Motor de combustión con recuperador de calor

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Un proceso industrial utiliza 18 kg/h de vapor saturado a 2 bares (absolutos), para lo cual se utiliza un sistema de cogeneración con el que también se produce la energía eléctrica que abastece al proceso, con un rendimiento eléctrico del 40%. El agua de red que alimenta el proceso entra a 20ºC a un recuperador de calor, con rendimiento del 95%, en el cual se utilizan los gases de escape del equipo para producir el vapor. Trabajando a plena carga el equipo consume 3,750 kW, generando 120 kg/h de gases de escape a 540ºC. Por otro lado, el 60% del calor de refrigeración del motor es aprovechado en un proceso paralelo para precalentar agua.

(CpHUMOS ≈ 1.1 kJ/kgºC)

  1. Rendimiento térmico.
  2. Rendimiento eléctrico equivalente.
  3. Temperatura de los humos a la salida del recuperador de calor.

Definición de la Nomenclatura utilizada:

Sistemas CHP. El sistema CHP incluye la unidad en la que se consume el combustible (ej. turbina, caldera, motor) el generador eléctrico, y la unidad de recuperación de calor que transforma calor que se derrocha en energía térmica utilizable.

Entrada de energía de combustible total (QFUEL). La energía térmica asociada con la entrada de combustible total. La entrada de combustible total es la suma de todos los combustibles usados por el sistema CHP.

Producción de energía eléctrica útil neta (WE). La producción eléctrica es la producción de energía eléctrica producida por el generador menos las pérdidas eléctricas parásitas, en otras palabras, la potencia eléctrica para soportar el sistema CHP. Un ejemplo de pérdidas eléctricas parásitas es la electricidad que puede usarse para comprimir el gas natural antes de quemarlo en la turbina.

Producción térmica útil neta (ΣQTH). La producción térmica útil neta es igual a la producción térmica útil bruta del sistema CHP menos la entrada térmica. Un ejemplo de entrada térmica es la energía del retorno del condensado y agua de alimentación al generador de vapor de recuperación de calor. La energía térmica útil neta representa energía térmica derrochada que se recupera por el sistema CHP.

Rendimiento térmico útil de cogeneración CHP Qη Razón de la producción térmica útil neta (ΣQTH) entre la entrada de energía de combustible total (QFUEL).

Rendimiento eléctrico de cogeneración CHP Eη Razón de la producción eléctrica (WE) entre la entrada de energía de combustible total (QFUEL).

Valor de referencia para la producción separada de calor (Ref Qη) Eficiencia de la tecnología convencional que de otra forma se usaría para producir la producción de energía térmica útil si el sistema CHP no existe.  Por ejemplo, si un sistema CHP utiliza gas natural y produce vapor, entonces representa la eficiencia de una caldera con gas natural convencional. Valores típicos para las calderas son: 0,82 para la caldera de gas natural, 0,75 para una caldera de biomasa, y 0,83 para una caldera de carbón. Se usará Ref Qɳ= 0.90 si no se especifica el combustible

Valor de referencia para la producción separada de electricidad (Ref Eη) Eficiencia de la tecnología convencional que de otra forma se usaría para producir la producción de energía eléctrica si el sistema CHP no existe.