MODELO DEL SISTEMA DE ORC MEDIANTE SOFTWARE ESPECIALIZADO.

Dentro de los objetivos específicos del presente proyecto se planteó el modelado del sistema de ORC y su posterior ubicación en la planta TECSOL LTDA. La figura 36 muestra un esquema de la planta de carbón activado y el lugar en donde el sistema de ORC funcionará según el capítulo 3.1.

Figura 36. Esquema en planta de sistema de ORC.

Fuente: Cortés González, David Ernesto. Estudio del aislamiento térmico y diseño del sistema de manejo de los gases en hornos para producción de carbón activado en la planta piloto TECSOL. Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Bogotá, Colombia. 2016.

A continuación, se muestra en la figura 37 el modelo CAD del ORC del presente proyecto. Se muestran los cuatro componentes, el expansor, el evaporador, el condensador y la bomba. También se muestra las reducciones de área en las tuberías de conexión y manómetros para la verificación de la presión nominal de trabajo. Además, muestra las válvulas necesarias para el correcto funcionamiento del ORC para industrias TECSOL LTDA En el Anexo B se muestra el plano de ensamble del sistema propuesto.

105 Figura 37. Modelo CAD de ORC 10 kW.

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9. CONCLUSIONES

• Se determinó el intervalo de temperatura entre los gases residuales y el fluido de trabajo el cual fue de 240°C debido a que entre mayor sea este intervalo, el área requerida en el evaporador será menor y aumentara su eficiencia. Con respecto al flujo másico se determinó que debe ser mínimo de 2,43 kg/s de los 8,33 kg/s disponibles en el punto antes del hidrociclón.

• Se seleccionó el fluido de trabajo R123 después de una matriz de decisión y selección de 3 refrigerantes (R601, R123, R601a) en donde se calcularon los estados termodinámicos teóricos de estos tres fluidos a diferentes relaciones de presión dando como mejor resultado, después de un análisis de rendimientos, el R123 con una relación de presión de 1:6.25, y con un rendimiento del 10 %.

• Se diseñó y seleccionó los cuatro componentes del ORC, así como su eficiencia neta del ciclo, dando como resultado que:

o El diseño del evaporador es un intercambiador de calor de tubos y coraza que requiere un área de transferencia de 6 m2 _{con un número de 52 tubos de}

cobre con dos pasos y una longitud de 1,3 m, además una eficiencia del 53 % o El diseño del condensador es un intercambiador de calor de tubos y coraza

que requiere un área de transferencia de 126 m2 _{y un número de 376 tubos de}

cobre con dos pasos y una longitud de 3,19 m y con una eficiencia del 40 %. o _{La selección del sistema de expansión se realizó por medio de un método} de comparación directa se evaluaron criterios tanto técnicos como económicos entre seis alternativas posibles (turbina axial, turbina radial, expansor de desplazamiento positivo, expansor de paletas, Screw Expander y Scroll Expander) resultando la mejor opción un Scroll Expander, con una relación volumétrica asociada de 1:8 y que cuenta con una eficiencia del 70 %. Así mismo se opta por un generador síncrono de 10 kWe PMG con 220 V, 60 Hz a 900 RPM.

o La bomba seleccionada fue una bomba centrifuga Grundfos modelo NB 40- 315/336 de aspiración axial que permite la relación de presión de 1:6.25 calculada para el funcionamiento del sistema y cuenta con una eficiencia de 85%.

o La eficiencia Neta del ciclo es del 10%.

• Se Modeló en Software de diseño la planta de ORC mostrando la mejor configuración espacial. Se Anexa plano de la propuesta ORC en el Anexo B. • Se elaboró un artículo académico donde se amplía un pequeño extracto de la

presente investigación y se planea en el futuro su posterior publicación en revista indexada.

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Fichas técnicas y hojas de seguridad de cada uno de los refrigerantes, obtenidas de fabricantes como: BASF PETRONAS CHEMICALS, Airgas y National Refrigerants Inc.

112 11. ANEXOS

Anexo A. Propiedades de Refrigerantes evaluados Tabla 35. Fluidos y propiedades.

Refrigerante Calor específico (Cp) Calor Latente (kJ/kg) Temperatura de Ebullición (°C) Masa molecular (uma) Temperatura Crítica (°C) 11 0,604 (KJ/kgK) 180 23,9 137,4 11,5 12 0,07498 (KJ/mol*K) 165 -28,9 120,9 6,9 22 0,659 (KJ/kgK) 232 -40,6 86,5 6,1 123 0,689 (KJ/kgK) 170,26 27,2 153 10,7 134A 1,51 (KJ/kgK) 216,97 -26,1 102 6,3 141b 1,16 (KJ/kgK) 223 32,2 117 11,8 507 1,65 (KJ/kgK) 196 -46,7 98,9 4,7 508A -85,6 100,1 1,5 717 2,096 (KJ/kgK) 1369 -33,3 17 8,0 600A 2,49 (KJ/kgK) 332 -11,7 58,1 8,1 113 0,0058 (KJ/KgK) 149,93 47,8 187,38 (Kg/mol) 12,3 601 2,34 (KJ/kgK) 357,23 36,1 72,15 11,4 601A 2,32 (kJ/kgK) 338,9 27,8 72,15 10,9 610 2,22 (kJ/kgK) 113 34,4 74,12 12,3 611 2,16 (kJ/kgK) 469 31,7 60,05 12,3

113 Tabla 34. Fluidos y propiedades (Continuación).

Refrigerante Presión Crítica (MPa) Conductividad Térmica (W/m K) ALT ODP GWP Clasificación de Seguridad Restringido 11 4,408 0,093 45 1 4750 A1 SI 12 4,136 0,070 100 1 10900 A1 SI 22 4,990 0,0868 12 0,055 1810 A1 SI 123 3,662 0,081 1,3 0,02 77 B1 SI 134A 4,060 0,0824 14 0 1430 A1 Reemplaza al R12 141b 4,212 0,0904 9,3 0,11 725 SI 507 3,705 0,063 0 4000 A1 NO 508A 3,651 0 13000 A1 NO 717 11,333 0,507 0,01 0 <1 B2 NO 600A 3,629 0,1324 0,019 0 aprox. 20 A3 NO 113 3,392 0,06726 85 0,8 6130 A1 SI 601 3,360 0,107 0,009 0 aprox. 20 A3 NO 601A 3,378 0,014 0,009 0 aprox. 20 A3 NO 610 5,998 0,1306 0 NO 611 5,992 0,153 0,197 0 B2 NO

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