3
33...555
CCCOOOEEEFFFIIICCCIIIEEENNNTTTEEEDDDEEEDDDIIISSSPPPOOONNNIIIBBBIIILLLIIIDDDAAADDD
Este parámetro se define como el cociente entre los incrementos de exergía y entalpía que sufre el fluido térmico a su paso por el Generador de Vapor, en otras palabras es el índice de calidad del producto total
el Generador de Vapor
Basándose en una expresión dando la energía y la exergía con la relación entre los rendimientos, energético y exergético puede expresarse ahora de la siguiente forma:
ηexergético (%) = ηenergético (%) CD (PCS / bcomb) (3.35)
de la cual se deduce que un Generador de Vapor (desde el punto de vista de la producción de trabajo a partir del vapor producido) será tanto mejor cuanto mayor sea su coeficiente de disponibilidad y su rendimiento energético. El segundo de estos parámetros nos indicara en qué medida se ha aprovechado cuantitativamente la energía presente en el combustible procesado, mientras que el primero nos informa el grado de irreversibilidad del proceso de producción de vapor y de la pérdida de calidad de la energía aprovechada [Guallar, 1981]. Por lo tanto el
CD = 0.65
CD = ∆exergía / ∆Energía (3.34)
4
44
AAANNNÁÁÁLLLIIISSSIIISSSEEEXXXEEERRRGGGOOOEEECCCOOONNNÓÓÓMMMIIICCCOOODDDEEEUUUNNN
GGGEEENNNEEERRRAAADDDOOORRR
D
DDEEEVVVAAAPPPOOORRR
n e dis dis y mejora bE
ste capitulo se presenta la conexión entre la exergía y la economía, han dado como resultado la ciplina conocida como termoeconomía, la cual permite comparar de una manera racional las tintas posibilidades de funcionamiento de una instalación y con ello adoptar decisiones de ahorro ien fundamentadas. La termoeconomía permite determina el costo (exergético) de las corrientes de masa, calor o trabajo en una planta, en base al combustible consumido. Una de las metodologías mas difundidas dentro de la termoeconomía es la “Teoría del Costo Exergético” [Lozano y Valero, 1993], que permite calcular a través de una matriz de ecuaciones nxn obtenidas de los balances de costos y ecuaciones de auxiliares. Para llegar a una correcta asignación de costos en esta metodología es necesario definir una “estructura productiva”, la cual permite definir cada corriente exergética como fuel-producto y residuo.4
44...111
donde B es el vector de exergías y Bd es la exergía destruida o pérdida. Para esto se deben conocer las
exergías antes de empezar el análisis del costo. El concepto de residuo (o derivado) permite distinguir los flujos exergéticos que totalmente o parcialmente sean inútiles, y qué puede asignarse un valor externamente. Estos flujos incluyen los conceptos totales cotidianos como las pérdidas, residuos y/o los desechos.
I
IINNNTTTRRROOODDDUUUCCCCCCIIIÓÓÓNNN
DDDEEELLL
CCCAAASSSOOO
DDDEEE
EEESSSTTTUUUDDDIIIOOO,,,
GGGEEENNNEEERRRAAADDDOOORRR
DDDEEE
V
VVAAAPPPOOORRRUUU---333,,,VVVAAALLLLLLEEEDDDEEEMMMÉÉÉXXXIIICCCOOO
A manera de antecedente, se puede mencionar que la mayoría de análisis que aplican teoría del costo exergético, las plantas de potencia, consideran al Generador de Vapor como “caja negra”, esto significa que se analizan solamente las corrientes de exergía de entradas y salidas, sin considerar la interacción que existe en el interior. Por esta razón, en este trabajo se realiza un análisis detallado de las secciones internas en un Generador de Vapor, analizando los subsistemas para definir los recursos, productos y residuos.
El concepto d efuel (F) y producto (P) se introduce por [Frangopoulos, 1989], donde se considera que en cualquier sistema o subsistema, hay exergías de fuel (F) y producto (P); sin embargo, las definiciones son subjetivas y dependen del analista para su correcta asignación. Dicho análisis sirve para crear una estructura productiva de un sistema.
Para definir una estructura productiva se debe determinar el nivel de agregación de un sistema (o volumen de control) a través de una colección de subsistemas que constituyen el sistema entero. Cada uno y cada nivel agregado tienen una matriz de incidencia asociada que lo define totalmente.
Partiendo de que un sistema se caracteriza por n corrientes de exergía (calor, masa o trabajo) y por n
componentes, se tiene que cualquier sistema, no importa que tan complejo sea, se representará por una matriz de incidencia, A(nxm) qué interconecta los subsistemas n, con los flujos de m.
A x B = Bd (4.1)
Sea en el Generador de Vapor en la figura 17, se define fuel (F) como la suma de flujos de exergía, gas natural y el aire, el producto (P) puede definirse como la diferencia de exergía dando la alimentación del vapor al sobrecalentador y en consecuencia el residuo será el flujo de exergía de las cenizas y los gases a la chimenea.
El sistema de análisis (estructura funcional) de este trabajo se detalla en la figura 18 correspondiente al Generador de Vapor U-3 Valle de México.; al cual se le definirá el fuel (F) – producto (P), y
Cabezal de vapor saturado para termopares Atemperadores
Domo
Cabezal de salida paredes laterales Tubos Pared de agua soportes posterior Recalentador SobrecalentadorPiso del hogar
lateral Recalentado caliente intermedia
C. Pared enfriada Recalentado frío F. con vapor Vapor principal Sobrecalentador Superior
C. inferior Agua de F. alimentación Economizador A los precalentadores de aire regenerativo
Hogar
Pared frontal Tubos bajantes Paredes de agua lateral Cabezal de paredes Domo inferiorFigura 17 Flujo de gases del Generador de Vapor U3: Definiendo los límites del cual se podrá sacar el nivel de agregación.
14 12 10 de Combustible + Aire 11 Figura 18 1 A B-C 3 4 5 6
Agua de alimentación 2 Vapor D E F principal 9
8 15 G Vapor 13 recalentado Gases Inicio caliente salida
7 Vapor recalentado frío A, Economizador
B-C, Evaporador
D, Sobrecalentador primario entrada E, Sobrecalentador primario salida; F, Sobrecalentador secundario G, Recalentador
Estructura funcional del Generador de Vapor: En ella existe exergía de recurso (F) y, exergía de producto (P); provista de la figura 17
El número de flujos m para el caso de estudio es de 15 y el número de subsistemas n es de 6. Por lo que si se aplican los balances de costos exergéticos por sub-sistema se tiene que existen m-n ecuaciones y se requiere de ecuaciones adicionales para resolver el costo exergético de cada flujo, en la tabla 14 se describen los flujos del sistema.
Tabla 14.Descripción de los flujos;se da de forma expuesta para los flujos por lado de Vapor y Gases PUNTO DESCRIPCION
1 Agua de alimentación 2 Paso por el economizador
3 Entrada al Sobrecalentador primario 4 Entrada al Sobrecalentador primario salida 5 Entrada al Sobrecalentador secundario 6 Vapor principal para desarrollar trabajo
7 Vapor principal después de hacer trabajo entrando al recalentador
8 Salida del vapor recalentado caliente del recalentador para efectuar trabajo