>	restart;#"m17_p40"

La turbina de un buque metanero de 138 000 m3 de carga, tiene un rendimiento isentrópico del 85% y está alimentada con vapor a 6 MPa y 510 ºC, generando 28 MW de potencia neta. Se pide:
a) Hacer un esquema de la instalación y estimar las condiciones de salida del vapor.
b) Estimar el flujo de vapor circulante.
c) Estimar el consumo de combustible de poder calorífico 50 MJ/kg, y el rendimiento energético.
Datos:

>	read"../therm_eq.m":read"../therm_proc.m":with(therm_proc):

>	su1:="H2O":dat:=[p3=6e6*Pa_,T3=(510+273)*K_,eta=0.85,P=28e6*W_,PC=50e6*J_/kg_];

>	dat:=gamma=1.33,op(dat),get_gas_data(su1),get_liq_data(su1),Const,SI2,SI1:get_pv_data(su1):

a) Hacer un esquema de la instalación y estimar las condiciones de salida del vapor.

Hay que expandir todo lo posible el vapor en la turbina, pero luego hay que condensarlo con agua de mar, así que la salida será a la mínima presión obtenible en el condensador, que condensará un poco por encima de la temperatura ambiente. Supondremos T4=15 ºC aunque en la práctica se diseña para T4=35..40 ºC. A presiones tan bajas, el vapor suele condensar ya un poco en la misma turbina, por lo que saldrá sobresaturado (húmedo), con una fracción másica de vapor que se determina con p3, T3, p4 y el rendimiento isentrópico, bien con un diagrama de Mollier, o bien con s3=(1-x4s)*s4L+x4s*s4V.

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p4=p[v](T4);T4_:=subs(dat,T0);p4_:=subs(dat,evalf(pv(T4_)));wet_vap(subs(dat,T3),subs(dat,p3),p4_);eqeta:=eta=(h3-h4)/(h3-h4s);h3_:=subs(dat,T=T3,dat,hv(T));h4_:=subs(dat,h3_-eta*(h3_-h4s_));x4:=(h4-h4l)/(h4v-h4l);h4l_:=subs(dat,T=T4_,dat,hl(T));h4v_:=subs(dat,T=T4_,dat,hv(T));x4_:=(h4_-h4l_)/(h4v_-h4l_);

i.e., el vapor saldría a 15 ºC, 1,7 kPa, con una fracción másica de vapor del 87% (y un 13% en masa de gotitas formando una neblina).

b) Estimar el flujo de vapor circulante.

Para que genere esa potencia, despreciando el consumo de bombeo, será:

>	eqBE:=P=mw*(h3-h4);mw_:=subs(dat,P/(h3_-h4_));

i.e., han de circular unos 22 kg/s de agua.

c) Estimar el consumo de combustible de poder calorífico 50 MJ/kg, y el rendimiento energético.

>	eqBE:=Q=mw*(h3-h2);h2_:=h4l_;Q_:=subs(dat,mw_*(h3_-h2_));eqBE:=Q=mf*PC;mf_:=subs(dat,Q_/PC);

i.e., se necesitan 1,5 kg/s de combustible, que se toma de la carga de gas natural para aprovechar la inevitable evaporación del líquido criogénico (LNG).

Si repetimos con una temperatura de condensación típica de 35 ºC se obtiene:

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T4_:=(35+273)*K_;p4=p[v](T4);p4_:=subs(dat,evalf(pv(T4_)));wet_vap(subs(dat,T3),subs(dat,p3),p4_);eqeta:=eta=(h3-h4)/(h3-h4s);h3_:=subs(dat,T=T3,dat,hv(T));h4_:=subs(dat,h3_-eta*(h3_-h4s_));x4:=(h4-h4l)/(h4v-h4l);h4l_:=subs(dat,T=T4_,dat,hl(T));h4v_:=subs(dat,T=T4_,dat,hv(T));x4_:=(h4_-h4l_)/(h4v_-h4l_);eqBE:=P=mw*(h3-h4);mw_:=subs(dat,P/(h3_-h4_));eqBE:=Q=mw*(h3-h2);h2_:=h4l_;Q_:=subs(dat,mw_*(h3_-h2_));eqBE:=Q=mf*PC;mf_:=subs(dat,Q_/PC);

Como se ve, a este nivel de detalle, no hay grandes cambios: circularían 24 kg/s en vez de 22 kg/s, consumiendo 1,6 kg/s en vez de 1,5 kg/s.

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