Tecnologa Energtica, Ingeniera Industrial Febrero 2008 1 (5
puntos) En una industria agroalimentaria existe una instalacin de
bombeo y otra de calentamiento de agua funcionando de forma
continua. Los parmetros de la instalacin de bombeo son: Hg= 150m;
Q=0,5 m3/s; c=0,90; b=0,85; me=0,95. La instalacin de calentamiento
de agua funciona con gas natural (PCI =38020 kJ/m3N; PCS=1,1PCI;
=0,773 kg/m3; c=0,73; h=0,22; Nc=1), la caldera posee un
rendimiento del 92% calentando un flujo de 3kg/s de agua, entre 30
y 50C que recircula continuamente. La temperatura ambiental media
es de 20C. Determine:
a) potencia geomtrica y elctrica de la instalacin de bombeo (kW)
b) potencia calorfica til y potencia exergtica til de calentamiento
de agua (kW). NOTA: cp_agua = 4,18 kJ/kgK c) potencia calorfica del
combustible (kW), exerga (kW), y consumo de combustible (m3N/h)
La demanda elctrica se satisfar ahora con un sistema elico de 6
aerogeneradores (velocidad media del viento: 8m/s, rendimientos del
generador elctrico y mecnico: 100%; densidad media del aire: 1,293
kg/m3). En cuanto a la demanda trmica, sta se proporcionar con una
instalacin solar de colectores planos (Irradiacin media = 0,5
kW/m2; rendimiento colectores: 50%; horas de sol diarias: 10;
temperatura foco: 6000K) utilizando para ello un acumulador trmico
para el aporte continuo (incluso sin sol). Calcule:
d) Dimetro de cada aerogenerador (m) e) Superficie colectora
(m2) f) Potencia exergtica del viento (kW) g) Potencia exergtica
solar media (kW)
Estudio exergoeconmico de ambas soluciones. Los costes de
amortizacin y mantenimiento son de 8,3 /h en la instalacin de
bombeo, con un coste de compra de energa elctrica de 0,06/kWh. En
la instalacin de calentamiento de agua, ste ser de 0,4 /h, con un
coste de compra de 0,033 /kWhPCS del gas natural. Con las
instalaciones de aprovechamiento posteriores, estos costes se
mantienen. El coste de O&M en la instalacin elica ser de 0,02
/kWh generado, y en la solar de 1/h. Determine: h) coste
exergoeconmico unitario de bombeo en la instalacin convencional
(/kWh);
i) coste exergoeconmico unitario de calentamiento en la
instalacin convencional (/kWh); j) para los datos obtenidos,
determine el coste mximo de la inversin necesaria en ambas
instalaciones alternativas, que haga que los costes unitarios sean
iguales, para una vida til de 15 aos en ambas (no se consideran
intereses, inflacin, ni aumento en coste de combustible anuales).
Presentar la inversin mxima en cada caso (), la inversin por equipo
aerogenerador (/equipo) y la inversin por unidad de superficie
solar (/m2)
2 (2,5 puntos). Los tringulos de velocidades a la altura media
del labe, correspondientes a un escalonamiento de una turbina
axial, trabajando en condiciones de diseo, quedan definidos as:
Velocidad absoluta de entrada al rotor c1 = 500 m/s Velocidad
absoluta de salida del rotor c2 = 220 m/s Velocidad relativa de
entrada al rotor w1 = 235 m/s Velocidad relativa de salida del
rotor w2 = 400 m/s Velocidad perifrica u = 330 m/s P00 = 12 bar;
T00 = 500 K; c0=200 m/s TODAS las entalpas se calculan segn la ley:
h = cp T (T en Kelvin, cp = 1000 J/kg y =1,4) Determine:
a) Velocidad axial a la entrada y a la salida del rotor, y los
ngulos que forman las distintas velocidades con la perifrica. b)
Trabajo especfico desarrollado por el escalonamiento c) Tipo de
escalonamiento y grado de reaccin d) Entalpas h10, h20, h1, h2,
h10R, h20R e) Rendimiento total a total si p20 = 1,6585 bar
3 (2,5 puntos). En un sistema de generacin elctrica de origen
termosolar, se trabaja con un receptor central en la parte superior
de una torre. Un nmero muy elevado de helistatos proporcionan un
flujo calorfico concentrado en dicho receptor de 80.000 W/m2. La
superficie externa es opaca y difusa, con una absortividad
espectral = 0,9 para =< 3m, y = 0,2 para > 3m. Esta pared se
expone al medio exterior, con ho = 25W/m2K, T,o=300K, con el que
intercambia calor por conveccin y radiacin. La superficie interior
se expone a un fluido con T,i = 700 K (valor medio), hi = 1000
W/m2K, intercambiando calor por conveccin. La pared se fabrica con
un material de conductividad k = 15 W/mK. Determine:
a) El espesor de la pared L, para que la temperatura en la
superficie exterior no exceda de 1000 K. b) Eficiencia de la
coleccin, como relacin entre el flujo calorfico recibido por el
fluido interior y la radiacin incidente en
el receptor central.
