Ciclos de Generación de Potencia en Excel
General
Taller:
Ciclos de Generación de Potencia en Excel
José Luis López Cervantes y Arturo Antonio Garcia Figueroa
Agosto de 2020
Objetivo del Taller
Aplicar la primera y segunda ley de la termodinámica en el cálculo de la eficiencia de ciclos de generación de potencia empleando hojas de cálculo.
Duración: 27 horas
Días: Lunes, Miércoles y Viernes
Semanas: 5
Horario: 12:00 a 14:00
Canal de youtube
Taller Ciclos de Generación de Potencia
Programa
1.-Termodinámica de los ciclos
2.- Comentarios introductorios sobre excel
6.-Ciclos de generación de potencia con vapor de agua
1.-Termodinámica de los ciclos
Variables presión y temperatura
Medición de la presión y temperatura
Análisis del ciclo de Carnot. Eficiencia
En la presentación se discuten la definición y medición de las varibles temperatura, presión y se demuestra la eficiencia termodinámica del ciclo de Carnot como la máxima eficiencia de un ciclo para generar potencia. La presentación la puede descargar en los siguientes enlaces:
Descargar presentación parte I en PDF
Descargar presentación parte II en PDF
Documentos de Referencia
Thasok Chang, Inventing Temperature: Measurement and Scientific Progress, Descargar PDF
Sadi Carnot, Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrrollar esta potencia, Descargar PDF
2.- Comentarios introductorios sobre Excel
Referencias absolutas y relativas
Código de colores
Funciones y subrutinas
Ciclos for, while, do
Condicionales
En la primera parte se aborda el código de colores para identificar cuando una celda contiene un valor que corresponde a una propiedad del fluido, o cuando es un estimado inicial, dato o un corresponde a un cálculo. Se aplicará el concepto de referencia absoluto y referencia relativa. Se resolverán ecuaciones y sistemas de ecuaciones no lineales mediante las herramientas Solver y referencia circular.
Descargar hoja de cálculo de la primera parte I
En la segunda parte se discuten el uso de funciones y rutinas programadas en VBA (o macros) para realizar cálculos iterativos mediante el ciclo for y while.
Descargar hoja de cálculo de la segunda parte II
Programación de la capacidad calorífica.
Programación de las integrales de la capacidad calorífica.
En esta sección se desarrolla el cálculo de una propieadad I mediante sumatorias
El código la función Mezcla (propiedad I) lo puede descargar en formato .txt para que lo pueda abrir y copiar en el modulo.En el siguiente enlace puede descargar los códigos que hemos programado hasta el momento.
En el siguiente video se explica la ventaja de asignar a un matriz los valores de un objeto Rango. Para mostrar la eficiencia del codigo las operaciones son sometidas a un ciclo while para repetirlas tantas veces como el usuario lo indique. En la función Mezcla en cada iteración usa el objeto Rango, mientras que en la función Mezcla2 primero se transfiere los valores del objeto Rango a una matriz. La velocidad de ejecución aumenta y el consumo de memoria disminuye en el función Mezcla2.
La siguiente sección esta dedica a la programación de los métodos de la secante y posición falsa para resolver ecuaciones no lineales, que se usarán el cálculo de la flama adiabática. En el siguiente video se intenta explicar el fundamento de método de la posición falsa:
En el siguiente video se muestra la programación de método posición falsa para solución de ecuaciones no lineales. En la función PosFal se programa el método de solución que llama la función pública fu que es donde se ecuentra programado la ecuación no lineal que se desea resolver. En el siguiente video se muestra la programación de método de la secante para la solución de ecuaciones no lineales. Se programa la función secanteHojas de cálculo resueltas
Descargar hoja de cálculo de la primera parte I resuelta
Descargar hoja de cálculo de la primera parte II resuelta
Documentos de Referencia
W. G. Filby y G. Filby, Spreadsheets in Science and Engineering, Descargar PDF
Walter Mora F. y José Luis Espinoza B., Programación Visual Basic (VBA) para Excel y Análisis Numérico, Descargar PDF
B. Poling, J. M. Prausnitz y J. O' Connell, The Properties of Gases and Liquids, Descargar PDF
3.- Tablas de Vapor
Diagrama de fases unarios
Tipos de fluido
Funciones X-Steam
En esta parte se discuten los diagrama de fase de un solo componente (agua) y la determinación del tipo de fluido (vapor-líquido saturado, vapor sobre calentado y liquido comprimido). Se explica el uso de las funciones X-steam para el cálculo de propiedades.
La presentación se muestra los diagramas de fase unarios P-T, P-h y P-s. Se muestra como usar los diagramas de fase para identificar el tipo de fluido. La presentación la puede descargar en el siguiente enlace:
En el siguiente video se describe de forma general los ciclos combinados de generación de potencia.
A continuación se aborda una descripción de los diagrama de un sólo componente.
En el siguiente video se muestra como usar los diagramas de fase P-T, P-v, P-h o P-s para identificar el tipo de fluido.
El siguiente video muestra como leer la tabla de vapor sobrecalentado
En la hoja de cálculo se muestra el uso de la función x-Steam para calcular las propiedades del agua como vapor-líquido saturado, vapor sobre calentado o líquido comprimido.
Hoja de cálculo resuelta
Descargar hoja de cálculo resuelta
Documentos y Enlaces de Referencia
W. Wagner y H. J. Kretzchmar, International Steam Tables, Descargar PDF
NIST (National Institute of Standards and Technology), Propiedades termofísicas de sistemas fluidos, Ver página
4.- Combustión y calderas
En la siguiente presentación se desarrollan las ecuaciones básicas de balance de materia y energía para el cálculo de la temperatura de flama adiabática y la carga térmica máxima.
En la hoja de cálculo se aplica el balance de materia y energía en la reacción de combustión de un combustible tipo "gas natural". En esta hoja de cálculo se aplica el concepto de capacidad calorífica media que se discutio en la sección Comentarios introductorios sobre excel.
Descargar hoja de cálculo Parte 1
El siguiente video se muesta la solución de la hoja de cálculo Parte 1
Programa Temperatura de Flama Adibática
Mezclador
En la siguiente hoja de cálculo se muestra como programar el mezclador de aire y combustible.
Descargar hoja de cálculo Parte 2
El siguiente video muestra la programación del mezclador de aire y combustible.Quemador
Primera parte de la programación de la temperatura de flama adiabática, descripción del algoritmo:
Segunda parte de la programación de la temperatura de flama adiabática:
Tercera parte de la programación de la temperatura de flama adiabática:
Última parte de la programación de la temperatura de flama adiabática, aplicación de la función Quemador:
El siguiente enlace contiene una página donde es posible calcular de varios combustibles, pero no en mezclas. En esta misma página se pueden consultar otros materiales donde se exponen el cálculo de la temperatura de flama adiabátia entre otros temas .
Descargar hoja de cálculo Temperatura de flama adiabática
Calentador (Economizador)
Para determinar la entalpía de la mezcla de gases con la ecuación de estado virial. El economizador determina la temperatura a la salida conocida la carga térmica
Video donde se aplica la función del Economizador:
Descargar hoja de cálculo del calentador
Caldera
Descargar hoja de cálculo del equipo completo
Hoja de cálculo resuelta
Descargar hoja de cálculo resuelta Parte 1
Descargar hoja de cálculo resuelta Parte 2
Descargar hoja de cálculo resuelta Temperatura de flama adiabática
Descargar hoja de cálculo resuelta del calentador
Descargar hoja de cálculo resuelta del equipo completo
Documentos de Referencia
Thierry Poinsot y Denis Veynante, Theoretical & Numerical Combustion, Descargar PDF
Kumar Rayaprolu Boilers for power and process, Descargar PDF
5.-Turbinas y bombas
Turbina
En el siguiente video se muestra como determinar la potencia de una turbina isoentrópica.
En el siguiente video se muestra como determinar la potencia de una turbina con una eficiencia de 80%.
Descargar hoja de cálculo de la turbina
Bomba
Video parte 1
Video parte 2
Válvula
Hoja de cálculo resuelta
Descargar hoja de cálculo resuelta de la turbina, la bomba y la válvula
Documentos de Referencia
6.-Ciclos de generación de potencia con vapor de agua
Ciclo de Carnot
Ciclo de Rankine
Ciclo de Rankine Sobrecalentado
Ciclo de Rankine Sobrecalentado y Recalentado
Ciclo de Rankine Sobrecalentado y Regeneración
Descargar hoja de cálculo de los ciclos
Hoja de cálculo resuelta
Descargar hoja de cálculo resuelta de los ciclos
Documentos de Referencia
M. David Burghardt, Ingeniería termodinámica, Serie de textos de ingeniería, Harla,984. Capítulo 11, página 204-40
M. J. Moran y H. N. Shapiro, Fundamentals of engineering thermodynamics , Wiley, 2006. Capítulo 9, página 373.
7.-Turbinas de Gas
Turbina de Gas
Descargar hoja de cálculo de los ciclos
Hoja de cálculo resuelta
Descargar hoja de cálculo resuelta de los ciclos
Documentos de Referencia
M. J. Moran y H. N. Shapiro, Fundamentals of engineering thermodynamics , Wiley, 2006. Capítulo 9, página 373.
M. David Burghardt, Ingeniería termodinámica, Serie de textos de ingeniería, Harla,984. Capítulo 17, página 393
8.-Carta de humedad y torre de enfriamiento
Calentador y deshumidificador
Torre de enfriamiento
Descargar hoja de cálculo de los Carta Humedad
Documentos de Referencia
M. J. Moran y H. N. Shapiro, Fundamentals of engineering thermodynamics , Wiley, 2006. Capítulo 12, página 558.
M. David Burghardt, Ingeniería termodinámica, Serie de textos de ingeniería, Harla,984. Capítulo 13, página 269
9.-Ciclos combinados
Descargar hoja de cálculo de los ciclos combinados
Hoja de cálculo resuelta
Descargar hoja de cálculo de los ciclos combinados
Documentos de Referencia
M. J. Moran y H. N. Shapiro, Fundamentals of engineering thermodynamics , Wiley, 2006.
M. David Burghardt, Ingeniería termodinámica, Serie de textos de ingeniería, Harla,984.
S Kjelstrup, D Bedeaux, E Johannessen, J Gross, Non-equilibrium Thermodynamics for Engineers, 2010.
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