Analisis de exergia

A la cámara de combustión entran bagazo húmedo y aire a condiciones atmosféricas. De ésta salen gases de combustión más la exergía destruida en el proceso. Las exergías físicas del bagazo, de la humedad en éste, y del aire se toman como cero ya que están a condiciones ambientales, de modo que solo se considera su componente química. En todos los casos se desprecia la exergía de los residuos porsu bajo flujo másico y nivel energético. El aire y el agua no tienen exergía química ya que son sustancias que forman parte del ambiente. Por lo tanto, el balance exergético del hogar se reduce a:

Exb.s.=Exg.c.+ Exd.c. (1)
b.s. Exergía del bagazo
d.c. Exergía destruida en la combustión o en la caldera
g.c. Exergía de los Gases decombustión

El flujo exergético asociado al bagazo seco es el producto de su flujo másico por su exergía química, la cual se determina a partir de la relación (Kotas, 1995):
Exb.s.=mb.s.. exb.s.Q (2)

exb.s.QPCI=1.0438+1.882xHxC-0.25091+0.7256xHxC+0.0383xHxC1-0.3035xOxC (3)

x Fracción másica
El bagazo tiene 47 % de C; 6.5 % de H; 44 %de O y 2.5 % de cenizas.
VALOR COMBUSTIBLE DEL BAGAZO SEGUN SU HUMEDAD |
|
Humedad % | PCI del bagazo (Btu/lb) |
|   |
42.00 | 4129(2295.72 kcal/kg) |
43.00 | 4057(2255.69 kcal/kg) |
44.00 | 3982(2213.99 kcal/kg) |
45.00 | 3909(2173.40 kcal/kg) |
46.00 | 3835(2132.26 kcal/kg) |
47.00 | 3762(2091.67 kcal/kg) |
48.00 | 3687(2049.97 kcal/kg) |
49.00 | 3614(2009.38 kcal/kg)|
50.00 | 3600(2001.60 kcal/kg) |
51.00 | 3468(1928.20 kcal/kg) |

Las mediciones realizadas muestran niveles muy bajos de CO, por lo que es válido asumir combustión completa. Por esto, los productos de combustión serán especies presentes en el ambiente (O2, CO2, H2O, N2). Debido a las diferencias de concentración con el ambiente, los gases tienen una componente de exergía química, de estose deriva que el flujo exergético de los gases de combustión sea:

Exg.c.=mg.c.(exF+exQ)g.c. (4)

Donde la exergía física es (Moran and Scuibba, 1994; Kotas, 1995):

exF=jhj-h0,j-T0jsj-s0,j (5)

Y la exergía química está dada por:

exQ=Rg.c.T0jYjlnYjYjamb (6)
con j = CO2, N2, O2, H2O.Y = Fracción molar

A la zona de evaporación de jugos, o zona de proceso entran los gases procedentes del hogar y el jugo de caña, saliendo el agua evaporada del jugo, la panela, los gases de chimenea y la exergía destruida en el proceso:

Exg.c.+Exj.c.=Exgch+ Exa.e.+Exp+Exdp (7)

dp Exergia destruida en el proceso de evaporación del jugo
gch Exergia de los gases dechimenea

El jugo de caña entra a condiciones ambientales, por lo que su exergía física es cero. Se considera que éste es una solución ideal de agua y sacarosa, y que la sacarosa no participa en reacciones químicas durante el proceso de evaporación, por lo que su exergía química se puede tomar con referencia a un ambiente hipotético (Guallar and Valero, 1988), dando un valor de 7.06 kJ/kg, muchomenor que el correspondiente al cambio de energía libre de Gibbs de la reacción de formación (Kotas, 1995). La exergía química del jugo será:

exj.c.Q=XH2Oj.c.. exH2OQ+Xsacarosaj.c. .exsacarosaQ (8)

La composición del jugo se determina a partir de sus grados Brix. El flujo exergético asociado al jugo de caña se obtiene multiplicando la expresión anterior por el flujo másico de éste.El flujo exergético de los gases de chimenea se calcula de forma similar que el de los gases de combustión (ecuación 4).

Exgch=mgch(exF+exQ)gch (9)

El flujo exergético del agua evaporada será:

Exa.e.=ma.e.(exF+exQ)a.e. (10)

Donde la exergía física se calcula como:

exa.eF=h-h0a.e-T0s-s0a.e....