Bachiller

Ciclo de Rankine
En la industria cementera existe un elevado potencial para la generación eléctrica a partir de los calores residuales del proceso. Ese calor residual se puede convertir en energía eléctrica que cubra parcialmente la demanda a través de un ciclo de Rankine orgánico (ORC), constituyendo así una planta de cogeneración en ciclo de cola.
Los ciclos de Rankine orgánicos (ORC) son unatecnología conocida desde hace años para aplicaciones en las que se precisa transformar en energía eléctrica calor de media y baja temperatura (por debajo de 300ºC). El uso como ciclos de cola para procesos industriales resulta especialmente atractivo.
Desde un punto de vista tecnológico los ciclos ORC presentan características específicas y diferenciadas respecto al ciclo de Rankineconvencional que conducen a equipos mucho más compactos que los empleados en el ciclo con agua, permitiendo suprimir algunos elementos, como el desgasificador.
En este trabajo se analiza la viabilidad técnica de un ciclo ORC para una cementera de vía seca y horno de satélites. Para ello se explora tanto el fluido más adecuado como la configuración de ciclo que maximiza la energía eléctrica producida. Elestudio de viabilidad técnica se completa con el análisis de la planta fuera del punto de diseño estudiando sus prestaciones según el excedente de calor del proceso de producción de cemento, así como las variaciones del foco frío a lo largo de un año tipo en Toledo.
El trabajo culmina analizando la viabilidad económica del proyecto.
El consumo medio de electricidad en la fabricación del clinkerviene establecido en 50,6 kWh/ton. De ellos aproximadamente el 25% (12,5 kWh/ton) se produce durante la molienda de crudo, el 35% (17,5 kWh/ton) en la molienda del cemento y el 40% restante (20 kWh/ton) en actividades diversas. Puede estimarse que en un día tipo se dedican 12 horas a la molienda de crudo, 8 horas a la de cemento y durante las 4 horas restantes no hay consumo eléctrico para losmolinos.
En cuanto a los calores excedentarios del proceso se establecen en 1.260 kJ/kg de clinker (medidos respecto a 20ºC). Esa potencia térmica está disponible a 360ºC y en la realidad puede ser enfriada hasta 130ºC para evitar problemas de condensaciones ácidas. Dicho calor excedentario se obtiene de los gases del horno de clinker una vez han salido de los ciclones. Cuando los molinos de crudoestán operando el 20% de dichos gases se conduce a ellos para operaciones de sacado.
Proceso
El ciclo Rankine es un ciclo de potencia representativo del proceso termodinámico que tiene lugar en una central térmica de vapor. Utiliza un fluido de trabajo que alternativamente evapora y condensa, típicamente agua (si bien existen otros tipos de sustancias que pueden ser utilizados, como en los ciclosRankine orgánicos). Mediante la quema de un combustible, el vapor de agua es producido en una caldera a alta presión para luego ser llevado a una turbina donde se expande para generar trabajo mecánico en su eje (este eje, solidariamente unido al de un generador eléctrico, es el que generará la electricidad en la central térmica). El vapor de baja presión que sale de la turbina se introduce en uncondensador, equipo donde el vapor condensa y cambia al estado líquido (habitualmente el calor es evacuado mediante una corriente de refrigeración procedente del mar, de un río o de un lago). Posteriormente, una bomba se encarga de aumentar la presión del fluido en fase líquida para volver a introducirlo nuevamente en la caldera, cerrando de esta manera el ciclo.
Existen algunas mejoras al ciclodescrito que permiten mejorar su eficiencia, como por ejemplo sobrecalentamiento del vapor a la entrada de la turbina, recalentamiento entre etapas de turbina o regeneración del agua de alimentación a caldera.
Existen también centrales alimentadas mediante energía solar térmica (centrales termosolares), en cuyo caso la caldera es sustituida por un campo de colectores cilindro-parabólicos o un...