ANÁLISIS EXERGÉTICO DE UN CICLO COMBINADO CON POSTCOMBUSTIÓN

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ANÁLISIS EXERGÉTICO DE UN CICLO COMBINADO CON POSTCOMBUSTIÓN O. Ruíz-Ramírez(1)_{, R. Lugo-Leyte}(2)_{, M. Toledo-Velázquez}(1)_{, J. M. Zamora-Mata}(2)_{, M. Salazar-Pereyra}(3) (1) Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica- Zacatenco. Instituto Politécnico Nacional. Unidad Profesional “Adolfo López Mateos”.

Zacatenco, 07738, Gustavo A. Madero, México, D.F., México.

(2) Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa. Departamento de Ingeniería de Procesos e Hidráulica. Av. San Rafael Atlixco No. 186, Col. Vicentina, 09340, Iztapalapa, México, D.F., México

(3) División de Ingeniería Mecatrónica e Industrial. Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec. Av. Tecnológico. Esq. Av. Hank González. Col. Valle de Anáhuac, 55210, Ecatepec, Estado de México, México

Palabras clave: Palabras Clave: Análisis Exergético, Ciclo combinado, Exergía, Postcombustión. Resumen

En este trabajo se hace un análisis exergético a una planta de ciclo combinado con tres niveles de presión, recalentamiento y con postcombustión en la caldera de recuperación de calor; esta planta se encuentra en operación en San Luis Potosí, México, y genera 1170 MW de potencia. Esta potencia generada es de las dos unidades. La característica particular de este ciclo combinado es que la relación de potencias generada entre las turbinas de gas y la turbina de vapor es de 1:1. Se realiza un análisis paramétrico para tres condiciones de operación atmosféricas (mínima anual, media anual y máxima anual) al 100% de carga. Para las condiciones de operación de la turbina de gas de 1183.55 °C y una relación de presiones de 15.89, se obtienen los siguientes resultados de una unidad, las irreversibilidades en la caldera de recuperación de calor son de 43.596 MW; el consumo térmico unitario del ciclo combinado es de 6,790.66 kJ/kWh. El flujo de combustible en la postcombustión es de 1.84 kg/s; la eficiencia exergética del ciclo combinado es del 75 %; que comparada con la obtenida por Wodstra [1], es menor en un 5% debido a que se tiene mayores pérdidas de exergía en la turbina de vapor de baja presión y en la poscombustión. Asimismo, también se obtiene la eficiencia energética del 52 %; el flujo de combustible inyectado en la turbina de gas es de 9.19 kg/s. Estos resultados se obtienen para las condiciones de la media anual, es decir, para unas condiciones ambientales de 23 ºC de temperatura, 100 kPa de presión y una humedad relativa del 60%.

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1. Introducción

En la actualidad, la generación de potencia con ciclos combinados (CC) se emplea en todo el mundo, debido a sus bajos costos de inversión y corto plazo de construcción, en comparación con las centrales termoeléctricas convencionales [1]. El avance tecnológico del enfriamiento de los álabes y los diferentes materiales en las turbinas de gas (TG) han contribuido a que la temperatura de los gases a la entrada de la TG sea mayor [2, 3, 4, 5]. Otro aspecto importante, son los diferentes arreglos de los equipos de intercambio de calor en la caldera de recuperación de calor (CRC), esto ha permitido recuperar una mayor energía de los gases de escape, y por consecuencia los CC alcanzan eficiencias térmicas del 60% [6].

En México, la capacidad instalada de energía eléctrica, que se basa en la tecnología de los CC, representa el 44% de la capacidad total nacional para el año 2010 [7].

Diversos trabajos de investigación sobre los ciclos combinados se encuentran en la literatura, la mayoría contemplan configuraciones de generación de potencias 2:1, sin contemplar la postcombustión [8, 9, 10, 11, 12].

El desarrollo tecnológico en el campo de la generación de potencia con TG permite satisfacer las necesidades de energía eléctrica, debido a que la energía de los gases residuales (estado g4) se utiliza para generar vapor en la CRC, éste al expandirse en la turbina de vapor (TV) incrementa la potencia del ciclo, tal y como se muestra en la Figura 1.

Generalmente, los CC tienen una relación de generación de potencias de 2:1 entre la TG y la TV. Con la adición de una postcombustión en la CRC entre los recalentadores de presión intermedia (RCPI) hay una mayor generación de

vapor, de tal forma, que se puede obtener relaciones de potencia de 1:1.

En este trabajo se realiza un análisis exergético a una central de CC con tres niveles de presión y postcombustión. Asimismo, se desarrollan los modelos matemáticos para el análisis termodinámico de la TG, TV y CRC con postcombustión, considerando el proceso de combustión con aire húmedo, obteniendo los flujos de: combustible, vapor, aire húmedo, así como, el exceso de aire, condiciones de operación de la TV, trabajos generados, eficiencia térmica, potencias de la TG, TV y del CC, la exergía disponible, las irreversibilidades de los equipos y las eficiencias exergéticas.

Figura 1. Ciclo combinado con tres niveles de presión y postcombustión.

1 g 2 g 3 g 4 g 4 g 5 g 6 g7 g 8 g 9 g 10 g 12 g 11 g 14 g 13 g 16 g 19 g 17 g 15 g 18 g 1 c 1 v 2 v 3 v 4 v 4 v 1 v 5 v 6 v v7 8 v 9 v 10 v 10 vv11 v10 11 v 12 v 13 v 13 v 14 v 14 v 14 v _v₂ 15 v 16 v 17 v 17 v 18 v 18 v 19v 19 v 20 v vAP m� vAP m� vAP vPI m� �m� vAP vPI

m� �m� m�vAP�m�vPImvAP mvPI mvBP � � � � � vAP m� vT m� vT vrec m� �m� vrec m� vT m� vBP m� m�vBP vPI m� vPI m� vPI m� vAP m� vAP m� vAP m� BP PI AP 2 c 1 c m� 2 c m� EC BP EV BP 1 EC AP EC PI EV PI 2 EC AP SC BP SC PI 3 EC AP EV AP 1 SC AP 1 RC PI 2 RC PI 2 SC AP _m�_AH gc m� gpc m�

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2. Metodología

2.1 Descripción del ciclo combinado

La central se compone de dos unidades de CC, cada unidad consta de dos TG acopladas cada una, a una CRC el vapor generador en las dos CRC se suministra a una TV. La Figura 1 muestra el diagrama esquemático del CC que opera con tres niveles de presión y con postcombustión entre los recalentadores de presión intermedia.

En la TG el turbocompresor aspira aire atmosférico elevando su presión y su temperatura, el aire comprimido entra a la cámara de combustión mezclándose con un flujo de combustible, los gases de alta temperatura que se producen en la cámara de combustión se expanden en la TG generando trabajo mecánico. Los gases de escape con alto contenido de energía entran en la CRC, con la energía de éstos se genera vapor sobrecalentado, el cual se expande en la TV obteniendo trabajo mecánico. Entre los RCPI se tiene una postcombustión que eleva la

temperatura de los gases de escape, y con la energía de éstos se genera un flujo de vapor adicional para generar una mayor potencia en la TV, y así obtener la relación de potencias de 1:1 entre las TG y la TV.

Parte del flujo del líquido que se recircula entre el economizador de baja presión (ECBP), es mezclado con el

flujo total después del proceso de bombeo de baja presión, con la finalidad de mantener la temperatura del líquido a la entrada del economizador de baja presión a 48.9 °C, y así la temperatura de los gases de postcombustión no alcance la temperatura de rocío. 2.2. Análisis de energía y exergía de la turbina de gas. La Figura 2 muestra el diagrama temperatura entropía de la TG, de los gases residuales y de la postcombustión en la CRC. Los estados g6 y g7 representan el proceso de poscombustión. 6.8 7.0 7.2 7.4 7.6 7.8 8.0 8.2 8.4 0 200 400 600 800 1000 1200 � 1 g 2 g 3 g 4 g 5 g 6 g 7 g 8 g 9 g 10 g 11 g 12 g 13 g 14 g 15 g 16 g 17 g 18 g 19 g T (° C) s (kJ/kgK)

Figura 2. Diagrama temperatura entropía del ciclo de la TG y de los gases en la CRC.

La composición del aire húmedo que se considera a la entrada del turbocompresor es una mezcla de nitrógeno N2, oxígeno O2 y vapor de agua H2O, es decir,

�

2 2

�

2 2

1mol de AH x� AS 0.21O �0.79N �x H OH O (1)

La temperatura al final de del proceso de compresión es

2 1 1 1 1 AH pAH R c g g sic T T � � � � �� _� _�� ₍₂₎

La composición volumétrica del gas natural utilizado en este trabajo es: 91% CH4, 6% C2H6, y 3% C3H8 [13].

La ecuación de la combustión del gas natural se expresa de la siguiente manera

1 2 2 2 3 2 4 2 ( )

n m AH

C H N� � AH ��CO ��O ��H O��N (3) El número de moles del exceso de aire húmedo vale

�

� �

� � � �

�

3 3 3 2 2 2 2 3 2 3 2 2 3 2 2 2 3 ₂ ₄ 0.21 0.79 g g g n m g g g g g g Tg _CO T _{H O} T _O T _{C H} AH AS T T _O T T _N H O T T _{H O} m m n h h n h h N x h h x h � � � � � � � � � � �_� _�� _� _� _� �_� _� � � � � ₍₄₎ en donde

� �

3 298 3 g T f g h h� h T � � � � �

� � � �

2 3 2 3 g g T T g g h � h T h T � � � _.

El exceso de aire húmedo se expresa como sigue

0.21 _{1 100} 4 AH AS N x m n � � � � � � � � � � � � � � _� � � � � _� _� � � � ₍₅₎

La temperatura de los gases al final de la expansión de la TG se expresa de la siguiente manera

4 3 1 1 1gc pgc g g sit R c T T � � � � �� _� � _� � _�_� � � � _� _�� ₍₆₎

El cambio de entropía se obtiene con la siguiente expresión ln i ln i i p T p s s c R T p � � � � � � _{� �}� _{� �} � � � � ₍₇₎

El trabajo por unidad de masa generado por la turbina de gas es

�

1

�

3 4

� �

2 1

�

� � � � �

TG g g g g

w RCA h h h h ₍₈₎

El flujo de aire para una potencia dada de la TG es

� � � TG AH TG W m w ₍₉₎

El flujo de combustible suministrado a la TG para generar una potencia dada es

(4)

1

c AH

m� �RCAm� ₍₁₀₎

El flujo de gases de combustión se expresa como sigue

1

gc c AH

m� �m m� �� ₍₁₁₎

El flujo de calor se obtiene con la expresión siguiente

3 2

TG gc g AH g

Q� �m h� �m h� ₍₁₂₎

La eficiencia térmica de la TG se expresa como

TG TG TG W Q � � _�� (13) La potencia que entrega el generador eléctrico es de 156.98 MW, dividida por la eficiencia del generador eléctrico y por la eficiencia mecánica de la turbina se obtiene la potencia generada por la TG

. � � � � ele TG mTG ele W W (14) La exergía de flujo para cada estado de la TG, de la CRC y de la TV se expresa como sigue

�

0 0 0

i h h T s si i

� � � � � ₍₁₅₎

Las irreversibilidades se obtienen al aplicar la ecuación de Gouy Stodola en cada uno de los procesos y equipos que intervienen en el CC [4].

La irreversibilidad del proceso de compresión se expresa de la siguiente forma

�

0 2 1

Cm

i �T s s� ₍₁₆₎

La eficiencia exergética del compresor es

1 Cm Cm Cm I w � � � (17) La exergía química del combustible se expresa de la siguiente manera, [1], [2], [3] � �0 _{n m} 1 0 � �0 � �0 n m i j C H i j p R C H G n n PM � � �_�� _� �

�

� �₍₁₈₎

en donde �G0 es el cambio molar de la función de Gibbs

0

P i i R j j

G n g n g

i T s s� � ₍₂₁₎

La eficiencia exergética de la turbina en el proceso de expansión se expresa de la siguiente manera

3 4 1 T T i � � � � � � ₍₂₂₎

La eficiencia exergética del ciclo de la TG se expresa de la siguiente manera 3 TG TG W_E � � �_� (23) La Figura 3 muestra los estados de la TG y de los gases en la CRC en un diagrama exergía entalpía. El estado con mayor contenido de energía y de disponibilidad de energía es g3, el mayor porcentaje se utiliza para generar trabajo mecánico en la TG, entrando el flujo de gases residuales a la CRC con un 30% de la exergía del estado g3, utilizando en mayor porcentaje la exergía en la transferencia de calor, asimismo, la poscombustión incrementa en 90 kJ/kg la exergía y 120 kJ/kg su contenido de energía.

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1 g 2 g 3 g 4 g 5 g 6 g 7 g 8 g 9 g 10 g 11 g 12 g 13 g 14 g 15 g 16 g 17 g 18 g 19 g � (k J/ kg ) h (kJ/kg)

Figura 3. Diagrama exergía entropía del ciclo de la TG y de los gases en la CRC.

2.3 Ciclo de vapor

La CRC consta de tres niveles de presión, baja, intermedia y alta (BP, PI, AP) además de un recalentamiento de vapor entre los recalentadores de PI. En la CRC se genera el vapor vivo que se suministra a la turbina de vapor y al expandirse en ésta genera trabajo.

El flujo de vapor total, al final de la expansión entra al condensador, en donde se condensa hasta líquido saturado (v7), luego es bombeado hasta el estado (v8). En el ECBP existe un flujo de líquido que se recircula y se

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líquido en el estado (v9). Del domo de BP salen tres flujos de líquido, que van a la sección de BP, PI y AP de la CRC. La fracción de vapor que se expande en la turbina de AP se mezcla con el flujo de PI y entra en el RC1PI y RC2PI,

esta mezcla de vapor se expande en la TV de PI, ver Figura 1. La Figura 4 muestra el diagrama temperatura entropía del ciclo de vapor.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 T (° C) s (kJ/kgK) � vT m� vAP m� vBP m� vPI m� vAP vPI m� �m� vT m� vT vrec m� �m� vrec m� vPI m� vAP m� v1 2 v 3 v 4 v 5 v 6 v 7 v 7 v 8 vv9 10 v 11 v 10 v 12 v 13 v 14 v 13 v 15 v v16 17 v 18 v 18 v v19 20 v

Figura 4. Diagrama temperatura entropía del ciclo de vapor.

Las diferencias de temperaturas de pinch point para los equipos de AP, PI y BP son:

10 18 ppAP g v T T T � � � ₍₂₄₎ 15 13 ppPI g v T T T � � � ₍₂₅₎ 18 10 ppBP g v T T T � � � ₍₂₆₎

La generación de vapor depende del flujo y de la temperatura de los gases de escape de la turbina de gas. En el CC se alcanzan relaciones de potencia de 1:1 entre la TG y la TV, lo que implica aumentar el flujo de vapor, que se obtiene al adicionar el proceso de poscombustión. La Figura 1 muestra que la poscombustión se realiza entre los recalentadores de presión intermedia.

La fracción de oxígeno contenido en los gases de escape es utilizada para la postcombustión para incrementar la temperatura de los gases, la ecuación de la postcombustión es la siguiente:

0C Hn m 1CO2 2 2O 3 2H O N4 2 5CO2 6 2O 7 2H O N8 2

� ��

(27) A partir del flujo de combustible quemado en la postcombustión se obtiene la relación de gases de combustión-combustible 2 2 gc gc c c n M RGCC�_{n M} (28)

El flujo de combustible para la postcombustión se expresa

2 gc c m m RGCC � � � (29) El flujo de gases de postcombustión es

2

gpc gc c

m� �m m� �� ₍₃₀₎

El flujo de vapor de recirculación se expresa

�

9 8

�

10 9 vT v v vrec v v m h h m � _h _h� � � � (31) La expresión para el flujo de vapor total es

vT vAP vPI vBP

m� �m� �m� �m� ₍₃₂₎

se obtienen los flujos de vapor de AP, PI, BP, el flujo de recirculación y las temperaturas de los gases de la CRC. La potencia de la TV es

� 1 2� � �� 4 5� � 5 6�

2

TV vAP v v vAP vPI v v vT v v

W� � �_�m h h� � � m� �m� h h� �m h h� � _��

(47) El flujo de calor suministrado al ciclo de vapor es

� � � � � �

� � � ��

10 9 5 10 2 12

1 15 4 2

v sum vT v v vBP v v vPI v v

vAP v v vAP vPI v v

Q m h h m h h m h h m h h m m h h � � � � � � � � � � � � _� _� _� � � � (48) La eficiencia térmica del ciclo de vapor se expresa

CV CV v sum W Q � � _�� (49) en donde ele CV ele m E W� �_{� �}� (50) Las irreversibilidades de las bombas del ciclo de vapor se expresan de la siguiente manera

�

10 9

�

2AP 1 20 4 5 SC v v g g I� � E� �E� � E� �E� ₍₈₁₎

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La exergía del combustible para la postcombustión se calcula con la ecuación (18).

La Figura 5 muestra los estados termodinámicos del ciclo de vapor en un diagrama exergía entalpía, donde el estado v1 es el de mayor exergía y el de mayor contenido de energía es el estado v4. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 � vT m� vAP m� vBP m� vPI m� vAP vPI m� �m� vT m� 1 v 2 v 3 v 4 v 5 v 6 v 7 v 11 v 10 v 14 v 13 v 18 v 19 v 20 v h (kJ/kg) �� (k J/ kg )

Figura 5. Diagrama exergía entalpia del ciclo de vapor.

3. Condiciones de operación del CC

El medio ambiente juega un papel muy importante en la operación de los CC; la temperatura, la presión y la humedad relativa son las propiedades atmosféricas que determinan la presión de condensación del CV y como consecuencia influye en la eficiencia térmica del CC. El estado muerto para este análisis es de 25 °C y una presión de 1bar.

Las condiciones atmosféricas y de operación de la turbina de gas se presentan en las Tablas 1 y 2, respectivamente.

Tabla 1: Condiciones atmosféricas. Tamb (°C) Patm (bar) � (%)

23 1 60

Tabla 2: Condiciones de operación de la turbina de gas. Tg3 (°C) � (-) W._TG_(kW) 1207.149 15.33 163452.728

La diferencia de temperaturas de pinch point de BP, PI y AP se presentan en la Tabla 3.

Tabla 3: Diferencia de temperaturas de pinch-point. Equipo _{�Tpp (oC)}

BP 31.99 PI 24.34 AP 135.33

Las condiciones de operación de la TV se muestran en la Tabla 4.

Tabla 4: Condiciones de operación de la turbina de vapor. Tv1 y Tv4 (°C) 565

PAP (bar) 113.4 PPI (bar) 28.89 PBP (bar) 5.14 Pcond (bar) 0.0503

4. Análisis de resultados del CC

Con base a la metodología desarrollada se muestran en la Tabla 5 los resultados del ciclo de la TG, por ejemplo, para las condiciones de operación dadas, la eficiencia térmica es 0.3407.

Tabla 5: Resultados para el ciclo de la turbina de gas. N�AH (-) 27.997 � (%) 181.726 wc (kJ/kg) 409.103 wT (kJ/kg) 752.214 wmTG (kJ/kg) 343.11 qsum (kJ/kg) 1007.064 �THTG (%) 0.3407 RAC (kga/kgc) 28.431 RCA (kgc/kga) 0.0352 . AH m (kga/s) 442.279 . c m (kgc/s) 15.556 . gc m (kggc/s) 457.836

La Tabla 6 muestra los resultados del ciclo de vapor, tales como, los flujos de vapor, el trabajo de la turbina de vapor, el calor suministrado, la eficiencia térmica del ciclo de vapor, y la potencia. El flujo de vapor de recirculación representa el 15% en comparación con el flujo suministrado a la turbina de vapor.

Tabla 6: Resultados del ciclo de vapor. . VAP m (kgv/s) 64.617 . VPI m (kgv/s) 28.431 . VBP m (kgv/s) 6.83 . VT m (kgv/s) 99.878 wmTV (kJ/kgv) 1403.385 qsum (kJ/kg) 3599.954 �THTV (%) 38.983 . TV W (kW) 141211.995 . rec m (kgv/s) 15.066

La Tabla 7 muestra los resultados del CC, el 3% de la potencia generada se suministra a los equipos auxiliares, entonces, la potencia neta generada es de 1135 MW.

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Tabla 7: Eficiencia y potencia del ciclo combinado. �CC (%) 52.37

.

CC

W (MW) 1170.4

En la Tabla 8 se presentan los resultados de la CRC, el flujo de combustible para la postcombustión, la eficiencia de la caldera, y la relación gases de combustión-combustible. El flujo de combustible para la postcombustión es el 12.3% con respecto al requerido por la TG para mantener una TG3 de 1207.149 ºC.

Tabla 8: Caldera de recuperación de calor. . 2 C m (kgc/s) 1.919 �CRC (%) 92.537 RGCC (kggc/kgc) 238.463

La Tabla 9 muestra las irreversibilidades del compresor y de la turbina, también muestra las eficiencias exergéticas.

Tabla 9: Irreversibilidades, eficiencias exergéticas de la TG y exergía del combustible. iCm (kJ/kg) 36.698 iT (kJ/kg) 55.441 �Cm (%) 91.02 �T (%) 93.13 �TG (%) 33.05 Ec (kJ/kg) 51048.04859

La Tabla 10 muestra las irreversibilidades del ciclo de vapor, las mayores irreversibilidades se tienen en la turbina de baja presión, que es donde se genera mayor trabajo mecánico, y la mayor eficiencia exergética se tiene en la turbina de alta presión, donde la disponibilidad de la energía es mayor.

Tabla 10: Irreversibilidades y eficiencias exergéticas del ciclo de vapor. iBBP (kJ/kg) 0.152 iBPI (kJ/kg) 0.395 iBAP (kJ/kg) 1.501 iTVAP (kJ/kg) 24.453 iTVPI (kJ/kg) 33.451 iTVBP (kJ/kg) 95.831 �BBP (%) 74.13 �BPI (%) 87.12 �BAP (%) 89.19 �TVAP (%) 93.89 �TVPI (%) 93.51 �TVBP (%) 88.28 �CV (%) 48.97 �CC (%) 45.57

En la Tabla 11 se presentan el flujo de las irreversibilidades de los diferentes equipos de la caldera de recuperación de calor.

Tabla 11: Irreversibilidades de la caldera de recuperación de calor. Equipo _I._CRC_(kW) ECBP 5605.622 EVBP 1626.177 EC1AP 1277.946 ECPI 1082.707 EVPI 5719.873 EC2AP 3943.267 SCBP 446.266 SCPI 4565.157 EC3AP 1908.114 EVAP 11447.432 SC1AP 4467.903 RC1PI 2608.767 RC2PI 454.014 SC2AP 865.9 Total 46019.147

La Figura 6 presenta el perfil de temperaturas de la CRC, y se muestra el intercambio de calor entre los gases de escape y el vapor que se genera en los dos primeros equipos (SC2AP y RC2PI), asimismo, con el proceso de

postcombustión se incrementa la temperatura de los gases a 700°C aproximadamente, esto permite tener un flujo de líquido adicional a la entrada de la CRC, obteniendo una mayor potencia en la turbina de vapor. En el evaporador de alta presión es donde se tiene la mayor transferencia de calor. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 100 200 300 400 500 600 700 0 100 200 300 400 500 600 700 � 4 g 5 g 6 g 7 g 8 g 9 g 10 g 11 g ₁₂ g 13g 14 g 15 g_g₁₆ 17 g 18g 19 g 1 v 20 v 4 v 3 v 2 v 20 v 19 v v18 17 v 2 v 14 v 5 v 11 v 17 v 16 v 13 v 14 v 12 v 16 v 15 v 10 v 11 v 9 v EC BP EV BP 1 EC AP EC PI 2 EC AP EV PI SC BP SC PI 3 EC AP EV AP 1 SC AP 1 RC PI 2 RC PI 2 SC AP T (° C) T (° C) q (%) 1170.4 CC W� = kW Tamb = 23°C P_atm = 1 bar ��

Figura 6. Perfil de temperaturas de la CRC.

La Figura 7 muestra las irreversibilidades de la CRC, el equipo con mayor irreversibilidad es el evaporador de alta presión (EVAP), enseguida el evaporador de presión

intermedia (EVPI), el economizador de baja presión

(ECBP) y el primer sobrecalentador de alta presión (SCIAP).

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calor, se deben principalmente a las posiciones de los equipos en la CRC. ECBP 12.68 % EVBP 1.38 % EC1AP 2.32 % ECPI 2.37 % EVPI 14.07 % EC2AP 8.9 % SCBP 0.42 % SCPI 8.63 % EC3AP 4.28 % EVAP 25.72 % SC1AP 10.02 % RC1PI 6.14 % RC2PI 1.09 % SC2AP 1.98 % Figura 7. Irreversibilidades de la CRC.

La Figura 8 muestra un diagrama de eficiencia exergética contra el trabajo motor del CC, al aumentar la temperatura Tg3, el trabajo motor y la eficiencia exergética aumentan,

mientras que al aumentar la relación de presiones el trabajo motor y la eficiencia exergética disminuyen, también se muestra que para cada temperatura Tg3 se tiene

una relación de presiones óptima para obtener el trabajo motor máximo, y una relación de presiones óptima para obtener la eficiencia exergética máxima.

2520 2550 2580 2610 2640 2670 2700 2730 2760 2790 45.0 45.5 46.0 46.5 47.0 47.5 1170.4 CC W� = MW 1260 1240 �� w_CC (kJ/kg) ��10 �� Tg3 = 1207.14 1220 Tamb = 23°C Patm = 1 bar ��

Figura 8. Eficiencia exergética contra trabajo motor del CC.

5. Conclusiones

Con el proceso de postcombustión se tiene que suministrar un 12.3% adicional de combustible, y así mantener una relación de potencias 1:1 entre las TG y la TV.

Uno de los factores importantes que determinan la recuperación de calor y las irreversibilidades en la CRC es la temperatura y el flujo de gases de escape de la turbina de gas, además de que el proceso de intercambio de calor se realiza a baja presión, donde la corriente caliente tiene menor exergía, aproximadamente el 30% de su contenido

Al evaluar las pérdidas de exergía en la caldera de recuperación de calor, se puede obtener las condiciones de diseño, es decir, la posición de los diferentes equipos de intercambio de calor, esto es con el fin de disminuir las irreversibilidades de la CRC.

6. Referencias

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