Lurrunaren bidezko Potentzia Zikloak Egilea:Iñaki Gómez Arriaran

Edukia: Birberotzedun zikloa Potentzia-zikloak Ziklo birsortzailea Motor Termikoa Carnot-en zikloa Carnot-en etekina Lurrunaren bidezko potentzia-zikloak Carnot-en zikloa lurrunarekin Rankine-ren zikloa Lurrun-turbina Rankine-ren ziklo erreala Rankine-ren etekinaren hobekuntza Birberotzedun zikloa Ziklo birsortzailea Ziklo konbinatua Kogenerazioa

Potentzia-zikloak Etengabeko eraldakuntza: energia termikoa lan mekanikoa T 1 = 2 wnetoa (+) s

Motor Termikoa:  = W  Q1 <1 Potentzia-ziklo bat burutzeko elkar konektatzen diren sistema irekien taldea gune beroa  = W  Q1 <1 Q1 Etekin termikoa: W Q2 gune hotza

Carnot-en zikloa Potentzia-ziklo itzulgarrien erreferentzia 2 prozesu isotermiko itzulgarri (4-1 eta 2-3) 2 prozesu adiabatiko itzulgarri (1-2 eta 3-4) TFB 4 1 4 T P TFB 1 3 3 2 TFH TFH 2 s v

Carnot-en etekina = w q1 = 1 – l q2 l  q1 <1 q1 =TFB (s1 - s4) Edozein potentzia-ziklorentzat: = w q1 = 1 – l q2 l  q1 <1 s 1 2 T 3 4 TFB TFH Carnot-en zikloarentzat: q1 =TFB (s1 - s4) l q2 l=TFH (s2 - s3) C = w  q1 = 1 – l q2 l  q1 = 1 – TFH (s2 - s3)  TFB (s1 - s4)= 1 - TFH  TFB  < C <1

Carnot-en etekina Carnot-en etekina = f (TFB y TFH) Etekin teoriko maximoa gune berdinen artean jarduten duen edozein ziklo itzulgarrik etekin maximoaz jardungo du C = 1 - TFH  TFB  hobetzeko irizpide < C <1

Lurrun bidezko potentzia-zikloak Lan-fluidoak fasez aldatzen badu  lurrun bidezko potentzia-zikloa Fluidoa hautatzeko irizpideak: Segurtasuna Mantentzea Ekonomia Baldintza fisikokimikoak Ura

Carnot-en zikloa lurrunarekin bero-trukatze prozesu isotermikoa, lurrun hezearen aldean bakarrik bideragarria Q1 4 1 lurrunketa T T = kte ; P = kte 4 1 TFB TFH Q2 2 3 T = kte ; P = kte 3 2 kondentsazioa s

Lurrun bidezko Carnot-en zikloaren eragozpenak 4-1 prozesua: Tenperatura maximoa mugatzea 1-2 prozesua: Turbinaren irteerako titulu baxuegia 3-4 prozesua: Lurrun hezearen konprimatze-arazoak Carnot-en zikloa ez da praktikan bideragarria, ez da eredu erreala Rankine-ren zikloa

Rankine zikloa Bero-jasotze prozesu isobarikoa  errazago gauzatzeko Lurruna gainberotu bere Tkritikoa gainetik : Zikloaren Tmax  turbinaren irteerako lurrun hezearen titulua  Lurruna guztiz kondentsatu  ponpa erabili konpresorea ordez s T 1 4 1 Rankine Carnot 4 3 3 2 2

Lurrun-turbina wT q1 q2 wP Rankine-ren zikloa lurrun-turbina motako motorean egiten da: 1 wT Turbina q1 Lurrun-sorgailua 2 kondentsadorea T q2 4 Ponpa 1 3 4 wP 3 2 s

Zikloaren energia-analisia T 1 Turbina adiabatikoa: wT = h1 – h2 Ponpa adiabatikoa: | wP | = h4 – h3 Sustantzia konprimaezina: | wP | = 1/ ( P4 – P3 ) Lurrun-sorgailua: q1 =h1 – h4 Kondentsadorea: | q2 | =h2 – h3 4 3 2 s = w q1 = (wT – l wP l) / q1 = [ (h1 – h2) – (h4 – h3) ] / (h1 - h4 )

Rankine-ren zikloa Mollier-en diagraman 1 wT q1 2 1 h q2 4 wT 3 q1 wP 4 2 q2 wP 3 s

Ziklo erreala Itzulezintasun nagusienak turbinan eta ponpan (marruskadura)  entropia sortzea Konduktuetan, lurrun-sorgailuan eta kondentsadorean zeharreko karga-galerak  ura presio handiago batean ponpatuz gainditzen dira Ponpan kabitazioa ekiditeko  likidoa azpihoztu Lurrun-lerroaren itzulezintasunak Lurrun-sorgailuko karga-galera h 5 1 Turbinaren itzulezintasunak Ponparen itzulezintasuna 4 2 kondentsadoreko karga-galera 3 Azpihozketa s

Rankine-ren ziklo erreala Sinplifikatzeko (zehaztazuna galdu gabe)  turbina eta ponparen itzulezintasunak soilik aintzat hartu: Turbinaren barne-etekina: sT = (h1 - h2) / (h1 – h2´) Ponparen barne-etekina: sP = (h4´ - h3) / (h4 – h3) s 2´ h 3 4´ 1 2 4 4´ 3 4

Etekinaren hobekuntza C = 1 – TFF / TFC etekina hobetzeko: Bero-jasotzearen prozesuaren batezbesteko tenperatura handitu Bero-askatzearen prozesuaren batezbesteko tenperatura jaitsi Horretarako: Kondentsazio-presioa jaitsi Gainberotze-tenperatura handitu Galdarako presioa handitu

Kondentsazio-presioa jaitsi Baldin Pkondentsadorea   gune hotzeranzko bero-askatzearen prozesuaren Tbatezbesteko     T 1 c b a 4 3 2 Pmin = Psat. ura s Limitea: Pkond. > Psat. (hozketa-uraren temperaturan) (15 ºC - 30 ºC) + 10 ºC  Pkond.= 0,03 bar - 0,10 bar Eragozpena: turbinaren irteerako titulua jeisten da

Gainberotze-tenperatura handitu Gainberotzea  T1   gune berotik bero-jasotzearen prozesuaren Tbatezbestekoa     Tmax = Tmateriala = 590 ºC T 1 a 4 3 b 2 s Limitea T1< Tmateriala: 540 ºC  590 ºC (altzairu herdoilgaitz ferritikoak)

Galdarako presioa handitu Baldin Pgaldara   gune berotik bero-jasotze prozesuaren Tbatezbestekoa     s 1 2 T 3 4 T 1 a Tmax 4 3 2 b s Limitea: Pmax. tutueriak eta ekonomia  180 bar (ziklo superkritikoak: Pgaldara > Pkritikoa ) Eragozpena: turbinaren irteerako titulua jeisten da  konponbidea: Birberotzea

Rankine-en zikloa birberotzearekin Pgaldara handiekin lan egin ahal izateko, turbinaren irteerako titulua jaitsi gabe T 1 3 T1 = T3 1 2 Lurrin sorgailua TAP TBP 6 2 5 4 4 Birberogailua 3 4 s kondentsadorea 3 h 1 T1 = T3 6 Ponpa 5 2 6 4 5 s

Birberotze-presioa Pbirberotzea aukeratzeko irizpidea  maximoa  Pbirberotzea = (1/3  1/4) P1 Birberotze kopurua  1 (birberotze berri bakoitzak etekin baino kostu gehiago dakar) Marruskadura-galerak Bero-galerak Instalazioaren kostua Hobekuntza eskasa  presioa altuak erabiltzerakoan titulu baxuak ekiditeko egiten da soilik

Birberoketadun zikloaren energia analisia Turbina adiabatikoa: wTPA + wTPB = (h1 – h2) + (h3 – h4) Ponpa adiabatikoa: | wP | = h6 – h5 = 1/ ( P6 – P5 ) Lurrun-sorgailua: q1 = (h1 – h6) + (h3 – h2) kondentsadorea: | q2 | =h4 – h5 3 h 1 2 6 4 5 = w q1 = (wT – l wB l) / q1 = = [ (h1 – h2) + (h3 – h4) – (h6 – h5) ] / [ (h1 - h6 ) + (h3 – h2) ] s

Ziklo birsortzailea Aurreberotzea : Galdara elikatzen duen uraren T  Tgainberotzea  P galdara  Bero-jasotze prozesuaren Tbatezbestekoa handitzeko: mugatuta T 1 Thorniketa-ura 4 3 2 s Aurreberotzea : Galdara elikatzen duen uraren T  Thorniketa-ura  denez  ziklo bereko beste prozesu exotermiko batean askaturiko beroaz baliatu horniketa-ura aurreberotzeko  birsortzea

Birsortze ideala Etekin handiena  birsorketa itzulgarria denean: Bero-trukagailu ideala 1 T 5 1 Birsorgailua 2 2 3=4 4 5 s 3 Ziklo hau ez da bideragarria: turbinan zeharreko bero-trukagailua diseinatzea zaila turbinaren irteerako titulua baxuegia

Birberotzea aurreberogailuekin Praktikan  turbinatik erauzketak eginez ur-aurreberogailuak elikatzeko: Aurreberogailua itxiak Aurreberogailu irekiak 1 kg 1 8 2 11 Aurreberogailu itxia 4 3 6 Aurreberogailu irekia ( 1 -x1 - x2 ) kg x1 kg x2 kg 12 9 7 5 10 ( 1 -x1 ) kg x1 kg

Aurreberogailuak erabiltzearen abantailak turbinaren azken etapatan lurrun-gastu baxuagoa : turbinaren potentzia maximoa  alabeen altuera uniformeagoa galdaran tenperatura-jauzi txikiagoa  hodien tentsio termikoa baxuagoa Aurreberogailuen bitartez degasifikazioa eta lurrun galerak birjarri

Aurreberogailu irekiak edo nahasketa-aurreberogailuak 1 1 1 kg 7 x kg 2 1 kg 6 (1-x) kg 5 3 Aureberogailu irekia 2 x kg 3 4 s (1-x) kg h 1 BAP 6 5 BBP 2 7 4 7 3 6 54 4 s

Gainazal-aurreberogailua kondentsatze-ponparekin 1 T 1 kg 1 1 kg 7 2 x kg 3 9 x kg 2 (1-x) kg 8 6 (1-x) kg (1-x) kg 8 5 9 5 3 4 7 6 4 s x kg h 1 Erauzketa-lurruna 2 x Horniketa-ura Ponpa nagusia 7 1-x 9 3 8 1-x 6 5 x 4 s Kondentsatu-ponpa

Gainazal-aurreberogailua lurrun-tranparekin Erauzketa-lurruna T x 1 Horniketa-ura 1 kg 1-x 1-x x kg 2 8 4 x kg x 7 (1-x) kg Lurrun-tranpa 1 kg 5 3 6 1 s 1 kg 1 h 3 2 (1-x) kg 2 x kg 8 7 3 8 7 4 5 4 6 5 6 s

Zentral konbentzionala Zentral termiko konbentzionala  79 aurreberogailu (1 irekia ) Irekia presio atmosferikoa baino handiagoko puntuan kokaturik  gasak ateratzeko Bestelako funtzioak: Desgasifikatzea Lurrun-galerak birjarri : eliminación del aire y gases no condensables disueltos en el agua, cuyo oxigeno libre captado por el agua origina corrosión en conductos de vapor

Ziklo konbinatua η = ( w GT + wLT ) / ( q EG + q Err.G ) wLT wGT K LT Erregaia Ihes gasak EG. wGT wLT K GT LT Erregaia Errekuperazio galdara Airea Ihesako gasen T  Gehiegizko aire  errekari gisa errekuperazio galdaran Lurruna sortu lurrun zikloan erabiltzeko

Etekinak Ziklo sinplea  η = 35 - 38 % Birberotzerekin  η = 38 - 42 % Birberotzearekin eta birsorketarekin  η = 42 - 48 % Ziko konbinatua  η = 55 - 60 %

Lurrun hezearen konpresioa Lurrun hezearen konpresio isentropikoa (3-4 prozesua) ez da bideragarria: Nahaste bifasikoa konprimitzeko, konpresorearen diseinu konplikatua da Konprimitze-lana  T 4 3 s

Titulu baxuegia Lurrun ase lehorraren zabalkuntza isentropikoa ( 1-2)  irteerako titulua baxuegia: ηST  alabeen higadura (likido-tanten talkak) T 1 2 x2 min> 0,88 x2  s

Zikloaren Tmax-ren muga Tmax = Tkritikoa = 374 ºC T 4 1 TFH s Tmax< TK H2O (374 ºC ) max < 1 – TFH / (374+273)

irizpide fisikokimikoak Likastasuna  Ez solidifikatu

Mantentze-irizpideak Lubrikanteekiko nahastezina Kimikoki geldoa Korrosiorik ez

Ekonomia irizpideak Merkea Eskuragarria Lurrintze bero sor handia guneen tenperaturei dagozkien asetasun-presio onargarriak

Ziurtasun-irizpideak Ez toxikoa Lehergaitza Suhartezina Narritagaitza