Eficiencia térmica del ciclo
=𝒎𝑭𝑻(𝒉𝟓 − 𝒉𝟏)