- Resumen
- Antecedentes de la cogeneración
- Descripción del modelo de
cogeneración - El motor de combustión
interna - Sistema de recuperación del calor de
desecho - Sistema de aire acondicionado por
absorción - Caracterización del sistema de
cogeneración - Referencias
bibliográficas
RESUMEN
Con el objeto de
explicar la naturaleza del
proyecto de
investigación, es pertinente exponer previamente un
concepto
propio de la realidad actual, éste es el de Gerencia de
Energía. El mismo puede significar diferentes cosas
a diferentes personas, pero su filosofía actual se centra
en el uso juicioso y efectivo de la energía para maximizar
rendimientos energéticos y minimizar costos
económicos. Cuando se estudian los recursos
energéticos se consideran dos aspectos: uno, el enfocado a
la conservación de los mismos y el ahorro
económico que se pueda obtener de su uso, y el otro,
dirigido al ambiente, en
lo referente a su uso racional y la disminución de
efluentes térmicos y/o tóxicos .
La
cogeneración representa un concepto energético que
considera el acoplamiento de dos ciclos termodinámicos
donde uno de ellos funciona con los desechos térmicos del
otro. En nuestro caso específico, se estudia el
acoplamiento entre un motor de combustión interna que impulsa un generador
de electricidad por
un lado, y un equipo de refrigeración por absorción a
Bromuro de litio y agua por el
otro, este ultimo funcionando con los desechos térmicos
del motor.
Este Trabajo se
dedica a la presentación de los fundamentos y herramientas
de naturaleza teórica que son necesarios para el desarrollo e
interpretación del modelo de
cogeneración. Se comienza con los antecedentes de la
cogeneración para poder entender
su significado histórico, luego se busca comprender la
razón de eficiencia de los
motores de
combustión interna como además de los generadores
eléctricos acoplados a estos motores de combustión,
los equipos de recuperación de calor residual
proyectados por los motores, y por ultimo los sistemas de
refrigeración por absorción a bromuro de litio y
agua.
ANTECEDENTES DE LA
COGENERACIÓN
La
cogeneración no es un proceso nuevo,
su aplicación data de los principios del
siglo XVIII donde su más representativa forma eran los
pequeños molinos instalados dentro de una
chimenea.
A mediado de los
años del siglo XIX los postulados de Sadi
Carnot ( Reflexiones sobre la potencia motriz
del fuego) estimularon acciones para
aprovechar al máximo el vapor de desecho de los motores a
vapor, donde el concepto de recuperación era
básicamente para la calefacción en las
instalaciones industriales. En la última década del
mismo siglo se manifestó el nacimiento de la industria
eléctrica y la invención de los motores de
combustión interna, los cuales propiciaron la
expansión del mercado de la
generación combinada de potencia y calor.
La
cogeneración dentro de su evolución en el pasado no obedecía,
como lo es ahora, a la necesidad de ahorrar energía, sino
al propósito de asegurar el abasto de la electricidad y el
Calor, que en esos años, era insuficiente y no confiable.
Paralelamente al uso de turbinas en la generación
eléctrica, venían también
desarrollándose las máquinas
alternativas de combustión interna (MCI), propio de la
creciente necesidad de sistemas de generación más
pequeños, versátiles y de menor inversión inicial. Pero la
cogeneración en estos motores estaba enfocada a la
utilización del calor residual para calefacción de
las edificaciones, ya sea calentando aire o
agua.
En la actualidad
se diversifica el uso del calor residual creando ciclos
combinados para el mejor aprovechamiento de la energía
primaria, teniendo como ejemplo el acoplamiento de los MCI con
los ciclos de refrigeración por
absorción.
DESCRIPCIÓN DEL MODELO DE
COGENERACIÓN
En la figura 1 se
representa gráficamente el sistema de
cogeneración que es objeto de estudio. Se aprecia que el
sistema consiste en el acoplamiento de dos ciclos, uno motor y
otro sistema de refrigeración por absorción,
descrito mediante los diagramas de
carnot
Fig. 1 Esquema
del sistema de Cogeneración
La
vinculación entre los dos ciclos lo realiza un sistema de
recuperación de calor que toma una fracción de la
energía que desecha el motor, para con ello alimentar al
generador del ciclo de refrigeración.
De esta manera, de
acuerdo a lo que se presenta en la figura 1, se plantean las
siguientes ecuaciones que
servirán de base para el desarrollo del modelo:
Q°f = m°f
. ΔHf "Potencia Térmica del combustible
consumido" (1)
W° =
ηt . Q°f "Potencia mecanica " (2)
Ge° =
ηg . W° = ηg .
ηt . Q°f "Potencia
Eléctrica" (3)
Q°d = Q°f
– W° "Potencia de los desechos térmicos"
(4)
A partir de este
conjunto de ecuaciones se determina el rendimiento del ciclo
combinado, η
comb , en termino de la
potencia de refrigeración, Q°r, y la potencia
eléctrica, G°e , en relación con lo que es
necesario invertir, siendo esto la potencia térmica del
combustible que se entrega en el motor , Q°f , se expresa lo
siguiente:
η comb = ( Q°r + G°e ) / Q°f
(5)
En nuestro caso,
el η comb representa un
factor de calidad de
energía que servirá como medio de
comparación entre sistemas. Este factor es muy
característico porque reúne dos tipos de
energía, una térmica y otra eléctrica,
propio del concepto de Cogeneración.
La figura.2
muestra el
circuito de los fluidos que transportan la energía
térmica a distintas partes del sistema, esto no es
más que una mezcla de agua y aditivo. El sistema de
recuperación de calor referido en la figura 2, consta de
dos intercambiadores de calor, uno donde se recupera el calor
latente posible en la camisa del motor y el otro donde se
recupera el calor latente posible de los gases de
escape.
De las figuras 1 y
2, se desprende que para caracterizar el ciclo de
cogeneración, como un todo, es preciso caracterizar
previamente al MCI, a los intercambiadores de calor, y al ciclo
de refrigeración; aspectos estos a ser desarrollado a
continuación.
Fig. 2 Circuito
de Fluidos del sistema de Cogeneración
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