INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y

ELÉCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO

“PROYECTO: Modelación y Simulación de

una Planta de Potencia de Vapor Ideal”

O P C I O N C U R R I C U L A R

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO MECÁNICO

P R E S E N T A N

Corona Barajas Erin

Melo

Gómez

Alessandro

Tapia

Orozco

Abib

ASESOR:

Ing.- Javier García Linares

ÍNDICE.

Nomenclatura ... 3

Descripción del trabajo a desarrollar... 4

Objetivos ... 4 Objetivo general. ... 4 Objetivos particulares. ... 4 Objetivos específicos. ... 5 Justificación. ... 6 Alcances. ... 6 Capitulo I: ... 7 Introducción ... 7 1.1 Modelación y Simulación. ... 7 1.2 Modelado Matemático. ... 10 1.3 VISUAL Basic 6.0 ... 15 1.3.1 Requerimientos ... 15

1.3.2 Sistemas o sistema cliente servidor... 16

1.3.3 Fases del diseño de un sistema cliente- servidor ... 17

Capitulo II:... 19

Antecedentes... 19

2.1. Turbina de vapor. ... 20

2.1.1. Funcionamiento de la turbina de vapor... 21

2.2. Turbinas de gas. ... 21

2.3. Ciclo de Carnot. ... 21

2.3.1. Desventajas prácticas del Ciclo Carnot... 22

2.4. Ciclo Rankine. ... 23

2.4.1. Ciclo Rankine Normal y Elementos Constitutivos. ... 24

2.4.2. Ventajas del ciclo Rankine... 25

2.4.3. Desventajas del ciclo Rankine. ... 25

2.4.4. Campos de Aplicación del ciclo Rankine. ... 25

2.5 Análisis del problema. ... 26

2.8. Estudio Económico. ... 38

2.8.1. Costos de Producción. ... 39

2.8.2. Esquemas de costos... 39

CAPITULO III: Desarrollo... 41

3.1. Descripción del software Rankine... 41

3.1.1 Interfaz “Inicio”... 41

3.1.2 Interfaz “Unidades” ... 42

3.1.3 Interfaz “Datos de entrada del problema” ... 43

3.1.4 Interfaz “Resultados”... 44

3.2 Funcionamiento del software... 45

3.3 Manual de usuario del software. ... 46

3.4 Análisis de resultados ... 49

3.5 Conclusiones... 50

3.6 Recomendaciones... 51

ANEXOS ... 53

ANEXO A Tablas ... 55

Tabla 2 Propiedades de saturación en función de la presión... 55

Tabla 3 Tabla de vapor sobrecalentado y líquido comprimido ... 64

ANEXO B Interpolación de propiedades tabuladas ... 71

ANEXO C Calidad del vapor ... 72

ANEXO D Ecuaciones... 74

Calores:... 74

Trabajos... 74

Rendimento Térmico, Potencia y Consumo especifico: ... 74

Calidad del vapor ... 75

LIBROS. ... 76

INDICE DE FIGURAS

Figura.- 1.-Ejemplo de modelos comunes ... 7

Figura.- 2.- Modelo matemático de un sistema y sus componentes. ... 11

Figura.- 3.-Central de generación de potencia eléctrica ... 11

Figura.- 4.-Central de generación de potencia eléctrica, con la planta de potencia desglosada ... 12

Figura.- 5.-Central de potencia ... 13

Figura.- 6.-Ciclo de Carnot ... 22

Figura.- 7.- Propiedades termodinámicas del agua en un diagrama T-S ... 23

Figura.- 8.- Elementos constitutivos del ciclo Rankine ... 24

Figura.- 9.-Diagrama Temperatura – Entropía, ... 31

Figura.- 10.-Primer punto localizado sobre la isobara correspondiente a la presión de la caldera.... 32

Figura.- 11.-Segundo punto, trazado en base al primer punto obtenido ... 32

Figura.- 12.-Tercer punto, trazado en base a la isobara de la grafica mostrada en la figura10 ... 33

Figura.- 13.-Cuarto punto trazado en base al tercer punto... 33

Figura.- 14.- Quinto punto, trazado en base al cuarto punto... 34

Figura.- 15.-Sexto punto, del ciclo Rankine ... 34

Figura.- 16.- Trazo final del ciclo Rankine... 35

Figura.- 17.-CicloRankine trazado sobre el diagrama T-S ... 36

Figura.- 18.- Interfaz Inicio... 42

Figura.- 19.- Interfaz Unidades... 43

Figura.- 20.- Interfaz datos de entrada del problema ... 44

Figura.- 21.-Interfaz Resultados ... 45

INDICE DE TABLAS

Titulo del proyecto:

“Modelación y Simulación de una Planta de

Potencia de Vapor Ideal”.

Nomenclatura

hl = Entalpía específica de líquido saturado. KJoule/ Kg.

hg = Entalpía específica de vapor saturado. KJoule/ Kg.

hlg = Diferencia que existe de entalpías hl - hg. KJoule/ Kg.

sl = Entropía específica de líquido saturado. KJoule/ Kg oC

sg = Entropía específica de vapor saturado. KJoule/ Kg oC

slg = Diferencia que existe entre las entropías sl - sg. KJoule/ Kg oC

vl = Volumen específico de líquido saturado. m

3 /Kg vg = Volumen específico de vapor saturado. m3/Kg

QS .- Calor suministrado. KJoule/ Kg

QP.- Calor perdido. KJoule/ Kg

rC.- Relación de compresión. n.- Revoluciones por minuto.

TA = Temperatura ambiente oC

CP = Calor específico a presión constante KJoule/Kg oC CV = Calor específico a volumen constante KJoule/Kg

o C K = Exponente adiabático

Descripción del trabajo a desarrollar.

Este trabajo está encaminado a la especialidad del área de térmicas referente a la ingeniería mecánica. El trabajo consiste en el desarrollo de un software que permita a los estudiantes de está ingeniería la solución de problemas relacionados con el ciclo Ranking. Para que puedan comparar los resultados del programa con los resultados que ellos obtienen resolviendo el problema de forma tradicional.

Esto en base a que desarrollar este proyecto significaría un paso en el avance de la educación en el Instituto Politécnico Nacional, por que en este mundo globalizado la educación tiende a perfeccionarse basada en el área tecnológica (desarrollo de software); y el instituto carece de experiencia en ello.

Objetivos

Objetivo general

.

“Modelar las ecuaciones matemáticas que definan el comportamiento de un ciclo Rankine, para determinar las condiciones termodinámicas en cada punto, así como el trabajo útil, el calor y la eficiencia total del ciclo, mediante la aplicación del software visual Basic. “

Objetivos particulares.

a) “Modelar la ecuación de la energía para determinar la cantidad de calor de entrada al generador de vapor, mediante la aplicación del software Visual Basic.”

b) “Modelar las ecuaciones matemáticas que determinan el trabajo neto de la turbina de vapor del ciclo Rankine ideal, mediante la aplicación mediante la aplicación del software Visual Basic.”

c) “Modelar la ecuación de la energía para determinar la cantidad de calor rechazado en el condensador de vapor del ciclo Rankine ideal, mediante la aplicación del software Visual Basic.”

d) “Modelar la ecuación de la energía para determinar el trabajo de entrada a la bomba de agua del ciclo Rankine ideal, mediante la aplicación mediante la aplicación del software Visual Basic.”

Objetivos específicos.

a) “Facilitar la tarea de los estudiantes del área de Térmicas de ingeniería mecánica, en la solución de problemas relacionados con el ciclo Ranking.”

b) “Implementar en la Escuela superior de ingeniería mecánica y eléctrica un software accesible

para los estudiantes y docentes, como apoyo académico y refuerzo a los programas de térmicas.”

Justificación.

En ESIME Azcapotzalco al impartir las asignaturas de termodinámica II y Maquinas térmicas, se utiliza dos métodos el cálculo del ciclo Rankine ideal los cuales son los siguientes: El analítico en el que se apoya en las tablas de vapor y el método gráfico en el que se utiliza el diagrama de Moliere, en ambos métodos se determina los estados termodinámicos, los trabajos realizados por la bomba y la turbina, el calor neto generado, la eficiencia del ciclo y la potencia. Estos métodos tienen problemas, en el primero de ellos, da soluciones exactas pero no es muy práctico debido al tiempo requerido para dichos cálculos; En el método gráfico es muy práctico pero tiene cierto grado de incertidumbre.

En la actualidad el avance de la tecnología se ha extendido a la aplicación de la computación en labores de control y monitoreo y las plantas termoeléctricas no son la excepción, por esto surge la necesidad de que se este familiarizado con este tipo de software.

Alcances.

 “Disminución de costos para adquirir este tipo de software”

 “Reducción del tiempo para el calculo del ciclo Rankine ideal”

 “Capacidad de comparar los resultados obtenidos por el nuevo equipo adquirido por el laboratorio de térmicas, capaz de desarrollar el ciclo Rankine ideal”

 “Comparar resultados con los problemas hechos a través de otro método”

Capitulo I:

Introducción

1.1 Modelación y Simulación.

Un modelo es una idealización de una situación del mundo real que ayuda en el análisis de un problema. Se han empleado muchos modelos para nuestra educación, y especialmente en el estudio de ingeniería hemos aprendido a usar y construir modelos tales como el diagrama de cuerpo libre, los diagramas de circuitos eléctricos, el volumen de control en un sistema termodinámico, [figura 1} En la siguiente figura se muestran algunos de los tipos más comunes de modelos conceptuales.

Figura.- 1.-Ejemplo de modelos comunes {Referencia 11}

Un modelo puede ser descriptivo o predicativo. Un modelo descriptivo nos permite entender un sistema del mundo real o un fenómeno; un ejemplo sería la vista de corte de una turbina de gas de un avión. Tal modelo nos sirve como un medio para comunicar ideas e información. De cualquier forma, ese modelo no nos ayuda a predecir el comportamiento del sistema. Un modelo predicativo se utiliza en el diseño de ingeniería porque nos ayuda a entender y predecir el comportamiento del sistema.

También podemos clasificar los modelos de la forma siguiente:

1. Estático-dinámico

2. Determinístico-probabilístico 3. Icónico-analógico-simbólico

Un modelo estático es aquel cuyas propiedades no cambian con el tiempo; un modelo en el cual los efectos varían con el tiempo es considerado como un modelo Dinámico.

En los modelos de clase determinística-probabilística hay diferencias en la forma como se establece lo que sucederá. Un modelo determinístico describe el comportamiento de un sistema de forma tal que el resultado de un evento se conoce con certeza. En muchas situaciones del mundo real el resultado de un evento no es conocido con certeza y deben ser tratados con modelos probabilísticos. Un modelo iónico es aquel que semeja una cosa real. Por ejemplo un modelo a escala de un avión para pruebas en un túnel de viento, el modelo agrandado de la molécula de un polímero. Los modelos iónicos son utilizados primeramente para describir las características estáticas de un sistema, y ellos son usados para representar entidades más que fenómenos. Como la representación geométrica puede ser bidimensional (mapas, fotografías o dibujos de ingeniería) o tridimensional (un modelo de madera balsa y papel de un avión o un modelo plástico imitando un automóvil.

Los modelos tridimensionales son especialmente importantes para comunicar conceptos de un diseño complejo, la medición de las reacciones del consumidor al estilo del diseño, los aspectos humanos (ergonomía) del diseño, y la verificación de interferencias entre las partes componentes de un sistema grande.

Los modelos analógicos son aquellos que se comportan como los sistemas reales. Se utilizan frecuentemente para comparar algunas cosas que no son familiares con aquellas que si son muy familiares. A diferencia de un sistema icónico, un sistema analógico no necesita parecerse en nada al sistema real que representa, este modelo debe obedecer los mismos principios físicos que el sistema físico o simular el comportamiento del sistema. Hay muchas analogías conocidas entre fenómenos físicos, una de las más conocidas es la de las mediciones eléctricas aplicadas a otros fenómenos físicos.

Una gráfica ordinaria es realmente un modelo analógico, porque las distancias representan las magnitudes de las cantidades físicas dibujadas sobre cada uno de los ejes, y describe las relaciones funcionales que existen entre esas cantidades, otra clase común de modelo analógico es la carta de flujo de un proceso.

Los modelos simbólicos son abstracciones de los componentes importantes cuantificables de un sistema físico. Una ecuación matemática expresa la dependencia del resultado del parámetro de

salida del sistema con respecto a los parámetros de entrada y por lo tanto dicha ecuación es un modelo simbólico.

Un símbolo es una etiqueta taquigráfica para una clase de objetos, de un objeto específico o de un estado de la naturaleza o de un simple número. Los símbolos son muy útiles, porque le dan simplicidad a las explicaciones e incrementan la generalización de las situaciones. Los modelos simbólicos probablemente son los más importantes de todas las clases de modelos, porque proveen la generalidad más grande al atacar un problema. Al utilizar un modelo simbólico para resolver un problema incrementamos nuestras capacidades analíticas, matemáticas y lógicas. Los modelos simbólicos también son importantes porque nos conducen a resultados cuantitativos.

Debemos distinguir entre los modelos simbólicos teóricos que se basan en las leyes físicas universalmente aceptadas de la naturaleza y los modelos simbólicos empíricos, que son la mejor representación matemática aproximada de datos obtenidos experimentalmente.

El modelado es la representación física o matemática de un sistema o parte de un sistema, en forma tal que podemos mostrar el comportamiento del sistema. La simulación involucra modelos sujetos a varios parámetros de entrada (inputs) o condiciones ambientales, para observar como estos parámetros influyen en la naturaleza de los resultados que podemos obtener en un sistema del mundo real. La simulación es la manipulación del modelo.

La simulación puede involucrar modelos físicos (prototipos) sujetos al ambiente físico real, o puede involucrar modelos matemáticos sujetos a funciones matemáticas de disturbio, que simulen las condiciones de servicio esperadas. En la enseñanza (escuelas), la solución de modelos mediante la aplicación directa de técnicas matemáticas ha sido el procedimiento clásico utilizado en la resolución de problemas en el campo de la ingeniería. De cualquier manera, solamente los modelos más simples (los menos reales) pueden resolverse con los métodos analíticos clásicos. La utilización amplia de la computadora digital y con menor extensión de la computadora analógica, ha expendido grandemente el uso de los modelos matemáticos.

El uso de los métodos numéricos para la solución de problemas y la facilidad de los procedimientos interactivos para probar estados específicos de los modelos han establecido firmemente el modelado y la simulación con computadora como una herramienta potente del diseño en ingeniería. Los ingenieros utilizan los modelos para pensar, comunicar, predecir, controlar y entrenar. Debido a que muchos de los problemas de la ingeniería tratan situaciones complejas, un modelo frecuentemente es una ayuda para visualizar y razonar acerca de los problemas.

Uno de los resultados de una buena preparación en ingeniería, es el desarrollo de un “menú de modelos” que son utilizados instintivamente en nuestros procesos de razonamiento. Los modelos son vitales para la comunicación mediante la página impresa, la pantalla de la computadora o la presentación oral.

El ingeniero debe tomar decisiones en base a alternativas, la habilidad para simular la operación de un sistema con un modelo matemático tiene una gran ventaja para proveer información buena, generalmente a bajo costo y en menos tiempo que cuando utilizamos la experimentación.

De cualquier manera se presentan situaciones en las cuales la experimentación es posible, debido al costo, la seguridad y el tiempo.

Mientras nosotros generalmente nos preocupamos con respecto a que el modelo describa lo más aproximadamente posible la situación real, hay situaciones en las cuales el modelo acota, y controla el sistema del mundo real, por ejemplo, un dibujote ingeniería detallado es un modelo iónico que describe con todo detalle la forma en la cual la parte va a fabricarse o construirse.

Finalmente, utilizamos modelos detallados para el entrenamiento de operadores de sistemas complicados, por ejemplo los pilotos de aviones se entrenan en simuladores de vuelo y los operadores de centrales nucleares, termoeléctricas, hidroeléctricas aprenden en simuladores como el que existe en Valle de Bravo.

1.2 Modelado Matemático.

En el modelo matemático los componentes de un sistema son representados por elementos idealizados que tienen las características esenciales de los componentes reales y cuyo comportamiento puede ser descrito mediante ecuaciones matemáticas.

El primer paso es el de visualizar un modelo conceptual que represente el sistema real a ser analizado.

En nuestros cursos de ingeniería hemos conocido muchos ejemplos de modelos matemáticos simples, sin embargo, el modelo es un arte altamente individualizado.

Una clave importante son las condiciones que determinan el grado de realismo del modelo y por otra parte su habilidad para alcanzar soluciones numéricas. {Referencia 18}

Las herramientas en el modelo vienen de la habilidad de visualizar un modelo simple pero significativo, que tenga suficiente envergadura de conocimientos y experiencia para saber cuando el modelo puede conducirnos a resultados irreales. En la siguiente figura se muestra una visión generalizada de un modelo matemático de un sistema y sus componentes.

Figura.- 2.- Modelo matemático de un sistema y sus componentes.

Los sistemas de ingeniería generalmente son muy complejos, y obtenemos mejores resultados cuando los dividimos en partes y modelamos cada una de esas partes, tomando en cuenta las tolerancias para permitir la interacción entre ellas.

Las técnicas para tratar sistemas grandes y complejos, mediante el aislamiento de sus componentes críticos y el modelado de ellos constituyen el corazón de la disciplina denominada ingeniería de sistemas.

Por ejemplo, en un sentido amplio vamos a considerar como un sistema una central de generación de potencia eléctrica como se muestra en la figura 3, pero una reflexión mayor nos conducirá a mostrar los elementos básicos que la constituyen, tal como se muestra en la figura 3 y 4.

Figura.- 4.-Central de generación de potencia eléctrica, con la planta de potencia desglosada

De cualquier manera cada uno de los componentes es una pieza compleja del equipamiento de ingeniería, de tal manera que el sistema denominado “Central de Potencia” puede modelarse mejor de la siguiente manera.

Figura.- 5.-Central de potencia

Al desarrollar un modelo caminamos sobre una línea fina que separa la simplificación de la realidad. Una forma de alcanzar la simplificación es la de minimizar el número de cantidades físicas que deben ser consideradas; como rutina despreciamos los efectos pequeños.

Por ejemplo, nosotros consideramos un elemento estructural como completamente rígido, cuando su deformación elástica es muy pequeña y de poca consecuencia en la función del elemento, o nosotros asumimos que un fluido es de viscosidad newtoniana cuando de hecho muestra una pequeña desviación del fluido ideal; debemos conocer que factores pueden despreciarse rutinariamente en un ambiente dado, pero que pueden ser significativos en otras situaciones; por ejemplo, nosotros despreciamos la tensión superficial cuando tratamos con objetos grandes en un fluido, pero debemos considerarla en el caso de partículas finas.

Comúnmente también consideramos que el medio ambiente es infinito en extensión y por esto no influenciable por el sistema a ser modelado. En modelos aproximados es también práctica común

asumir que las propiedades físicas y mecánicas de los materiales son constantes y no cambian con el tiempo y la temperatura. Generalmente nosotros empezamos con modelos de dos dimensiones porque aquellos son más fáciles de tratar matemáticamente.

Simplificaciones importantes se obtienen cuando sustitutitos la distribución de valores de las propiedades o cantidades físicas por un valor respectivo del conjunto. Se dice que un sistema tiene parámetros representativos (lumped parametres) cuando puede ser analizado en términos del comportamiento de los puntos finales de un número finito de elementos discretos. Los parámetros representativos tienen valores únicos, mientras que los parámetros distribuidos tienen muchos valores dispersos sobre un campo del espacio. Los modelos matemáticos de un sistema de parámetros representativos se expresan mediante ecuaciones diferenciales, y los sistemas de parámetros distribuidos se expresan mediante ecuaciones diferenciales parciales.

Los sistemas que pueden representar mediante sistemas lineales (ecuaciones diferenciales lineales) son mucho más fáciles de resolver que aquellos sistemas representados por sistemas no lineales. Así, comúnmente, un primer paso es considerar el sistema como si fuera lineal; de cualquier manera nosotros vivimos en un mundo básicamente no lineal, frecuentemente esta simplificación debe de ser abandonada cuando se requiere un gran realismo. Semejante al primer paso debemos de desarrollar un modelo determinístico, despreciando las fluctuaciones o incertidumbres que existan en los valores de entrada (input values).

Una vez que los componentes principales del sistema han sido identificados, el paso siguiente es listar las cantidades físicas y químicas que describan y determinen el comportamiento del sistema, como se ha indicado en las figuras se pueden indicar como parámetros de entrada y parámetros de salida (output parameters). En el paso siguiente las cantidades físicas son relacionadas unas con otras mediante las leyes físicas apropiadas.

Estas son manipuladas de forma apropiada al modelo para transformar los parámetros de entrada en los resultados deseados. La relación que transforma las cantidades de entrada en resultados se denomina función de transferencia. Esto puede tomar la forma de ecuaciones algebraicas, diferenciales o de integración. La solución de estas ecuaciones puede ser analítica, numérica, o gráfica, este es el último paso en el proceso de modelado. {Referencia 16}

1.3 VISUAL Basic 6.0

Visual Basic es un producto que facilita un sistema de desarrollo de 32 bits basado en un lenguaje simple y con un potente entorno, existen comercialmente varias versiones diferentes destinadas a los distintos tipos de usuarios.

La versión básica o estándar es la versión inferior para Windows NT y Windows 95/98. La versión profesional es la intermedia que incluye un conjunto adicional de controles, creando aplicaciones más rápidas. La versión empresarial es la de más alto nivel para desarrollar aplicaciones con estructuras cliente- servidor.

Los complementos de Visual Basic nos permiten ampliar las capacidades que este nos proporciona para la programación.

A la hora de crear una aplicación, lo normal es intentar que el aspecto de esta sea lo mas parecido posible al de cualquiera de las aplicaciones bajo Windows que existe en el mercado.

Realizar una aplicación con un aspecto visual parecido a otras aplicaciones del mercado como Word o Acces es bastante sencillo.

Normalmente la mayoría de las aplicaciones que se crean trabajan de alguna forma con una base de datos recurriendo a programas de bases de datos como Acces.

Una de las novedades mas interesantes de visual Basic 6.0 junto con los entornos de datos y el diseñador integrado para informes, es la posibilidad de crear aplicaciones Web. Estas se diferencian de las aplicaciones normales en que no existen formularios ni un ejecutable que los usuarios tengan que instalar en un sistema. En su lugar una aplicación Web utiliza una librería de enlace dinámico que se instala en un servidor web, típicamente internet information Server, de tal forma que la interfaz de la aplicación en si esta compuesta de documentos HTML que los usuarios pueden descargar con un cliente web cualquiera, como internet Explorer, Netscape Navigator.

Las aplicaciones web se instalan una sola vez en el servidor, en lugar de tantas veces como usuarios vallan a existir. Es decir, se ahorra gran cantidad de trabajo al no tener que distribuir e instalar la aplicación en cada puesto, lo que además, conllevaría la actualización en todos esos puestos cada vez que se hiciese alguna modificación. Una aplicación web, al instalarse en el servidor, se actualiza automáticamente para todos los usuarios.

Para poder instalar y ejecuta Visual Basic 6.o en nuestro sistema este ha de cumplir unos requisitos mínimos. En la práctica el equipo mínimo deberá incorporar un procesador Pentium o equivalente, con al menos 32 Mb de memoria RAM. El espacio necesario en disco dependerá de los elementos que se instale, pero el punto de partida será de 50 MB. También será necesario un adaptador grafico de tipo VGA o superior así como un mouse o dispositivo compatible. En cuanto a Software el sistema deberá de tener instalado Windows 95/98, NT 3.51 o superior para poder instalar Visual Basic 6.0.

1.3.2 Sistemas o sistema cliente servidor.

Según la evolución de los productos en el mercado, el desarrollo y distribución de los sistemas, cliente- servidor es cada día más necesario. Este tipo de sistemas reporta mucho más beneficios a la hora de trabajar que otras aplicaciones.

Un sistema cliente-servidor es un programa que se va a ejecutar en elementos dos situaciones diferentes: una como cliente y otra como servidor.

Cliente

Es una parte del sistema cliente- servidor que tiene ciertas necesidades como obtener o guardar información por ejemplo. Estas necesidades son enviadas a la otra parte del sistema, el servidor, para que ejecute las tareas oportunas para realizar las operaciones deseadas por el cliente.

Servidor

Es la otra gran parte del sistema cliente- servidor, la parte que se encarga de recibir las peticiones del cliente y devolver a este la petición satisfecha.

Los sistemas cliente- servidor se desarrollan en un principio para conseguir un gran aumento en el rendimiento de la aplicación. Sin que eso suponga un excesivo aumento en el precio.

El funcionamiento de una aplicación cliente-servidor se basa en que el cliente necesita unos servicios que por si mismo no puede obtener. Pasará subsanar eso hace uso del servidor, que será un ordenador, normalmente mas potente que resuelve los problemas de los clientes.

El cliente genera una petición con los datos que necesita para trabajar mediante la ejecución de una sentencia. Esta consulta, a través de la red en la que los equipos están conectados, llega al ordenador que hace de servidor en el que se esta ejecutando la aplicación que posee los datos que necesita el cliente. Una vez obtenidos los datos solicitados por el cliente, estos son devueltos otra vez a través de la red por una orden del servidor al cliente que lo solicitó.

1.3.3 Fases del diseño de un sistema cliente- servidor

La primera fase antes de iniciar la construcción de un proyecto es la planificación. Hay que saber con seguridad que se quiere conseguir que el programa haga y pensar que hay que hacer para que funciones como queramos.

En este diseño que tenemos que realizar de una aplicación se pueden diferenciar tres etapas: Fase de diseño conceptual

Fase de diseño lógico Fase de diseño físico

La perspectiva más amplia es la conceptual, seguida de la lógica y por ultimo la física, al diseñar una planeación, se suele comenzar y terminar cada fase en orden secuencial, aunque pueden existir solapamientos entre ellas durante el proceso.

1.3.3.1 Fase de diseño conceptual

En ella ha de tenerse una idea clara de lo que va a hacer la aplicación final cuando no esta ni siquiera iniciada es muy importante por que es aquí donde se hace un primer diseño de la aplicación y donde se empieza a buscar algún soluciones a ciertos problemas en determinados puntos de la aplicación, pero siempre desde el punto de vista del usuario. La clave para poder entender esta fase de forma adecuada y realizarla correctamente es llegar a comprender la visión que el usuario tiene de la aplicación que se va a desarrollar y de las soluciones que hay que encontrar para realizarla.

La fase de diseño conceptual es la fase en la que se adquiere, evalúa, documenta y posteriormente valida la visión que tiene el usuario del la solución. Describe los requisitos del usuario y de organización respecto de la aplicación y conduce una solución para la organización de la aplicación tal y como la considera el usuario.

Esta etapa del diseño es independiente de las implementaciones físicas. El enfoque principal radica en que quieren hacer los usuarios, explicando en general, como lo quieren realizar (pero no como desarrollarlo físicamente)

El objetivo de esta fase es saber enfocar el trabajo de desarrollo que se ha de realizar. Es en esta fase donde, debido a las especificaciones que tiene que cumplir el programa intentamos averiguar que es lo que tenemos que hacer.

No se trata de pensar, por ejemplo, los procedimientos que se necesitarán, si no solamente pensar que se tiene que hacer. Luego mas adelante habrá que pensar en traducir ese trabajo en los procedimientos que sean necesarios, pero no en esta fase. Se ha de tener en cuenta que para una determinada área se puede necesitar uno o más procedimientos y que lo inicialmente fácil puede ser muy difícil o viceversa

1.3.3.3 Fase de diseño físico

El diseño físico consiste en llevar a cabo el diseño lógico. Realmente será esta parte la que al final sirva de guía para el desarrollo de la aplicación. Es en esta fase donde hay que saber que acciones son necesarias para realizar lo que tengamos que hacer en cada momento.

Se puede cambiar lo que no te guste, no te convenga o simplemente no seas capaz de hacer, teniendo en cuenta esos cambios para posteriores implementaciones

Capitulo II:

Antecedentes.

El inicio de las Maquinas, surgen por la necesidad de suplir la falta de energía del hombre, las maquinas térmicas son unas de las que se tienen una mayor importancia ya que terminaron siendo muy útiles para el desarrollo de la vida del hombre.

El primer aparato elemento que podríamos considerar como una máquina propiamente dicha, por poseer partes móviles, es la conocida como máquina de vapor de Thomas Newcomen construida en 1712. La innovación consistió en la utilización del vacío del cilindro para mover un pistón que a su vez proveía movimiento a un brazo de palanca que actuaba sobre una bomba convencional de las llamadas aspirante-impelente.

Sadi Carnot (1796-1832) es el fundador de la termodinámica como disciplina teórica, escribió su trabajo cumbre a los 23 años. Este escrito estuvo desconocido durante 25 años hasta que el físico Lord Kelvin redescubriera la importancia de las propuestas contenidas en él. Las bases de las propuestas de Carnot se pueden resumir haciendo notar que fue quien desarrolló el concepto de proceso cíclico y que el trabajo se producía enteramente “dejando caer” calor desde una fuente de alta temperatura hasta un depósito a baja temperatura. También introdujo el concepto de máquina reversible. Carnot también establece que el rendimiento de cualquier máquina térmica depende de la diferencia entre temperatura de la fuente mas caliente y la fría. Las altas temperaturas del vapor presuponen muy altas presiones y la expansión del vapor a bajas temperaturas produce grandes volúmenes de expansión. Esto producía una cota en el rendimiento y la posibilidad de construcción de máquinas de vapor.

James Prescot Joule (1818-1889) se convenció rápidamente de que el trabajo y el calor eran

diferentes manifestaciones de una misma cosa. Su experiencia mas recordada es aquella en que logra medir la equivalencia entre el trabajo mecánico y la cantidad de calor. Joule se valió para esta

experiencia de un sistema de hélices que agitaban el agua por un movimiento producido por una serie de contrapesos que permitían medir la energía mecánica puesta en juego.

Gracias a Clausius y Kelvin se convierte a la termodinámica en una ciencia independiente de alto contenido teórico y matemático, lo que logra entender los fenómenos que se desarrollaban y fundamentar progresos tecnológicos.

Los motores térmicos, son máquinas que emplean la energía resultante de un proceso, generalmente de combustión, para incrementar la energía de un fluido que posteriormente se aprovecha para la obtención de energía mecánica. Los ciclos termodinámicos empleados, exigen la utilización de una máquina o grupo generador que puede ser hidráulico (en los ciclos de turbina de vapor) o térmico

(en los ciclos de turbina de gas), de modo que sin éste el grupo motor no puede funcionar, de ahí que en la práctica se denomine Motor Térmico al conjunto de elementos atravesados por el fluido, y no exclusivamente al elemento en el que se obtiene la energía mecánica.

El ciclo realizado en una máquina térmica consta:

a) De un proceso durante el cual se produce la absorción del calor de un foco externo a temperatura elevada denominado foco caliente.

b) De un proceso durante el cual el calor expulsado a un foco externo a temperatura más baja denominado foco frío.

Los elementos esenciales de un sistema termodinámico (maquina térmica) con un fluido como sustancia de trabajo son:

 Un operante, o bien una sustancia que reciba calor, ceda calor y realice trabajo

 Una fuente de calor ( también llamada simplemente fuente d la cual reciba calor a la fuente de trabajo)

 Un sumidero de calor (también denominada, sumidero o receptor frío al cual cede calor la sustancia operante)

 Una maquina en la que el operante pueda efectuar o admitir trabajo.

2.1. Turbina de vapor.

Es una turbo máquina que transforma la energía de un flujo de vapor de agua en mecánica. Este vapor se genera en una caldera, de la que sale en unas condiciones de elevada temperatura y presión. En la turbina se transforma la energía interna el vapor en energía mecánica que, típicamente, es aprovechada por un generador para producir electricidad.

Las turbinas de vapor se utilizan en la generación de energía eléctrica de origen nuclear y en la propulsión de los buques con plantas nucleares. En las aplicaciones de cogeneración que requieran tanto de calor como electricidad, se genera vapor a altas presiones en una caldera y se extrae desde la turbina a la temperatura y la presión que necesita el proceso industrial. Las turbinas de vapor pueden utilizarse en ciclos combinados con un generador de vapor que recupera el calor que se perdería.

2.1.1. Funcionamiento de la turbina de vapor.

Se basa en el principio termodinámico que expresa que cuando el vapor se expande disminuye su temperatura y se reduce su energía interna. Esta reducción de la energía interna se transforma en energía mecánica por la aceleración de las partículas de vapor, lo que permite disponer directamente de una gran cantidad de energía. Cuando el vapor se expande, la reducción de su energía interna en 400cal. Puede producir un aumento de la velocidad de las partículas a unos 2.900 Km/h. A estas velocidades la energía disponible es muy elevada a pesar de que las partículas son muy ligeras. Al pasar por las toberas de la turbina, se reduce la presión del vapor (se expande) aumentando así la velocidad. Este vapor a alta velocidad es el que hace que los alabes móvil de la turbina giren

alrededor de su eje al incidir sobre los mismos. Por lo general una turbina de vapor posee mas de un conjunto tobera-alabe, para aumentar la velocidad del vapor de manera gradual.

Se pueden distinguir dos partes, el rotor y el estator. El rotor esta formado por ruedas de alabes unidas al eje y que constituyen la parte móvil de la turbina. El estator también esta formado por alabes, no unidas al eje si no a la carcasa de la turbina. Si bien están diseñados de dos formas diferentes, las partes fundamentales de las turbinas de vapor son parecidas. Consisten en boquillas o chorros a través de los que pasa el vapor en expansión

2.2. Turbinas de gas.

Son las más recientes, el primer ensayo exitoso es solo de 1937. Difieren de las otras (de vapor e hidráulicas) en que se realiza combustión dentro de la maquina, por lo tanto el fluido de trabajo son gases de combustión. Se tiene noticias de investigaciones en este campo, desde tiempos antiguos. La primera patente conocida se debe a Barber en Inglaterra, en el año de 1791. Durante el siglo pasado se hicieron varios intentos para la construcción de turbinas de gas, pero todos ellos sin éxito. Sin embargo la aportación mas importante en este periodo, se debe al científico independientemente idearon el ciclo de combustión a presión constante, que se usa actualmente en el amatoria de las turbinas de gas, aunque la maquina que Brayton deseaba realizar en principio, era de movimiento alternativo.

2.3. Ciclo de Carnot.

El ciclo de Carnot es el de más alta eficiencia que puede existir entre dos límites de temperatura dados. El ciclo se compone de dos procesos adiabáticos y dos isotérmicos.

Sin embargo este ciclo no resulta práctico para aplicarse en zona gaseosa (por la dificultad de suministrar calor manteniendo la temperatura constante, lo que requeriría una expansión isotérmica perfectamente sincronizada lo cual es prácticamente imposible). Lo mismo sucede con la compresión isotérmica durante el rechazo del calor.

2.3.1. Desventajas prácticas del Ciclo Carnot

El ciclo de Carnot, aun en la zona de cambio de fase, no es aplicable en la práctica como tal, debido a que presenta las siguientes desventajas difíciles de superar. [ver figura 6]

El proceso de expansión de 2-3 produce condensación, gotas de agua que erosionan y dañan a los alabes de la turbina.

El proceso de compresión de 4-1 se inicia con una mezcla de agua y vapor y termina con agua únicamente. Resulta difícil el diseño de un compresor de estas características.

De lo anterior se concluye que el ciclo Carnot solo es aplicable en la práctica con algunas modificaciones. El resultado de estas modificaciones conduce a lo que se conoce como CICLO

RANKINE, que es el que se usa actualmente en todas las instalaciones de vapor.

En un diagrama Temperatura – Entropía

2.4. Ciclo Rankine.

De acuerdo a lo expresado anteriormente, el ciclo Rankine no es más que un ciclo de Carnot modificado para hacerlo practico. El ciclo fue ideado por William John M. Rankine (1820-1872) catedrático de la universidad de Glasgow, quien fue contemporáneo de Joule, Maxwell, Kelvin y Clausius, su aplicación mas importante es en la generación de energía eléctrica a gran escala.

Este ciclo usa como fluido el agua, la cual pasa a través de una serie de equipos donde sufre los diversos procesos que hacen posible la transformación de energía calorífica en energía mecánica. Los equipos están conectados formando un circuito cerrado, regresando el fluido siempre a sus condiciones iniciales, por lo que este si constituye un verdadero ciclo termodinámico.

El diagrama T-S mas conocido es el del agua, el cual se completa trazando las líneas de igual calidad, de igual presión y de igual volumen, por lo que resulta, sumamente útil para la representación de los ciclos usados en las instalaciones de vapor. Figura 7

Figura.- 7.- Propiedades termodinámicas del agua en un diagrama T-S [Referencia 13]

2.4.1. Ciclo Rankine Normal y Elementos Constitutivos.

El ciclo de Rankine original esta compuesto de 5 equipos en los que se llevan acabo 5 procesos diferentes. Se le conoce como ciclo Rankine normal. Figura 8

Los 5 equipos principales de que se compone son lo siguientes:

Figura.- 8.- Elementos constitutivos del ciclo Rankine

1. Generador de vapor. Donde el agua cambia de fase de líquido a vapor saturado. 2. Sobrecalentador. Donde el vapor saturado se convierte en vapor sobrecalentado.

3. Turbina. En donde se convierte la energía disponible del vapor en energía cinética y esta a su vez en energía mecánica aprovechable en el rotor de la misma.

4. Condensador. Que convierte el vapor que sale de la turbina en agua por medio de un serpentín de enfriamiento.

5. Bomba de alimentación. Eleva la presión del agua y la regresa a la caldera.

2.4.2. Ventajas del ciclo Rankine.

Ciclos termodinámicos que permiten alcanzar eficiencias razonablemente altas

Permite el uso de los combustibles mas baratos que se puedan obtener en el lugar donde este instalada la planta.

Por las dos razones anteriores, las instalaciones de combustión externa generan la energía mecánica a más bajo costo que ninguna otra maquina térmica conocida.

Combustiones mejores y más completas. 1. Rangos de potencia muy elevados.

2. Operación segura y estable por largos periodos. 3. Vida útil muy larga.

4. Trabajan con ciclos cerrados.

2.4.3. Desventajas del ciclo Rankine.

1. Baja potencia especifica.

2. Alto costo inicial por unidad de potencia.

3. Forman instalaciones dispersas y muy complejas.

4. Operación minuciosa y complicada que requiere de personal calificado. 5. Requieren grandes cantidades de agua para su operación.

6. Largo y complicado proceso de arranque y calentamiento. 7. Requieren mantenimiento constante con personal especializado. 8. No son prácticas en pequeñas capacidades.

2.4.4. Campos de Aplicación del ciclo Rankine.

1. Generación de energía eléctrica  Plantas de energía pura

 Plantas industriales 2. Transportes

 Marino

3. Equipos estacionarios  Movimiento alternativo  Movimiento rotativo

2.5 Análisis del problema.

Básicamente en las materias donde se estudia el ciclo Ranking ideal (generación de energía Eléctrica) se utilizan dos metodologías para poder resolverlo la analítica, el cual que consiste en el uso de las tablas de vapor para determinar las condiciones termodinámicas en cada punto y el gráfico donde se utiliza el diagrama Temperatura-Entropía para de igual forma determinar las características de cada punto. Esto con el fin de determinar el trabajo de la turbina, el trabajo de la bomba, el calor suministrado por el generador de vapor, el calor perdido en el condensador, la eficiencia del ciclo y la potencia desarrollada.

A continuación describiremos el método analítico y para esto propondremos un problema:

Se tiene una instalación que desarrolla un ciclo ranking normal teórico, de las siguientes características:

 Presión en la caldera P1 = 41bar  Presión de escape P4 = 1.0bar  Temperatura máxima del vapor T3 = 600 ºC

 Gasto de vapor G = 80 Ton/h



a) Las tablas de vapor contienen 4 tablas, la tabla número 1 se utiliza tomando como valor principal la temperatura, en la tabla número 2 el valor determinante es la presión absoluta, al igual que en la tabla número 3 y la tabla número 4 es la correspondiente a vapor sobrecalentado.

b) Para determinar las características del punto 1 entramos a la tabla #2, puesto que en los datos del problema nos dan la presión de la caldera. Al ubicar la presión si nos desplazamos a la derecha podremos observar que hay cuatro columnas la primera corresponde a ala temperatura, la segunda corresponde a la entalpía específica en la cual encontraremos tres

valores denotados con: hl, hlg y hg; la siguiente columna nos indica la entropía específica que

de igual manera encontraremos tres valores sl, slg y sg y el la última columna encontraremos

el volumen específico dado por dos valores vl y vg.

Se considerara las siguientes Condiciones ideales para el estudio de los ciclos:

 El fluido operante es un gas ideal y le son aplicables las leyes de los gases perfectos  El fluido es una mezcla homogénea.

 Las transformaciones y los ciclos son reversibles.  Los calores específicos del fluido son constantes.

 Las paredes donde esta contenida el fluido son aislantes perfectos y no hay transferencia de calor con el medio exterior.

 La combustión de realiza en forma completa, liberando todo el calor del combustible.  No hay disociación en los componentes de combustible.

 Se expone que la apertura de válvulas y lumbreras son instantáneas.  No hay rozamiento entre fluido y los conductos donde circula.

a) Los valores que corresponden a las letras con subíndice “l” son los correspondientes al punto 2 ya que en este punto el agua tiene la condición de líquido saturado y los valores que corresponden a las letras con subíndice “g” son los correspondientes al punto 3 ya que en este punto el agua tiene la condición de vapor saturado.

K kg kJ S kg kJ h kg m V C T bar P Punto º 80994 . 2 558 . 1094 5 . 1255 º 8 . 251 41 2 1 1 3 6 2 2 2        K kg kJ S kg kJ h kg m V C T bar P P Punto º 05827 . 6 885 . 2799 4850 º 8 . 251 41 3 3 3 3 6 3 3 2 3        

b) Para el punto 4 utilizamos la tabla #3 la cual esta dividida en varias tablas que en la parte superior tienen la presión que es la presión del generador de vapor y la temperatura, así como los valores de hl, sl, vl y hg, sg, vg, y una columna con la temperatura de sobrecalentamiento

que en este caso será la temperatura máxima, al localizar dicha tabla en la columna de temperatura de sobrecalentamiento buscamos 600 °C y si seguimos hacia la derecha encontraremos lo valores de h, s y v para vapor sobrecalentado.

K kg kJ S kg kJ h kg m V C T bar P P Punto º 35585 . 7 932 . 3671 84 . 96305 º 600 41 4 4 4 3 6 4 4 3 4        

c) Para localizar el punto 5 tomamos el valor de s del punto tres ya que debe ser igual al del punto 6 y lo buscamos en tabla 2 y al igual que para el punto 2 y 3 encontraremos valores para las letras con subíndice “l” y “g”, los correspondientes a los subíndices “g” son los correspondientes al punto 4 y los correspondientes a los subíndices “l” serán los valores del punto 5. K kg kJ S kg kJ h kg m V C T bar P Punto º 35982 . 7 434 . 2675 693731 . 1 º 63 . 99 0 . 1 5 5 5 3 5 5 5      K kg kJ S kg kJ h kg m V C T bar P Punto º 30271 . 1 511 . 417 42 . 1043 º 63 . 99 0 . 1 6 6 6 3 6 6 6 6       

d) Para encontrar los valores correspondientes al punto 6 tomamos el valor de s del punto 5 y lo buscamos en la tabla 4 auxiliándonos de los valores de P y T para el punto 5 cuando encontramos el valor de s ahora la temperatura de sobrecalentamiento se convierte en temperatura de líquido comprimido.

K kg kJ S kg kJ h kg m V C T bar P P Punto º 30271 . 1 687 . 421 1042 º 93 . 99 41 1 1 1 3 6 1 1 2 1        

e) Una vez que tenemos todas las características de los 6 puntos podemos proceder al siguiente paso del cálculo de calor suministrado por el generador de vapor, calor perdido en el condensador, calor útil, trabajo de la turbina de vapor, trabajo de la bomba de agua, trabajo útil, eficiencia del ciclo, potencia y consumo específico del mismo.

Calores: kg kJ Qu ec Q Qs Qu kg kJ Q ec h h Q kg kJ Qs ec h h Qs P P P 327 . 992 92 . 2257 25 . 3250 3 . 2 . 92 . 2257 434 . 2675 511 . 417 2 . 2 . 25 . 3250 687 . 421 932 . 3671 1 . 2 . 5 6 1 4                  Trabajos: kg kJ Wu ec W W Wu kg kJ W ec h h W kg kJ W ec h h W B T B B T T 624 . 993 6 . 2 . 049 . 3 687 . 421 511 . 417 5 . 2 . 498 . 996 434 . 2675 932 . 3671 4 . 2 . 6 1 5 4              

Eficiencia Termodinámica, Potencia y consumo específico

%

55

.

30

3055

.

25

.

3250

327

.

992

7

.

2

.









ec

Qs

Qu





En conclusión el método analítico como pedemos observar tiene una exactitud muy aceptable, pero tiene la desventaja que es muy tardado y es poco práctico si tomamos en cuenta que se lleva mucho tiempo resolverlo de esta manera.

La otra opción que tenemos es el método gráfico el cual consiste en dibujar el ciclo Rankine sobre el diagrama Temperatura entropía (T – S).

El diagrama T – S además de tener graficada la curva de saturación contiene curvas isobaras, líneas que indican la calidad del vapor de agua y líneas para determinar la entalpía. Además esta grafica nos delimita tres zonas: del lado izquierdo los líquidos comprimidos, en el centro el vapor húmedo y en el lado derecho los vapores sobrecalentados. Figuras 9 y 10

Figura.- 9.-Diagrama Temperatura – Entropía,

Mostrando el cambio de fase, fase liquida, gaseosa, líquido saturado y vapor saturado

El proceso para resolver este problema es el siguiente:

a) Se localiza donde la isobara correspondiente a la presión de la caldera se cruza con la línea de saturación correspondiente a líquido, ese será el punto 1.

Figura.- 10.-Primer punto localizado sobre la isobara correspondiente a la presión de la caldera

b) Luego de traza una línea horizontal hacia la derecha hasta que cruce con la línea de saturación correspondiente a vapor, este será el punto 2.

Figura.- 11.-Segundo punto, trazado en base al primer punto obtenido

c) Luego siguiendo la isobara se traza una curva sobre la misma hasta donde este indicada la temperatura de sobrecalentamiento, ese será el punto 3.

Figura.- 12.-Tercer punto, trazado en base a la isobara de la grafica mostrada en la figura10

d) Luego se traza una línea vertical hacia abajo hasta que cruce con la línea de vapor saturado. Este será el punto 4.

Figura.- 13.-Cuarto punto trazado en base al tercer punto

Ahora se traza una línea vertical hacia la izquierda hasta que cruce con la línea de líquido saturado y ahí será el punto 5.

Figura.- 14.- Quinto punto, trazado en base al cuarto punto

e) Después se traza una línea vertical hacia arriba hasta que cruce con la isobara y ahí será el punto 6.

Figura.- 15.-Sexto punto, del ciclo Rankine

Figura.- 16.- Trazo final del ciclo Rankine

Una vez dibujado el ciclo sobre el diagrama T – S solo resta sacar los valores de este, como se muestra en la siguiente figura:

Figura.- 17.-CicloRankine trazado sobre el diagrama T-S {Referencia 11} Calores:

kg

kJ

Q

Qs

Qu

kg

kJ

h

h

Q

kg

kJ

h

h

Qs

945

2280

3225

2280

2680

400

3225

425

3650

































Trabajos: kg kJ W W Wu kg kJ h h W kg kJ h h W B T B T 945 25 425 400 970 2680 3650 6 1 4 5              

Eficiencia Termodinámica, Potencia y consumo especifico:

.

2930

29

.

30

%

3225

945

_

_





Qs

Qu



Al comparar los dos métodos obtenemos diferencias claramente notables como se ve en la eficiencia en el primero es de 43.41% y en el segundo es de 29.30%.En conclusión como podemos observar este método es muy práctico, pero tiene la desventaja de que tiene un grado de error relativamente alto.

Por eso es que surgió la idea de combinar las ventajas de estos métodos con juntándolas un uno, esto mediante la tecnología que tenemos a nuestro alcance aplicando un software de computadora.

2.7. Análisis de Alternativas.

Para realizar este proyecto, tenemos diferentes caminos para elaborarlo:

Primeramente, podemos realizar un programa en turbo C que nos permita introducir valores del problema que vamos a resolver, para que después la computadora se encargue de presentarnos una ventana con los resultados de la solución del problema. El inconveniente es que este programa es muy viejo, comparado con el tipo de programas para programar con que contamos hoy en día.

Otra opción sería la de subir el trabajo a la web, de esta manera el programa en que se haría seria diferente a los anteriores y el programa estaría disponible para toda la comunidad politécnica, y aun el resto de la comunidad que tendría que acceder a el por medio de la pagina del politécnico.

Consideramos aun que hay otros programas que nos serian útiles para la realización del proyecto, como por ejemplo el Fortland, que es un programa bueno y mas actualizado aunque esto podría significar un problema, ya que no todos están familiarizados con el tipo de ambiente que maneja el programa, además que el programar por medio de el es mas complicado.

2.8. Estudio Económico.

Como ya sabemos el control de los costos es de vital para cualquier empresa que se dedica a la fabricación de cualquier tipo de producto ya que esto nos servirá para determinar tanto el precio de venta como la utilidad que deseamos obtener. Es conveniente destacar que el llevar un control de costos bajo principios perfectamente identificados no es exclusivo de las grandes empresas. Existen varias formas de clasificar los costos, a continuación mencionaremos algunos de los principales sistemas de agrupación de costos:

Por función

o De Producción.- Costos aplicados a la elaboración de un producto. o De mercadeo.- costos causados por la venta de un servicio o producto. o Administrativa.- Costos causados en actividades de formulación de políticas. o Financiera.- Costos relacionados con actividades financieras.

Por elementos

 Materiales directos.- Materiales que hacen parte integral del producto terminado  Mano de obra directa.- Mano de obra aplicada directamente a los componentes del

producto terminado.

 Costos indirectos.- Costos de materiales, de mano de obra indirecta y de gastos de fabricación que no pueden cargarse directamente a unidades específicas.

Por Producto

a) Directos.- Costos cargados al producto y que no requieren mas prorrateo. b) Indirectos.- Costos que son prorrateados.

Costos que se cargan al ingreso

c) Producto.- Costos incluidos cuando se hace el cálculo de los costos del producto.

d) Los costos del producto se incluyen en el inventario y en el costo de ventas cuando de vende el producto.

Periodo.- Costos asociados con el transcurso del tiempo y no con el producto. Estos costos se cierran contra la cuenta resumen de ingresos en cada periodo, puesto que no se espera que rindan beneficios futuros.

Con relación al volumen

o Variable.- Costos cuyo total varía en proporción directa a los cambios en su actividad correspondiente. El costo unitario de mantiene igual, independientemente del volumen de producción.

o Fijos.- Costos cuyo total no varia a lo largo de un gran volumen de producción. Los costos unitarios disminuyen en la medida en que el volumen de producción aumenta.

o Nivel de promedio

o Total.- El costo acumulado para la categoría especifica.

o Unitario.- El costo total dividido por el numero de unidades de actividad o de volumen.

Tiempo en que se determinan

o Predeterminados.- Se determinan antes de que sean realizados. o Históricos.- Costos que se determinan cuando ya se realizaron. o Predeterminados.- Se determinan antes de que sean realizados.

2.8.1. Costos de Producción.

La fabricación es un proceso de transformación que demanda un conjunto de bienes y prestaciones,

denominados elementos, y son las partes con las que se elaboró este software:

o Materiales directos- CD- ROM o Mano de obra directa- Programadores

o Gastos indirectos- Electricidad, manuales, Software, asesorías

2.8.2. Esquemas de costos.

o Costo primo: o primer costo, compuesto por la suma: MATERIALES + MANO DE OBRA. = $15,000.00 + $8,000.00 = $23,000.00 MN

o Costo de conversión: MANO DE OBRA + COSTOS INDIRECTOS DE FABRICACIÓN. = $ 8,000.00 + $1,000.00 = $9,000.00 MN

o Costo de producción: MATERIALES + MANO DE OBRA + COSTOS INDIRECTOS DE FABRICACIÓN. = $ 15,000.00 + $8,000.00 + $1,000 = $24,000.00 MN

La aceptación o rechazo de un proyecto en el cual una empresa piense en invertir, depende de la utilidad que este brinde en el futuro frente a los ingresos y a las tasas de interés con las que se evalué.

CAPITULO III: Desarrollo

3.1. Descripción del software Rankine

El software Rankine esta desarrollado en lenguaje de programación Visual Basic versión 6.0 y puede ser instalado en cualquier computadora personal, mediante el uso del archivo ejecutable RANKINE.exe. El software realiza la búsqueda de cada uno de los puntos más importantes del ciclo Rankine ideal para determinar las condiciones termodinámicas en estos para así evaluar el ciclo y determinar le energía calorífica intercambiada tanto en el generador de vapor, así como en el condensador, el trabajo realizado por la turbina y el sistema de bombeo; de igual forma nos entrega valores de eficiencia del ciclo, consumo específico de combustible y la potencia generada por el ciclo. Este software se fundamenta en las expresiones matemáticas correspondientes a la metodología desarrollada en el capitulo II.

Cabe señalar que el software Rankine, considera el factor de calidad del vapor al salir de la turbina ya que este no siempre corresponde exactamente a la curva de saturación del vapor, esto permite ampliar el campo de análisis así como obtener resultados más cercanos a la realidad, al considerar mayor cantidad de variables.

La principal limitante del software se refiere a que esta diseñado para trabajar con tres valores de entrada y solo esos. Así como e grado de exactitud causa de la herramienta de interpolación ya que esta es lineal y como sabemos los valores de las tablas de vapor generan curvas, tanto en el diagrama T-s así como en el P-V.

La estructura general del software Rankine se muestra, esta compuesta por interfases como se describe a continuación.

1. Interfaz “Inicio”

2. Interfaz “Datos de entrada del problema” 3. Interfaz “Unidades”

4. Interfaz “Resultados”

3.1.1 Interfaz “Inicio”

Esta es la primera interfaz que se presenta al usuario al ejecutar el software, [figura 18] en la cual se muestra una presentación y en la parte inferior se encuentran tres botones con las siguientes opciones:

1. Inicio

2. Ver Manual del usuario 3. Salir

Figura.- 18.- Interfaz Inicio

3.1.2 Interfaz “Unidades”

Esta interfaz se muestra una vez que se da clic en el botón inicio que aparece en la interfaz “Inicio”. En la figura 19 se muestra la disposición de los botones.

Como se observa en la figura los botones dan la opción de elegir el sistema de unidades en el que se quiere realizar el cálculo.

Sistema métrico Sistema ingles

Figura.- 19.- Interfaz Unidades

3.1.3 Interfaz “Datos de entrada del problema”

Esta interfaz se muestra una vez que se hace clic en alguno de los botones de la interfaz “Unidades”. En la figura 20se muestra la disposición de los botones y casillas de datos.

En esta hay cuatro casillas de datos los cuales corresponden a los valores des entrada que son:

1. Presión de trabajo de la caldera.- esta deberá ser menor a 55 Bar y mayor a la presión del condensador.

2. Temperatura de sobrecalentamiento del vapor.- esta deberá ser superior a 100°C

3. Presión en el condensador.- esta deberá ser mayor a 0.1 Bar y menor a la presión de la caldera.

4. Gasto Másico.- este deberá estar en Ton/hr Y tres botones:

1. Calcular 2. Salir

3. Calcular otro (sólo aparece cuando ya se ha realizado un calculo previo y se consulto la interfaz “resultados”)

Figura.- 20.- Interfaz datos de entrada del problema

3.1.4 Interfaz “Resultados”

Una vez que se hayan ingresado todos lo datos de entrada y al hacer clic en el botón de calcular de la interfaz “Datos de entrada del problema”, se presenta la siguiente interfaz de “resultados”, como se muestra en la figura 21. Esta interfaz despliega los resultados de los 6 puntos que intervienen en la concepción del ciclo Rankine, además de otros como son.

1. Calor suministrado (QS). kJoul/kg 2. Calor Perdido (QP). kJoul/kg 3. Calor útil (QU). kJoul/kg

4. Trabajo de la Turbina (WT). kJoul/kg 5. Trabajo de la bomba (WB). kJoul/kg 6. Trabajo útil (WU). kJoul/kg

7. Eficiencia (). %

8. Consumo específico de combustible (Ce).kg/kW*s 9. Potencia (N). kW

Así mismo esta interfaz muestra un botón: 1. Regresar

Figura.- 21.-Interfaz Resultados

3.2 Funcionamiento del software.

A continuación se describe el funcionamiento del software “Rankine”. Como ejemplo explicativo, se determina las condiciones termodinámicas para cada punto, así como la energía calorífica intercambiada, los trabajos generados, la eficiencia, la potencia y el consumo específico de combustible.

En la interfaz “Inicio” se da clic en el botón “inicio”, después se activa la segunda interfaz (Unidades) en la cual se dan las opciones de sistema métrico sistema ingles; al elegir alguna de las dos opciones y aparecerá la siguiente interfaz.

En la interfaz de “datos de entrada del problema" se introducen los datos que se solicitan en las casillas de datos. En caso de no introducir algún carácter o introducir caracteres inadecuados en las casillas de datos, el software presenta mensajes de advertencia, indicando el tipo de error y el procedimiento a seguir.

Una vez que se han llenado las casillas de datos se da clic en el botón de calcular, de esta manera se obtienen los resultados para estas condiciones de operación y se presentan en la interfaz de “Resultados”.

Por ultimo se da clic en el botón regresar y de los botones que aparecen en la interfaz “datos del problema” se elige la opción de salir o calcular otro.

3.3 Manual de usuario del software.

Al inicio del programa se solicita la lectura de los datos de entrada que son siguientes:  Presión de trabajo del generador de vapor

 Temperatura de sobrecalentamiento  Presión de trabajo del condensador  Gasto másico

Con esta información es posible calcular cada uno de los puntos del ciclo Rankine ideal, además de intercambio de energía calorífica, trabajo de los elementos mecánicos y otros parámetros como a continuación se expone.

1. Con la presión de trabajo del generado de vapor, se calcula el punto 2 del ciclo que corresponde a líquido saturado, utilizando la base de datos (sat_pres), el programa compara el dato de presión con la base de datos, si la presión es igual el programa arrastrar los valores correspondientes; si el valor de presión no es exacta a la de la base de datos, el programa toma un valor de presión menor y otro mayor a la presión dato, después interpola los valores para obtener las características correspondientes a ese valor y por ultimo los imprime.

2. Con la misma presión se calcula el punto 3 que corresponde a vapor seco saturado igualmente con la base de datos antes mencionada y el programa realiza una operación semejante a la del punto 2.

3. Para calcular el punto 4 se usa la presión de trabajo del generador de vapor y la temperatura de sobrecalentamiento; lo que hace el programa es comparar ambos valores con la base de

datos (tab_sob_cal) de manera que se obtengan las características para estos valores. Para esto existen 4 diferentes casos que se pueden dar:

 Cuando la presión es igual a la de la base de datos y la temperatura también. Lo que hace e programa es arrastrar los valores correspondientes e imprimirlos.

 Cuando la presión es igual a la de la base de datos, pero la temperatura de sobrecalentamiento no es igual a la de la base de datos. El programa basado en el dato de presión toma un valor menor y otro mayor a la temperatura dato. Con estos datos realiza la interpolación y obtiene los resultados correspondientes a la temperatura dato y los imprime.

 Cuando la presión es diferente a la base de datos, pero la temperatura es igual. Entonces el programa toma un valor mayor y otro menor con base en la presión dato, es decir, se utilizan dos presiones, en ambos casos se toman los datos correspondientes a la misma temperatura de sobrecalentamiento. Con estos datos el programa realiza una interpolación y obtiene los resultados correspondientes a la presión dato y los imprime.

 Cuando tanto la presión como la temperatura de sobrecalentamiento son diferentes a la base de datos.- el programa toma un valor menor a la presión dato, después toma un valor menor y otro mayor a la temperatura dato y realiza una primera interpolación; después toma un valor mayor de presión y de igual forma toma un valor y otro mayor a la temperatura dato y realiza una segunda interpolación; con los valores obtenidos en la primera y en la segunda interpolación se realiza una tercera interpolación y de esta manera se encuentran los valores correspondientes para la presión y temperatura dato; y por ultimo los imprime.

4. Con la presión de trabajo del condensador, se calcula el punto 5 del ciclo que corresponde a vapor saturado, utilizando la base de datos (sat_pres), el programa compara el dato de presión con la base de datos, si la presión es igual el programa arrastrarlos valores correspondientes; si el valor de presión no es exacta a la de la base de datos, el programa toma un valor de presión menor y otro mayor a la presión dato, después interpola los valores, después el programa evalúa el valor de entropía obtenido y el valor de entropía del punto 4 para obtener el valor de calidad del vapor y así obtener las características correspondientes a ese valor y por ultimo los imprime.

5. Con la misma presión se calcula el punto 6 que corresponde a líquido saturado igualmente con la base de datos antes mencionada y el programa realiza una operación semejante a la del punto 2.

6. Para calcular el punto 1 se usa la presión de trabajo del generador de vapor y la entropía correspondiente al punto 6; lo que hace el programa es comparar ambos valores con la base