CICL Combinado y Motorl Cogeneracion GENERACION
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1TURBINAS DE GAS
Aire ProductosS
T
4
P = Cte
3
2
1
Wneto
Cmara de Combustin
Compresor Turbina
Combustible
TURBINA DE GAS - CICLO BRAYTON
Balance de Energa
Otros 1.5
Gases de escape 29.5Combustin 28
Trabajo 34.5Trabajo 34.5
Gases de escape 64
Balance de Energa
CICLO BRAYTON COMPONENTE TURBINA DE GAS
COMPRESOR COMBUSTOR ANULAR
-
2COMBUSTOR DE FLUJO INVERSO COMBUSTOR DE SILO
TURBINA
Aire Productos
Wneto
Cmara de Combustin
Compresor Turbina
Combustible
TURBINA DE GAS MONO-EJE
Aire Escape
Wneto
Cmara de Combustin
Compresor
Turbina dealta Presin
Combustible
Turbina deBaja Presin
TURBINA DE GAS DE DOS EJES
Aire Escape
Wneto
Cmara de Combustin
Compresorde Baja
Turbina dealta Presin
Combustible
Turbina deBaja Presin
Compresorde Alta
Turbina dePotencia
TURBINA DE GAS DE TRES EJES
-
3Tecnologa derivada de Turbinas para aviacin
Alta temperatura
Alta relacin de compresin
Alta eficiencia en ciclo abierto
Rpido y bajos costos de mantenimiento
Tamao y pesos reducidos
Lubricacin por rodamientos
Cortos tiempos de arranque
Baja inercia del rotor
Bajo consumo de energa y combustible en arranques
TURBINAS DE GAS AERODERIVADAS EFICIENCIAS EN TURBINA DE GAS INDUSTRIALES Y DERIVADAS
Altitud del sitioAltitud del sitio(300 m, 3.4% Potencia, 0% Eficiencia)(300 m, 3.4% Potencia, 0% Eficiencia)
Efecto sobre: Efecto sobre: DensidadDensidadFlujo de masaFlujo de masaTrabajo compresorTrabajo compresorTrabajo turbinaTrabajo turbina
FACTORES QUE INFLUYEN ENEL DESEMPEO DE LAS TURBINAS DE GAS
Efecto sobre: Densidad, Flujo de masa, Presin entrada turbina, Relacin de presin Turbina, Temperatura de escape,Trabajo turbina y compresor
Correcin por Prdidas de presin a la entrada
0.96
0.97
0.98
0.99
1
1.01
0 2 4 6 8 10
Cada de presin (pulg. H20)
Fact
or d
e Co
rrec
cin
Potencia Eficiencia Flujo gases Temperatura Gases
FACTORES QUE INFLUYEN ENEL DESEMPEO DE LAS TURBINAS DE GAS
Efecto sobre:Efecto sobre: Relacin de presin Turbina, Temperatura de escapeRelacin de presin Turbina, Temperatura de escapeTrabajo turbinaTrabajo turbina
Correccin por Prdidas de Presin a la Salida
0.96
0.98
1
1.02
1.04
0 5 10 15 20 25 30
Cada de presin (pulg. H20)
Fact
or d
e C
orre
cci
Potencia y Eficiencia Temperatura Gases de escape
FACTORES QUE INFLUYEN ENEL DESEMPEO DE LAS TURBINAS DE GAS
Afecta: Densidad, Flujo de masa, Relacin de compresinAfecta: Densidad, Flujo de masa, Relacin de compresin
Factores de Correccin por Temperatura Ambiente
0.72
0.8
0.88
0.96
1.04
1.12
30 60 90 120
Temperatura (F)
Fact
or d
e C
orre
cci
n
Potencia Eficiencia Flujo gases Temperatura Gases
FACTORES QUE INFLUYEN ENEL DESEMPEO DE LAS TURBINAS DE GAS
-
4Factores de Correccin por Poder Calorfico
0.995
1
1.005
1.01
1.015
1.02
12000 14000 16000 18000 20000 22000 24000
Poder Calorfico (Btu/lb)
Fact
or d
e C
orre
cci
n
Potencia Eficiencia
FACTORES QUE INFLUYEN ENEL DESEMPEO DE LAS TURBINAS DE GAS
Eficiencia a carga parcial
05
101520253035
0 20 40 60 80 100
Porcentaje de carga (%)
Efic
ienc
ia (%
)
Eficiencia sin IGV Eficiencia con IGV Tem peratura de gases de escape a carga parcia l
0200400600800
1000
0 20 40 60 80 100
Porce ntaje de carga
Tem
pera
tura
(F)
T. Sin IGV (F) T. con IGV (F)
OPERACIN BAJO CARGA PARCIAL
Silenciadores
Filtros de Entrada, lavado del compresor
Sistema de Arranque
Sistema de Lubricacin
Sistema de Combustible
Sistema de tratamiento de agua
SISTEMAS AUXILIARES
CICLOS COMBINADOS
CC
CALDERA
COMPRESOR
Gases de escapeturbina de gas.
CICLO DE VAPOR
GENERADOR
.
TURBINA DEVAPOR
CONDENSADOR
BOMBA
GENERADORTURBINA DEGAS
CICLO DE GAS
Entrada de aire
Agua saturada
1
8 7
6
4
5
32
DIAGRAMA TERMODINAMICOCICLO COMBINADO
CICLO COMBINADOFLUJOS
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5Ciclo Combinado (1 presin)Ciclo Combinado (1 presin) Ciclo Combinado (2 Presiones)Ciclo Combinado (2 Presiones)
INSTALACION DE UNA PLANTA TURBOGAS CON CALDERA DE RECUPERACION
CALDERADE RECUPERACION
CHIMENEA
TURBOGASGENERADOR
TOMA DE AIRE
PUENTEGRUA
DOMO DEVAPOR
TURBOVAPOR
Caldera de Recuperacin(1 presin -proceso/ciclo STIG)
Caldera de Recuperacin(2 presiones -proceso/ciclo STIG)
Caldera de Recuperacin(Turbina de Contrapresin)
Caldera de Recuperacin(Turbina de Condensacin)
CONFIGURACIONES CALDERA DE RECUPERACION
CALDERA DE RECUPERACIN
(3 PRESIONES -PROCESO/TURBINA DE CONDENSACIN)
PLANTA CICLO COMBINADO 1350 MW
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6CICLO COMBINADOCICLO COMBINADO
Prdidas en la Turbina de gas
1%Produccin de Potencia en la Turbina de gas
33%
Prdidas en la chimenea
22%
Produccin de Potencia en la
turbina de vapor20%
Calor en el condensador
23%
Prdidas de vapor
1%
CICLO COMBINADO (1 EJE)CICLO COMBINADO (1 EJE)
PLANTA CICLO COMBINADO (DOS EJES)PLANTA CICLO COMBINADO (DOS EJES) PLANTA CICLO COMBINADO PLANTA CICLO COMBINADO (DOS EJES (DOS EJES -- QUEMA SUPLEMENTARIA)QUEMA SUPLEMENTARIA)
PLANTA CICLO COMBINADO PLANTA CICLO COMBINADO (DOS EJES (DOS EJES -- COGENERACIONCOGENERACION--
CALENTAMIENTO RESIDENCIAL)CALENTAMIENTO RESIDENCIAL)
CALDERA DE CALDERA DE RECUPERACIONRECUPERACION
DE CALOR (HRSG)DE CALOR (HRSG)
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7Diseo HorizontalDiseo Vertical
RECUPERACION DE CALOR RECUPERACION DE CALOR
CICLO STIG
CICLO STIG(STEAM INJECTED GAS)
- Aumento de potencia alrededor de 15%
- Reduccin de Nox
- Reduccin de la temperatura de
combustin por mezcla del oxigeno en
el aire de combustin
- En Turbina LM 5000
(Ciclo abierto 37 MW, STIG 45 MW)
TURBINA DE GAS (STIG) TURBINAS DE GAS CON INYECCION DEVAPOR (STIG)
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8CICLO STIG CON ENFRIADOR
COGENERACION
Cogeneracin
Definicin:
Produccin combinada y secuencial de energa elctrica y/o mecnica y vapor o calor para proceso.
BeneficiosEnergticos
Alta eficienciaEconmicos
Ahorro por costos de combustible y compra de energa elctrica
AmbientalesReduccin de emisiones contaminantes
Energa ElctricaEnerga ElctricaEnerga Elctrica Generador de calorGenerador de calorGenerador de calor
CompraEnerga Elctrica
CompraCompraEnerga Energa ElctricaElctrica
CalorCalorCalor
Situacin sin cogeneracin
Situacin con cogeneracin
Unidad de cogeneracinUnidad de cogeneracin UsuarioUsuario
Energa ElctricaEnerga Elctrica
Energa ElctricaEnerga Elctrica
CalorCalor
VentaEnerga Elctrica
VentaEnerga Elctrica
CompraEnerga Elctrica
CompraEnerga Elctrica
COMPARACION ENTRE UN SISTEMACONVENCIONAL Y DE COGENERACIN
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9ESQUEMA DE UNA INSTALACIN COGENERADORA
Combustible F2
GGeneracin kW2
Retorno
Combustible F1Vapor Q proceso
Caso con Cogeneracin
Vapor Q proceso
Auxiliares AUX2
Combustible Cargable a Potencia: (Combustible F2 - Combustible F1)(kW2 - AUX2 + AUX1)
Auxiliares AUX1
Eficiencia de Calor y Electricidad Combinada : ( Q proceso + kW2 ) / Combustible F2
Retorno
Caso sin Cogeneracin
Combustible F2
Combustible F1
Electricidad
Establecimiento
CargaElctrica
CargaTrmica
Evp
Eee
Qba
Qvp
Inst. Cogeneradora
G
INSTALACIN COGENERADORA CON BASE ENTURBOVAPOR
BALANCE DE ENERGIA EQUIPO DE GAS BALANCE ENERGETICO PLANTA DIESEL
BALANCE ENERGETICO PLANTA DIESEL(COGENERACION)
SISTEMA DE COGENERACIONMOTOR RECIPROCANTE
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10
SISTEMA DE COGENERACIONTURBINA DE GAS
SISTEMAS DE COGENERACIONTURBINA DE VAPOR
SISTEMA DE COGENERACIONRELACION CALOR-POTENCIA
EFICIENCIAS DE DIFERENTES TECNOLOGAS DE COGENERACIN
Elctrica (%) Trmica (%)
Microturbina 30 50
Ciclo combinado 57 33
Motor reciprocante (aprovechando calor de gases de combustin y calor del sistema de enfriamiento)
40 30
Turbina de gas sin post-combustin. 38 47
Turbina de gas con post-combustin. 38 42
TECNOLOGIA DE COGENERACIONEficiencia Eficiencia
Turbina de vapor 33 52
Ahorro econmico: Se consiguen importantes ahorros que
provienen principalmente de la diferencia de coste que existe
entre la energa elctrica comprada a la red y la obtenida por
cogeneracin, y tambin porque el coste de la energa trmica
que se produce simultneamente con la elctrica es muy inferior
al de otros sistemas.
Independencia, estabilidad y seguridad del suministro: El uso
del gas natural como energa primaria en los sistemas de
cogeneracin proporciona al usuario independencia de la red
elctrica, ya que garantiza la continuidad del suministro para
equipos y maquinarias.
VENTAJAS DE LA COGENERACION
Ahorro de energa primaria para el pas: La cantidad de energaprimaria para producir electricidad con un sistema de cogeneracin es sensiblemente menor que la necesaria en una central trmica convencional, al mismo tiempo que se evitan costes asociados a las prdidas en el transporte y la distribucin de la energa elctrica.
Menor impacto ambiental: El mayor rendimiento y empleo del gas natural como combustible hace que la cogeneracin sea una de lasformas ms eficientes ambientalmente de uso y generacin de energa elctrica.
En el sector industrial est ampliamente difundida en industriaspapeleras, qumicas y agroalimentarias
VENTAJAS DE LA COGENERACION
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EJEMPLO DE COGENERACION
Una instalacin industrial requiere 191,000 lb/h de vapor saturado a 150 psig con retorno despus de proceso a 66C (150F). La industria puede comprar carbn a 1.5 US$/Mbtu o gas natural a US$ 3.50 el MBtu. La instalacin industrial requiere de 40 MW de potencia. El precio de la electricidad es de 0.05 US$/kWh y la tarifa de recompra (la red compra energa particulares) de la electrificadora pblica s 0.04 US$/kWh. El factor de carga de la industria es de 8000 h/ao.
EJEMPLO DE ANALISIS FINANCIERO PARA LLEVAR A CABO PROYECTOS COGENERACION - PLANTA NUEVA
La industria puede evaluar cuatro opciones:
1 .Instalar una caldera con quemador de gas para las necesidades de vapor de proceso y compra 40 MW de electricidad a la red pblica
2 .Instalar un sistema cogenerador a carbn, de tamao ajustado para suplirlos requerimientos de vapor y comprar el dficit de potencia a la red pblica.
3. instalar una turbina a gas modelo 6 con HrSG, en ciclo sencillo para suministrar el vapor de proceso.
4 .Instalar una turbina a gas modelo 7 con HRSG y una turbina a vapor en un ciclo combinado.
El anlisis determinar cual sistema debera comprar la compaa
EJEMPLO DE ANALISIS FINANCIERO PARA LLEVAR A CABO PROYECTOS COGENERACION - PLANTA NUEVA
CONFIGURACION DE UN SISTEMA DE COGENERACION CON QUEMADOR DE CARBON
1250 PSIG/900 F22020 #/hr
CALDERA289 MBTU/HR
TURBINA
9150 KW NETO
CALENTADOR
CALENTADOR
192100 #/HR
12300 ROCIO
191200 #/HR
BOMBA DEALIMENTACION
27800 #/HR
4218 MBTU/HRCOMBUSTIBLE
GENERADOR
33900 KW
TURBINA DE GAS
HRSG
191200#/HR150 PSI/SATURADO
RETORNO DE PROCESO150 F
BOMBA DE ALIMENTACIN
CALENTADOR
CONFIGURACION DE UN SISTEMA DE COGENERACION CON TURBINA A GAS MODELO 6 Y HRSG
890 MBTU/HRCOMBUSTIBLE
GENERADOR
73360 KW
TURBINA DE GAS
HRSG
BOMBA DE ALIMENTACIN
GENERADOR
23950 KW
1250 PSI/900FTURBINA DE VAPOR
CONDENSADOR
LP 191200 #/HR
LP 191200 #/HR
152400#/HRHP
LP
266500 #/HR
NOTAS:114100 #/HR EXTRACCION DE VAPOR A TURBINA7800 #/HR ROCIO DE ATEMPERACION152400 #/HR 108F CONDENSANDO
CONFIGURACION DE UN SISTEMA CON TURBINA A GAS MODELO 7 Y HRSG TURBINA DE VAPOR
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(1)Caldera a
carbn
(2)Sistema cogen,a carbn, con
depurador
(3)Sistema conGT modelo 6
y HRSG
(4)Sistema conGT modelo 7y HRSG conQuemador
Combustible (MBtu/h) 245 289 422 890Costo Combustible(US$/MBtu) 3.5 1.5 3.5 3.5Potencia generada (kW) 0 9.150 33.900 96.310Potencia comprada (kW) 40.000 30.850 6.100 -56.310Tarifa Electricidad (US$/kW) 0.05 0.05 0.05 0.04Costo de instalacin (M US$) 12.30 36.70 28.20 70.70
Costo anuales de operacin(M US$/ao)
0.80 1.90 1.30 1.90
Costos anuales de mantenimiento(M US/ao)
0.36 0.96 0.72 1.80
Horas anuales de operacin(h/ao)
8.000 8.000 8.000 8.000
Resultados EconmicosCosto de combustible (M US$/ao) 6.86 3.47 11.82 24.98Compras a red pblica (M US/ao) 16.00 12.34 2.44 -18.02Costos de O&M (M US$/ao) 1.16 2.86 2.02 3.70Total costos anuales (M US/ao) 24.02 18.67 16.28 10.60
Beneficio anual de la cogeneracin(M US$/ao)
Referencia 5.35 7.74 13.42
Periodo de retorno de la inversin Referencia 4.58 2.05 4.35Tasa Intena de Retorno del proyecto(% anual)
Referencia 19 38 19
RESUMEN DE DESEMPEO DE CICLOS TERMICOS INDUSTRIALES PARA UNA NUEVA PLANTA COGENERADORA RESULTADOS OBTENIDOS
Considerando el caso de la caldera a gas (1) como caso de referencia, todos los ciclos de cogeneracin tienen costos de operacin ventajosos con relacin al caso base. El periodo de retorno de la inversin adicional en cogeneracin se muestra tambin. El modelo 6 tiene mejor retorno de inversin incremental: 2.05 aos.
Se presenta tambin un clculo de retorno de inversin basado en un flujo de caja de 15 aos, con un escalamiento de costos del 5% anual. El modelo 6 tiene mejor tasa de retorno de inversin.
Los ciclos de cogeneracin son usualmente buenos proyectos para inversin en instalaciones industriales nuevas de tamao mediano y grande que requieran tanto de calor de proceso como de electricidad.
TRIGENERACION
Mediante la utilizacin de equipos de absorcin o compresin de la instalacin de cogeneracin, se puede emplear la energa trmica para la produccin de fro (agua enfriada a 8C), utilizable para climatizacin o procesos industriales.
TRIGENERACION
CALOR + FRIO + ELECTRICIDAD
TRIGENERACION CON TURBINA DE GAS GENERACION DE ENERGIA CON ENFRIAMIENTO(COMPRESION) Y ELECTRICIDAD
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GENERACION DE ENERGIA CON ENFRIAMIENTO(ABSORCION) Y ELECTRICIDAD
Los sistemas de absorcin estn diseados para recuperar energas de bajo nivel trmico y los gases de escape de una turbina de gas o el calor que se recupera del circuito de refrigeracin de un motor son fuentes ideales. El consumo de calor para absorcin permite poner, a veces, una turbina de gas mayor, lo que mejora el rendimiento elctrico y global del ciclo. El mayor consumo de fro y, por tanto, de absorcin suele coincidir con uno menor de vapor, con lo que la instalacin funciona en condiciones de carga menos variables a lo largo del ao.
VENTAJAS DE LA TRIGENERACION
REFRIGERACIONPOR ABSORCION
REFRIGERACION
DEFINICION:
EVACUACION DE CALOR, SEGN LA 2a LEY DE LA TERMODINAMICO, EL CALOR NUNCA PASA DE UN CUERPO DE TEMPERATURA MAS BAJA A OTRO DE TEMPERATURA MAS ELEVADA. (SOLO PUEDE EXTRAERSELE CALOR INTERCALANDO UN PROCESO CICLICO DE FRO)
PRINCIPIO:
ENFRIAMIENTO SE INTERPRETA COMO UN PROCESO DE TRANSPORTE EN EL SE BOMBEA CALOR DE UN NIVEL DE TEMPERATURA MAS BAJO A OTRO MAS ALTO.
COMPARACION DE CICLOS DE REFRIGERACIN POR COMPRESION Y ABSORCION
REFRIGERACION POR COMPRESION
- COMPRESION MECANICA CONVENCIONAL
- SISTEMA ELECTRICO ES MOVIDO POR UN MOTOR
- EL FLUIDO ABSORBE CALOR CUANDO HIERVE Y LO DEVUELVE CUANDO CONDENSA (FLUIDO REFRIGERANTE)
- EL REFRIGERANTE DEBE HERVIR A UNA TEMPERATURA MENOR QUE LA TEMPERATURA INTERIOR DE DICHO RECINTO FRIO.
- COMPRESION MECANICA DEL VAPOR DEL REFRIGERANTE ASPIRADO DEL EVAPORADOR.
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REFRIGERACION POR ABSORCION
- SE OBTIENE MEDIANTE LA EVAPORACION DE UN FLUIDO.
- COMPRESION TERMICA DEL FLUIDO, EN EL QUE PRIMERO SE
ABSORBE Y DISUELVE MEDIANTE LIQUIDO APROPIADO COMO
MEDIO DE ABSORCION.
- AFINIDAD FISICOQUIMICA ENTRE PAREJAS DE COMPUESTOS
(AGUA-AMONIACO Y BROMURO DE LITIO Y EL AGUA).
- NO UTILIZAN CFSs NI HCFCs, QUE SON CAUSANTES DEL
EFECTO INVERNADERO Y LA DESTRUCCION DE LA CAPA DE
OZONO.
RENDIMIENTO DE LOS EQUIPOS DE REFRIGERACION
EL COEFICIENTE DE OPERACIN (COP) ES LA MANERA DE EXPRESAR LA EFICIENCIA DE UN SISTEMA PRODUCTOR DE FRIO. CUANTO MAS GRANDE SEA EL COP MENOR SERA LA ENERGIA NECESARIA Y ESTE VARIA EN FUNCION DE LAS CONDICIONES DE OPERACIN DEL EQUIPO.
COP = FRIO OBTENIDO + CALOR DE RECUPERACIONCOMBUSTIBLE UTILIZADO
EFCE= EFICIENCIA GLOBAL DEL CICLO ENERGETICO
REFRIGERACION POR ABSORCION
EVAPORADOR
REFRIGERACION POR ABSORCION
ABSORBEDOR
REFRIGERACION POR ABSORCION
ABSORBEDOR - EVAPORADOR
REFRIGERACION POR ABSORCION
GENERADOR - CONDENSADOR
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REFRIGERACION POR ABSORCION
CICLO DE ABSORCION
REFRIGERACION POR ABSORCION
FUNCIONAMIENTO EN PARALELO CON EQUIPO ELECTRICO
REFRIGERACION POR ABSORCION
EVACUACION DE LOS PRODUCTOS DE COMBUSTION
SELECCIN DE TECNOLOGIA
1.0 2.0 3.0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0
RELACION POTENCIA/CALOR
FESR
TURBINAS DE CICLO CERRADO
TURBINAS DE VAPOR
DIESEL
CICLOSCOMBINADOS
TURBINA DECOMBUSTION
RELACION DEAHORRO DE COMBUSTIBLE/ENERGIA Y LA RELACION POTENCIA/CALOR PARA
TEMPERATURA DE 180C (350F)
SISTEMA CAPACIDAD (MW)
RELACINPOTENCIA CALOR
(KW/MBTU/H)TIPO DE COMBUSTIBLE APLICABILIDAD YCARACTERSTICAS
CICLOS SUPERIORES
Con Motores Diesel 0.5 a 2.5 400:1Aceites combustibles destilados ligeros oresiduales, tambin gas natural
Industrias que requieren poco vapor. Lacapacidad de generacin de electricidades alta.
Con turbina a Gas 0.5 a 75 200:1Gas natural, gases sintticos de bajo Btu,aceites destilados ligeros, etanol y metanol
Se puede producir un exceso deelectricidad, la instalacin debera sercapaz de vender este exceso
En Ciclo Combinado(Turbina a Gas / Turbinade vapor)
1 a 150 150:1
Combustibles lquidos y gaseosos para laturbina a gas. Las calderas de vaporpueden usar combustibles slidos, lquidoso gaseosos.
Requiere de transmisin de electricidaden los casos donde toda la energaelctrica no pueda ser consumida por laindustria.
Con Turbina de Extraccin 1 a 600 45 a 75 :1Mayor flexibilidad en el uso de combustibles Cogeneracin preferida por las
empresas de energa. Adaptabilidad alos requerimientos de vapor de proceso.
Con turbina deContrapresin 1 a 600 45 a 75 :1
Mayor flexibilidad de combustible (de todotipo)
Industrias donde el vapor se requierecomo parte del calor de proceso.
CICLOS INFERIORES
Con caldera derecuperacin de calor 0.5 a 10
Calor alta temperatura que de otra forma sedesperdiciara
Incineradores y hornos industriales
Con mquina de Rankinecon fluidos orgnicos 0.5 a 1
Calor de desecho a temperatura superior a318C (600F)
Los fluidos orgnicos son txicos einflamables, por tanto peligrosos.
CARACTERISTICAS DE VARIOS SISTEMAS DE CONVERSION DE ENERGA USADOS EN INSTALACIONES
COGENERADORAS INDUSTRIALES
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EJEMPLO DE TRIGENERACION
PLANTA TRIGENERACION BURNS & McDONALD
Patrocinador: Departamento de Energa de Estados Unidos
Desarrolladores Grupo Burns & Mc Donnell quienes invirtieron en
Inversin 3 millones de dlares
Configuracinuna unidad modular para generar 5.2 MW con un paquete turbina-generador Taurus 60 (Solar Turbines) y el sistema de enfriamiento porBroad USA.
Tamao de la Planta4000 pies cuadrados para la casa de mquinas, equipo de calentamiento y enfriamiento.
EficienciaLa eficiencia alcanzada por el sistema utilizando la generacin de electricidad y enfriamiento es alrededor de 70% o superior utilizando un combustible base.
PROYECTO DE TRIGENERACIONAbsorbedoresEl calor residual de la turbina de gas puede generar hasta 800 toneladas de refrigeracin por 1 MW generado.
Beneficios econmicosAprovechando el calor residual, el coeficiente de operacin COP del absorbedor aumentara a 1.6 desde 1.2 usando el calor residual como suplemento utilizar el gas natural.
El propsito del diseo del sistema es usar el calor residual de la turbina de gas en un equipo de enfriamiento por absorcin y como suplemento utilizar gas natural para un enfriador secundario por absorcin.
Utilizando en calor residual y con el aprovechamiento se reduce la necesidad de una caldera de recuperacin de calor, diseo tpico de los sistemas de cogeneracin con turbina de gas.
Eliminando la caldera de recuperacin de calor la instalacin tendra un ahorro de US $500.000.
PROYECTO DE TRIGENERACION
PLANTA TRIGENERACION OXAQUIM
Desarrollador: Guascor EnergaEmpresa: OXAQUIM (Espaa)Productos: Acido OxlicoOperacin: 24 horas/da - 365 das/ao
PLANTA TRIGENERACION OXAQUIM
Equipos: 10 motores a gas GUASCOR FLGD 480 potencia instalada de 6.6 MW Energa ElctricaLa energa elctrica es generada por 10 alternadores de 800 KVAcada uno a la tensin de 660 V. Los alternadores trabajan acoplados en paralelo a la red de la compaa elctrica, siendo exportada a sta la energa elctrica no consumida por el proceso.
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Energa Trmica El vapor necesario para el proceso es suministrado por dos calderas de recuperacin del calor de los gases de escape de los motores,capaces de producir 2.600 Kg/hora de vapor saturado a la presin de 8 bares.
Agua Caliente y Agua FraEl agua a 70 necesaria en el proceso se obtiene utilizando el agua caliente procedente del circuito de refrigeracin de los motores. Parte de este agua es utilizada para convertirla en agua fra a 7 mediante una mquina de absorcin de bromuro de litio, sin prcticamente consumo de energa elctrica.
PLANTA TRIGENERACION OXAQUIM
TECNOLOGIA DIESEL
PRINCIPIO TERMODINAMICO(CICLO DIESEL)
4
P
v
1
2
3
(1-2)Compresin del aire hasta que alcanza la temperatura de autoignicin
(2-3), se inyecta el combustible dentro del cilindro donde ocurre el proceso de combustin
(3-4) generndose el desplazamiento del pistn
Los motores diesel se diferencian entre ellos de acuerdo a las siguientes caractersticas:
Tipo de inyeccin: directa o indirecta.Tipo de ciclo: de 2 o 4 tiempos.Velocidad de rotacin: baja, media o alta.Tipo de enfriamiento: con aire o agua.
Tipo de alimentacin: aspirado o sobrealimentado.
CARACTERSTICAS DE LOS MOTORES DIESEL
PASO DE LOS DIFERENTES SISTEMAS POR EL INTERIOR DE UN MOTOR DIESEL
Combustible
Aceite refrigerante y lubricante
Agua
Aire de alimentacin
Gases de escape
Agua del motor para enfriamiento delaire de alimentacin
INYECCION DIRECTA
El combustible (por ejemplo el ACPM) es inyectado directamente sobre el pistn. En la fase de compresin, el aire llega a presiones de 30 - 50 bar y a una temperatura de 700C.
INYECCION INDIRECTA
En este caso, la inyeccin no se hace directamente en el cilindro, es realizada en una precmara conectada al cilindro a travs de un ducto.
Esto permite aumentar la velocidad de rotacin del motor hasta ms de 5000 RPM (con la inyeccin directa no se superan las 3500 RPM); y as aumentar simultneamente la potencia desarrollada.
TIPO DE INYECCION
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TIPO DE CICLO
En un motor de dos tiempos un ciclo completo consiste de: (i) Admisin y compresin del aire (o de mezcla aire combustible cuando la inyeccin es indirecta) e inyeccin del combustible y (ii) explosin y escape de los gases de combustin.
DOS TIEMPOS
CUATRO TIEMPOSEn un motor de cuatro tiempos un ciclo completo consiste en: (i) Admisin del aire o de la mezcla aire-combustible; (ii) compresin del aire o de la mezcla; (iii) expansin de los gases de combustin; (iv) escape de los gases de combustin. Estos motores tienen mejor funcionamiento a carga parcial que los motores de dos tiempos, por tal razn se emplean en aplicaciones que requieran una variacin considerable en la carga.
COMPRESION COMBUSTION ESCAPE BARRIDO YADMISION
BUJIA O TOBERAPARA
COMBUSTIBLE
LUMBRERASDE ADMISION
ADMISINDE AIRE
LUMBRERADE ESCAPE
VELOCIDAD DE ROTACION
De acuerdo a la velocidad a la que los diferentes motores giran, varan sus caractersticas constructivas y robustez de manera inversa; a menor velocidad, mayor ser su tamao.
Motores de baja velocidadSon aquellos motores que giran mximo a 300 rpm.
Motores de media velocidadEstos motores giran en un rango entre 300 y 900 rpm.
Motores de alta velocidadLa velocidad de rotacin de estos motores es superior a las 900 rpm
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
BAJA
600
720
900
1200
1800
RPM
POTENCIA (kW)
POTENCIAS DISPONIBLES COMERCIALMENTEEN MOTORES DIESEL
MARCA RPM kW Longitud(mm)
Ancho(mm)
Altura(mm)
No. cilind. ydispos.
Volumen(m3)
Peso(Tons.)
MAN 720 900 6360 1600 2815 7L 28.65 14.3MAN 900 900 6105 1380 2383 6L 20.08 12.9MAN 1200 900 5380 1000 2110 9L 11.35 9.4PAXMAN 1200 2100 3798 1450 2178 18V 11.99 10.2PAXMAN 1800 2100 2971 1660 2175 12V 10.73 7.5RUSTON 720 2100 4027 1705 2840 16V 19.50 14.6RUSTON 900 2100 3315 1705 2840 12V 16.05 12.1YANMAR 720 500 2718 1208 2130 6L 6.99 5.8YANMAR 900 500 2486 1134 2110 6L 5.95 5YANMAR 1200 500 2203 1135 1810 6L 4.53 3.5YANMAR 1800 500 1882 1138 1673 6L 3.58 2.7
RELACIN ENTRE VELOCIDADES DE ROTACIN, PESOS Y VOLMENES
Motor reciprocante
Distribucin de la energa en un motor reciprocante
Alim
enta
cin
ene
rgt
ica
100%
(gas
99%
, com
bust
ible
pilo
to 1
%)
Energa mecnica 44%
Aire de sobrealimentacin 11.3%Aceite lubricante 4.6%Agua de refrigeracin motor 5.2%
Calorutilizable42.4%Intercambiador de calor
de gases de escape 21.3%
Ener
ga
trm
ica
56%
Gasesdeescape32.7%
Chimenea 11.4%
Perdidas13.6%Radiacin 2,2%
Relacin Potencia-Calor = 1.097
Caldera degases de escapeUtilizacin
de calorde losgases deescape
Sistema agua derefrigeracin motorAprovechamientotrmico de
agua derefrig. delaire de carga1a etapa
Aprovechamientotrmico delaceite
Enfriador deemergencia
Circuito aguacaliente/recalentada
Sistema de aguade refrigeracindel aire de carga
Torre deenfriamiento
Sistema deaceite lubricante
Motor reciprocante
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DISTRIBUCION DE PLANTAMOTOR DIESEL
ANALISIS ECONOMICOGENERACION DIESEL
CLCULO DEL COSTO INDICE DE PRODUCCIN DE LA ENERGA ELCTRICA (CIP)
Este indicador econmico permite conocer cual debera ser el precio mnimo de la unidad de energa producida, teniendo en cuenta los costos de inversin y de produccin, para que se recuperen los costos anteriormente mencionados y se obtenga una rentabilidad mnima del proyecto.
Para deducir la expresin que calcula este costo ndice, primerose realizar un flujo de fondos del proyecto
ANALISIS ECONOMICOGENERACION DIESEL
I : Corresponde a la inversin del proyectoY : Son los ingresos del proyectoCT : Son los costos totales de produccin del proyecto,para este caso O&M y combustible.
Ahora para el caso de este tipo de proyectos, ste producir energa, que est relacionada con la capacidad de la planta y elfactor de utilizacin de sta. Entonces la energa se puede expresar como:
Eg = Cap * 8760 * DDonde :
Eg : Es la energa producida en un ao y est expresada enkWh
Cap : Es la capacidad de la planta [kW]
8760 : Son el nmero total de horas en un ao
D : Disponibilidad de la planta
ANALISIS ECONOMICOGENERACION DIESEL
Los costos necesarios para la produccin de energa son para este caso los de Operacin y Mantenimiento (O&M) y los costos de combustible. De acuerdo a lo anterior los costos totales de produccin del proyecto seran:
CT= CO + CM + CCDonde :
CT : Costo total de produccin [US$/ao]
CO : Costo total de operacin [US$/ao]
CM : Costo total de mantenimiento [US$/ao]
CC : Costo total de combustible [US$/ao]
ANALISIS ECONOMICOGENERACION DIESEL
ANALISIS ECONOMICOGENERACION DIESEL
El costo del combustible el cual es variable dependiendo de la curva de carga, el porcentaje de carga al que opera cada motor, su consumo especfico de combustible y nmero de horas de operacin se hallan de acuerdo a la siguiente expresin:
CC = Eg * HR * PC
Donde :
HR : Es el consumo especfico de combustible de la planta expresadoen [kg/kWh]PC : Es el precio del combustible expresado en [US$/kg]
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20
A su vez los costos de mantenimiento estn dados por:
CM = 0.45 * CD*EgDonde :
CD : Costo por depreciacin de la planta expresado en [$/kWh], entonces:
CD = I / GT
I : Costo de inversin de cada mquina expresado en [US$]
GT : Generacin total de cada mquina de la planta expresado en [kWh/unidad] producto de la potencia [kW] y la vida til [horas].
ANALISIS ECONOMICOGENERACION DIESEL
ANALISIS ECONOMICOGENERACION DIESEL
El costo de operacin corresponde a un porcentaje de la sumatoria entre el costo anual de combustible CC y el costo anual de lubricantes CAL, y se halla con la siguiente expresin:
CO = 0.1 (CC + CAL)Donde :
CAL = CEL + CL Donde CEL es el consumo especfico de lubricante expresado en [kg/kWh] y CL es el costo del lubricante expresado en [$/kg]. Para motores hasta de 2000 kW de potencia el CEL es de 0.0044 kg/kWh y motores con rangos de potencia entre 2500 y 5000 kW es de 0.0020kg/kWh.
Teniendo identificado los costos del proyecto tanto en sus fases de inversin como de operacin, es necesario encontrar un valor de referencia de venta de la energa, para que a este valor se recuperen los costos (tanto de inversin como de operacin), teniendo en cuenta un costo de oportunidad de los fondos comprometidos en elproyecto, es decir teniendo en cuenta una rentabilidad para el proyecto.
Si se tiene en cuenta que los ingresos provendran de la venta de energa, entonces los ingresos se podran expresar como:
Y = Eg * CIP
Donde CIP es el costo ndice de produccin, entendido como el mnimo precio de venta que podra ofrecer el proyecto para recuperar los fondos invertidos en el proyecto, expresado en US$/kWh.
ANALISIS ECONOMICOGENERACION DIESEL
ANALISIS ECONOMICOGENERACION DIESEL
VPN (Inv+CT)= I + CT
iCT
iCT
iCT
inn
nn( ) ( )
.....( ) ( )1 1 1 11
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11+ + + + + + + +
VPN (Inv+CT)= I +CT
ijj
j
n
( )11 +=Para que el proyecto tenga factibilidad se necesita que por lo menos los ingresos cubran los costos totales de Inversin y produccin, y despejando CIP se obtiene el valor mnimo de venta que satisface la anterior condicin.
VPN (Inv+CT)= VPN (ingresos)
I + j
njj
jj
j
nCTi
CIPE
i= = + = +1 11 1( ) * ( )
CIP =(I+ CT
ijj
j
n
( )11 += ) / (E
ij
jj
n
( )11 += )CIP = Inversin + VPN (Costos totales de produccin)
VPN (Energa)
Es importante anotar que este CIP sirve como un indicador de refEs importante anotar que este CIP sirve como un indicador de referencia, ya erencia, ya que no tiene en cuenta los aspectos financieros y tributarios quque no tiene en cuenta los aspectos financieros y tributarios que seran e seran particulares a cada proyectoparticulares a cada proyecto.
ANALISIS ECONOMICO GENERACION DIESEL DATOS DE ENTRADA (6 HORAS DE OPERACIN)
DATOS GENERALES DEL PROYECTO
Capacidad de un motor diesel (kW) 2,000No de Maquinas 1Potencia Planta (kW) 2,000Horas de operacin al ao 8,760Disponibilidad de la planta 25.0%Factor de correccin por altitud 90.0%Factor de correccin por temperatura 98.0%
Ao de Inicio del Proyecto 2,002Ao de Culminacin del Proyecto 2,017Indice de Precios al Consumidor (IPC) (%) 10.0%Indice de Precios al Productor (IPP) (%) 9.0%Variacin del Tipo de Cambio (%) 8.0%Tasa de Descuento del Proyecto Corriente 25.0%TRM Arranque 2,300Inflacin Internacional 1.00%
CIP
0.218 US$/kWh
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DESCRIPCION DE TECNOLOGIAS
CO: 0.3-0.7 CO: 1-2 CO: 9-50ppm CO: