Análisis exergético
Páginas: 16 (3972 palabras)
Publicado: 7 de septiembre de 2013
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CAPÍTULO 3
EL MÉTODO DE ANÁLISIS EXERGÉTICO
En este capítulo se desarrolla la metodología de análisis, cuya aplicación a una central
termoeléctrica particular y el análisis de los resultados se llevan a cabo en los capítulos
cuatro y cinco del presente trabajo.
3.1
Breve descripción de la metodología de análisis
La metodología de análisis se describe brevemente a continuación:1.
Realizar una descripción tanto del sistema como del proceso que va a estudiarse.
2.
Dividir convenientemente el sistema en volúmenes de control por medio de fronteras
claramente especificadas.
3.
Definir el ambiente del sistema.
4.
Realizar las idealizaciones necesarias para desarrollar un modelo manejable.
5.
Calcular los flujos de masa y de energía por medio deun análisis de Primera Ley.
6.
Calcular los flujos de exergía y la destrucción de exergía en cada componenete.
7.
Definir y calcular las eficiencias exergéticas y otros parámetros de evaluación de
cada componente.
8.
Elaborar un diagrama de flujo exergético.
9.
Identificar la locación y magnitud de los principales sumideros de exergía.
51
3.2
Descripción de unaplanta termoeléctrica
La mayoría de las plantas termoeléctricas utilizan el ciclo de vapor, llamado ciclo de
Rankine. En una planta que opera con el ciclo de vapor, la energía química inherente al
combustible primero se transforma para elevar la entalpía de los gases de combustión;
esta entalpía se transfiere por convección y radiación al fluido de trabajo; una parte de la
entalpía del fluidode trabajo se convierte a energía mecánica en la turbina y otra parte se
libera al ambiente por medio del sistema de enfriamiento; finalmente, la energía mecánica
de la turbina se convierte a energía eléctrica en un generador.
La vasta mayoría de plantas generadoras de potencia son plantas de vapor en las que
agua es el fluido de trabajo. Se utiliza agua debido a que presenta lasconveniencias de
ser abundante y baja en costo, además de ser no-tóxica, químicamente estable y
relativamente no-corrosiva [15]. Los principales componentes de una planta de vapor se
muestran esquemáticamente en la figura 3.1.
La función de la caldera -o del reactor nuclear,- es suministrar la energía requerida para
vaporizar el agua de alimentación.
En las centrales termoeléctricas, esta energíaproviene de la quema del combustible fósil, en las nucleoeléctricas proviene de la
reacción nuclear que ocurre en el reactor y en las plantas de potencia solares la radiación
solar es colectada y concentrada por colectores.
La mayoría de las calderas modernas son del tipo de pared de agua, en el cual las
paredes de la caldera están casi totalmente construidas de tubos verticales que llevanya
sea agua de alimentación hacia la caldera o vapor fuera de ésta.
52
Chimenea
Turbina
Caldera
Generador eléctrico
Combustible
Aire
Torre de
enfriamento
Condensador
Bomba
Figura 3.1. Diagrama esquemático de una central termoeléctrica común.
En una caldera de pared de agua común, el agua precalentada que entra a la caldera
proveniente del tren de calentadores a unatemperatura de alrededor de 230-260°C se
calienta aún más en el economizador. Posteriormente entra al tanque de vapor el cual se
encuentra arriba de la caldera. En éste el agua líquida se separa del vapor por gravedad
y baja hacia la caldera. El agua caliente sube a través de tubos, en los cuales se vuelve
vapor. El vapor pasa a través de otra sección de la caldera, llamada sobrecalentador,donde su temperatura se incrementa típicamente hasta alrededor de los 565°C. El calor
se transmite al fluido de trabajo en todo el rango de temperaturas entre la de entrada a la
caldera hasta la de salida del sobrecalentador [1].
El vapor de alta presión que sale de la caldera pasa a través de la turbina, donde se
expande a una presión menor. El principio básico de su funcionamiento es el...
CAPÍTULO 3
EL MÉTODO DE ANÁLISIS EXERGÉTICO
En este capítulo se desarrolla la metodología de análisis, cuya aplicación a una central
termoeléctrica particular y el análisis de los resultados se llevan a cabo en los capítulos
cuatro y cinco del presente trabajo.
3.1
Breve descripción de la metodología de análisis
La metodología de análisis se describe brevemente a continuación:1.
Realizar una descripción tanto del sistema como del proceso que va a estudiarse.
2.
Dividir convenientemente el sistema en volúmenes de control por medio de fronteras
claramente especificadas.
3.
Definir el ambiente del sistema.
4.
Realizar las idealizaciones necesarias para desarrollar un modelo manejable.
5.
Calcular los flujos de masa y de energía por medio deun análisis de Primera Ley.
6.
Calcular los flujos de exergía y la destrucción de exergía en cada componenete.
7.
Definir y calcular las eficiencias exergéticas y otros parámetros de evaluación de
cada componente.
8.
Elaborar un diagrama de flujo exergético.
9.
Identificar la locación y magnitud de los principales sumideros de exergía.
51
3.2
Descripción de unaplanta termoeléctrica
La mayoría de las plantas termoeléctricas utilizan el ciclo de vapor, llamado ciclo de
Rankine. En una planta que opera con el ciclo de vapor, la energía química inherente al
combustible primero se transforma para elevar la entalpía de los gases de combustión;
esta entalpía se transfiere por convección y radiación al fluido de trabajo; una parte de la
entalpía del fluidode trabajo se convierte a energía mecánica en la turbina y otra parte se
libera al ambiente por medio del sistema de enfriamiento; finalmente, la energía mecánica
de la turbina se convierte a energía eléctrica en un generador.
La vasta mayoría de plantas generadoras de potencia son plantas de vapor en las que
agua es el fluido de trabajo. Se utiliza agua debido a que presenta lasconveniencias de
ser abundante y baja en costo, además de ser no-tóxica, químicamente estable y
relativamente no-corrosiva [15]. Los principales componentes de una planta de vapor se
muestran esquemáticamente en la figura 3.1.
La función de la caldera -o del reactor nuclear,- es suministrar la energía requerida para
vaporizar el agua de alimentación.
En las centrales termoeléctricas, esta energíaproviene de la quema del combustible fósil, en las nucleoeléctricas proviene de la
reacción nuclear que ocurre en el reactor y en las plantas de potencia solares la radiación
solar es colectada y concentrada por colectores.
La mayoría de las calderas modernas son del tipo de pared de agua, en el cual las
paredes de la caldera están casi totalmente construidas de tubos verticales que llevanya
sea agua de alimentación hacia la caldera o vapor fuera de ésta.
52
Chimenea
Turbina
Caldera
Generador eléctrico
Combustible
Aire
Torre de
enfriamento
Condensador
Bomba
Figura 3.1. Diagrama esquemático de una central termoeléctrica común.
En una caldera de pared de agua común, el agua precalentada que entra a la caldera
proveniente del tren de calentadores a unatemperatura de alrededor de 230-260°C se
calienta aún más en el economizador. Posteriormente entra al tanque de vapor el cual se
encuentra arriba de la caldera. En éste el agua líquida se separa del vapor por gravedad
y baja hacia la caldera. El agua caliente sube a través de tubos, en los cuales se vuelve
vapor. El vapor pasa a través de otra sección de la caldera, llamada sobrecalentador,donde su temperatura se incrementa típicamente hasta alrededor de los 565°C. El calor
se transmite al fluido de trabajo en todo el rango de temperaturas entre la de entrada a la
caldera hasta la de salida del sobrecalentador [1].
El vapor de alta presión que sale de la caldera pasa a través de la turbina, donde se
expande a una presión menor. El principio básico de su funcionamiento es el...
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