Ciclo Combinado
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Uso del Ciclo Combinado en la Generación de Energía Eléctrica

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Ciclo Combinado Ciclo Combinado Presentation Transcript

  • EL CICLO COMBINADO; SU POSIBLE UTILIZACION EN LA INDUSTRIA DE LA CAÑA DE AZUCAR
  • EN QUE CONSISTE SU EVENTUAL APLICACION EN LA INDUSTRIA DE LA CAÑA DE AZUCAR ? PORQUE SU UTILIZACION ? DIFERENTES ENFOQUES APORTES Y DIFICULTADES
  • Aire Compresor Comb. Limp. Turbina de gas Turbina de vapor EE EE Vapor de baja Al secado A la chim . Caldera de recuperación Gases Gases Ciclo Combinado COMBUSTIBLE
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  • Temp. Entropía isobara isobara 1 2 3 4 W comp Q 1-2 = 0 W exp CICLO BRAYTON (IDEAL) W comp = h 1 - h 2 1-2 2-3 Q=  mC p delta T 3-4 W exp = h 3 - h 4 Q 2-3 Q 4-1
  • Temp. Entropía isobara isobara 1 2 3 4* W comp Q = 0 W exp CICLO BRAYTON (REAL) W comp = h 1 - h* 2 1-2* 2*-3* Q=  mC p delta T* 3*-4* W exp = h* 3 - h* 4 4 2* Q 2*-3* 3* Q 4*-1
  • SEGUN CARNOT, EL TRABAJO (ENERGIA) MAXIMO QUE SE PUEDE OBTENER DE FORMA CICLICA, IDEAL, DE UNA CANTIDAD DE CALOR Q A UNA TEMPERATURA T VIENE DADO POR : W= Q*((T-T 0 )/T ) DONDE T 0, ES LA TEMPERATURA DEL “FOCO FRIO” AL QUE SE RECHAZA INEVITABLEMNETE UNA CANTIDAD DE CALOR IGUAL A: Q (T 0 )/T DONDE RADICA LA DIFERENCIA POSITIVA DE ENTREGA DE ENERGIA?
  • EL VALOR MAXIMO (IDEAL) DE (T - T 0 /T), LA EFICIENCIA DE LA MAQUINA,  =1-T 0 /T AUMENTA, CUANDO T AUMENTA EL VALOR MAXIMO DE LA EFICIENCIA DEL CICLO RANKINE CON BAGAZO, CONDENSANDO A 70 0 C, TEMPERATURA DEL HORNO 1100 0 C, Y DEL VAPOR, 520 0 C (UN CASO EXTREMO), ES :  =(1 - (70+273)/(520+273))*100 = 56.7 %
  • PARA EL CICLO COMBINADO, CON 1100 0 C A LA ENTRADA DE LA TURBINA DE GAS, 550 0 C A SU SALIDA, 20 % DE PERDIDAS DE CALOR EN LA CALDERA DE RECUPERACION, GENERANDO VAPOR A 400 0 C, Y 70 0 C EN EL VAPOR CONDENSANTE. LA ENERGIA MECANICA MAXIMA POSIBLE ES: Q*(1- T 550 / T 1100 ) + Ef caldera *Q*(T 550 /T 1100 )*(1-(T 70 /T 400 ))  = (1- T 550 / T 1100 ) + Ef caldera *(T 550 /T 1100) *(1-(T 70 /T 400 ))
  • (1- (550+273)/(1100+273)) + (80/100)*((550+273)/(1100+273))*(1-(70+273)/(400+273)) = [0.40 + 0.23] = 0.63*  = 63.0 % ES DECIR, EN CUALQUIER CASO, LA EFICIENCIA DEL CICLO COMBINADO VA A ESTAR POR LO MENOS 10 % POR ENCIMA DEL CICLO RANKINE. EN LA PRACTICA, LAS DIFERENCIAS SON MUCHO MAYORES, EL CICLO BRAYTON NO TIENE LAS PERDIDAS DE “DISPONIBILIDAD” DE CONVER- SION DE ENERGIA TERMICA EN MECANICA DEL RANKINE.
  • UNA PLANTA ELECTRICA MUY BUENA, DE RELATIVA- MENTE ALTA CAPACIDAD (300 MW), SEGUN EL CICLO RANKINE, PUEDE QUEMAR 220 GRAMOS DE PETROLEO COMBUSTIBLE POR KW-H, LO QUE EQUIVALE A 2156 KCAL POR KW-H, QUE ES IGUAL A 8553 BTU POR KW-H, O A 9.6MJ POR KW-H, QUE CORRESPONDE A UNA EFICIENCIA DEL 40 %, . TODOS LOS INDICADORES, CUANDO PROCEDE, SOBRE LA BASE DEL VALOR CALORICO BAJO. EN “GAS TURBINE WORLD 2000-2001 HANDBOOK”, SE REPORTAN TURBINAS DE GAS, CICLO BRAYTON, NO CICLO COMBINADO, CON INDICADORES SIMILARES, EN UNIDADES, INCLUSIVE BASTANTE MAS PEQUEÑAS, DEL ORDEN DE 20 A 40 MW.
  • COMBUSTIBLES ? GAS NATURAL GAS DE PRODUCTOS RESIDUALES DE REFINACION DE PETROLEO LIQUIDOS; KEROSENE Y OTROS CARBON; PULVERIZADO, O GASIFICADO BIOMASA; GASIFICADA TRATADA MECANICAMENTE TRATADA MECANICA + QUIMICAMENTE.
  • GASIFICACION ; CONVERSION DE UN COMBUSTIBLE SOLIDO O LIQUIDO EN UN COMBUSTIBLE GASEOSO DE PRIMERA IMPORTANCIA EN LA UTILIZACION DE LA BIOMASA COMO COMBUSTIBLE, AUNQUE NO ES OBLI -- GADA SU INCORPORACION. FUNDAMENTALMENTE, HAY DOS TIPOS, LA DE COM-- BUSTION DIRECTA POR AIRE Y LA DE COMBUSTION INDIRECTA POR CALENTAMIENTO CON UN SOLIDO EN LECHO FLUIDIZADO. ESTA ULTIMA, GENERANDO UNA MEZCLA GASEOSA CON MAYOR VALOR CALORICO. GASIFICACION
  • ELEMENTOS IMPORTANTES EN LA GASIFICACION, DESDE PUNTOS DE VISTA DE LA BIOMASA SON : -- MORFOLOGIA Y GRANULOMETRIA DE LA BIOMASA --COMPORTAMIENTO MECANICO EN SU MANIPULACION -- SU HUMEDAD -- CONTENIDO DE CENIZAS -- COMPOSICION DE ESTAS, TANTO EN EL TEJIDO VEGETAL COMO DESPUES DE LA GASIFICACION -- COMPOSICION DEL GAS FORMADO -- SU VALOR CALORICO
  • DOCUMENTO DEL DPTO DE ENRGIA DEL GOBIERNO DE EE UU (Accesible en INTERNET) DOE / GO -- 100096 -- 349 NREL / FS 22315 AGOSTO DEL 97, REVISADO EN ENERO DEL 2000 GASIFICACION POR CALENTAMIENTO (COMBUSTION) DIRECTA CON AIRE RENUGAS EN PROCESO DE DEMOSTRACION EN HAWAII DESARROLLADO POR “INSTITUTE OF GAS TECHNOLOGY” CON LA PARTICIPACION DE WESTINGHOUSE, HAWAII COMERCIAL SUGAR CORPORATION, EL ESTADO DE HAWAII, Y OTROS. SE PROBO CON BAGAZO EN LA ISLA DE MAUI EN 1996 A UNA RAZON DE 50 TON POR DIA, TRABAJANDO A UNA PRESION DE 150 LB / PULG CUADRADA. SE DESARROLLARON DOS VARIANTES, LA DE HAWAII Y LA DE FINLANDIA (TAMPELLA), ORIGINALMENTE DISE-- ÑADA PARA CARBON. ES DE LECHO FLUIDIZADO.
  • GASIFICACION POR CALENTAMIENTO (COMBUSTION) INDIRECTA. BATELLE / COLUMBUS EN PROCESO DE DEMOSTRACION EN “ McNEIL POWER STATION”, BURLINGTON, VERMONT
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  • ASPECTOS ECONOMICOS INVOLUCRADOS EN EL TRABAJO “ BIOMASS GASIFICATION; COMMERCIALIZATION AND DEVELOPMENT”, DE RICHARD L. BAIN, KEVIN C. CRAIG, Y RALPH P. OVEREND, DEL NREL DEL DOE, LOS AUTORES CONSIDE-- RAN LOS COSTOS DE INVERSION EN GASIFICACION, SIMILARES A LOS DEL RESTO DEL CICLO, ESTO ES, ENTRE US$ 600 Y 800 POR KW DE POTENCIA INSTALADA. PARA UNA PRIMERA PLANTA US $ 650 POR KW, Y PARA LA N PLANTA , US$ 450 POR KW INSTALADO. EN EL PROPIO TRABAJO SE DA COMO COSTO DEL MW-H US$43, DE LOS CUALES, 10.7 SE LO ASIGNAN AL COMBUSTIBLE.
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  • COMBUSTIBLES ? GAS NATURAL GAS DE PRODUCTOS RESIDUALES DE REFINACION DE PETROLEO LIQUIDOS; KEROSENE Y OTROS CARBON; PULVERIZADO, O GASIFICADO BIOMASA; GASIFICADA TRATADA MECANICAMENTE TRATADA MECANICA + QUIMICAMENTE.
  • BIOTEN INC , DE 10330 TECHNOLOGY DRIVE , KNOXVILLE TENNESEE, EEUU, REPORTA LA OPERACION DE UNA INSTA-- LACION QUE TRABAJA CON RESIDUOS DE MADERA SIN GASIFICACION, SOLAMENTE CON ACONDICIONAMIENTO MECANICO Y SECADO (SAWDUST). LA TURBINA DE GAS, QUE MUEVE UN GENERADOR DE 6.0 MW, FUE ADAPTADA DIRECTAMENTE POR ESTA EMPRESA, LA CAMARA DE COMBUSTION ES EXTERNA, Y LOS GASES SON LIMPIADOS SOLAMENTE CON UN SEPARADOR CICLON DEL CUAL SALEN LOS GASES A LA TURBINA.
  • COMBUSTIBLES ? GAS NATURAL GAS DE PRODUCTOS RESIDUALES DE REFINACION DE PETROLEO LIQUIDOS; KEROSENE Y OTROS CARBON; PULVERIZADO, O GASIFICADO BIOMASA; GASIFICADA TRATADA MECANICAMENTE TRATADA MECANICA + QUIMICAMENTE .
  • EN LA REUNION ANUAL DE LA AGENCIA INTERNACIONAL DE ENERGIA. TAREA No. 17 (1999) SE REPORTO UN TRABAJO SOBRE LA UTILIZACION DE BIOMASA TRATADA MECANICA + QUIMICA-- MENTE MODIFICANDO SU POROSIDAD DE TAL FORMA QUE LA VELOCIDAD DE COMBUSTION AUMENTA HASTA 10 VECES, QUE-- MANDOSE COMO UN GAS CON LA CONSIGUIENTE DISMINUCION DEL VOLUMEN DE LA CAMARA DE COMBUSTION ASI COMO CON LA POSIBILIDAD DE UTILIZAR BAJOS EXCESOS DE AIRE SOBRE EL TEORICO REQUERIDO, SOLO CINCO AL DIEZ PORCIENTO.
  • Combustion de bagazo tratado
  • Temp. Entropía isobara isobara 1 2 3 4* W comp Q = 0 W exp CICLO BRAYTON (REAL) W comp = h 1 - h* 2 1-2* 2*-3* Q=  mC p delta T* 3*-4* W exp = h* 3 - h* 4 4 2* Q 2*-3* 3* Q 4*-1
  • Diagrama de Flujo de Información en el Cálculo de la Turbina de Gas
  • Composición Elemental del Bagazo Base libre de cenizas Carbono . . . . . . . . . . . 47.0 48.2 Hidrógeno . . . . . . . . . . 6.5 6.7 Oxígeno . . . . . . . . . . . . 44.0 45.1 Cenizas . . . . . . . . . . . . 2.5 - - 100.0 % 100.0 %
  • Combustión de Bagazo Fórmula empírica del bagazo C 48.2/12 H 6.7/1 O 45.1/16 o (  / 100 )  C 4.02 H 6.7 O 2.82  bagazo + (1.0+  / 100 )*(  / 100 )*( 4.02*2 + ( 6.7 / 2 ) - 2.82)*( 1 / 2 )  O 2  moles de oxigeno que vienen en el aire Reacción de Combustión; base de cálculo  C 4.02 H 6.7 O 2.82 PME (empírico) del Bagazo = 48.2+6.7+45.1 = 100
  • + ( 79 / 21 )*(1.0+  / 100 )*(  / 100 )*( 4.02*2 + ( 6.7 / 2 ) - 2.82)*( 1 / 2 )  N 2  moles nitrogeno que vienen con el oxigeno del aire + (  )*( hum / 100 )/ 18 )  H 2 O  moles de agua como humedad en el combustible calor liberado 4.02*(  / 100 ) [ CO 2  +(( 6.7 / 2 )*(  / 100 )[H 2 O]+(BC)*( moist / 100 )/ 18 )  H 2 O  + (  / 100 )*(  / 100 )*( 4.02*2 + ( 6.7 / 2 ) - 2.82)*( 1 / 2 )  O 2  + ( 79 / 21 )*(1.0+  / 100 )*(  / 100 )*( 4.02*2 + ( 6.7 / 2 ) - 2.82)*( 1 / 2 )  N 2 
  • C 4.02 H 6.7 O 2.82 + (4.285 O 2 + 16.12 N 2 ) (1+  /100) 4.02CO 2 + 3.35H 2 O + 4.285(  /100)O 2 + 16.12(1+  /100)N 2 o de otra forma C 4.02 H 6.7 O 2.82 + 20.4 (1+  /100) Ai re Bagazo 4.02CO 2 + 3.35H 2 O + 4.2 85(  /100)O 2 + 16.12(1+  /100)N 2
  • BASE DE CALCULO ; 1000 KG DE BAGAZO TRATADO, CON 15 % DE HUMEDAD Y CERO CENIZAS SEGUN CALCULOS EN HOJA EXCEL, SE OBTIENE, ENTRE OTROS RESULTADOS; % mol C P prom 200/800 Kcal/mol-Kg- 0 K CO 2 7.88 11.83 O 2 10.92 7.89 N 2 72.70 7.48 H 2 O 8.49 9.17 PROMEDIO 8.01 PMP MOL-KG TOTALES DE GASES 433.47 28.85 MOL-KG TOTALES DE AIRE 398.91 28.84
  • Cálculos de la Estequiometría, Termofísica y Termoquímica de la Combustión
  • COMPRESION DEL AIRE, ETAPA 1-2* PARA UN PROCESO ISENTROPICO AIRE 1) 2) 3) 4) IGUALANDO LAS EXPRESIONES 2 Y 3, SUSTITU- YENDO C p , REUBICANDO T, INTEGRANDO, RES- PETANDO UNIDADES (J), E INTRODUCIENDO EFICIENCIA DEL COMPRESOR  .
  • J ; equivalente mecánico del BTU = 778.26 pie-lb fuerza / BTU R = 1544 pie-lb fuerza / mol-lb - 0 R p 2 = 90 lb / pulg 2 abs; p 1 atm., 14.696 lb/pulg 2 abs. p 2 / p 1 ; razón de compresión del compresor = 6.12  = delta H ideal / delta H real = 0.85 T 1 ; temperatura admisión del aire = 24 0 C T 2 ; temperatura de salida del aire = 938 0 R = 521 K 248 0 C Trabajo de compresión; 2913 BTU/ mol-lb 1618 Kcal / mol-kg 1.8818 Kw-h/mol-Kg
  • Trbajo de Compresión del Aire
  • ENTALPIA DE LOS REACTIVOS (BAGAZO + AIRE) + VCB = ENTALPIA DE LOS PRODUCTOS (CO 2 + O 2 + N 2 + H 2 O) MEDIANTE EL BALANCE, SE CALCULA LA TEM- PERATURA DE SALIDA DE LOS GASES DE LA CA- MARA (ENTRADA A LA TURBINA), EN ESTE CASO; = 1495 K = 1222 0 C = 2232 0 F CALENTAMIENTO ISOBARICO BALANCE DE ENTALPIA EN LA CAMARA DE COMBUSTION; ETAPA 2*-3*
  • EXPANSION CASI ISENTROPICA EN LA TURBINA DE GAS (ETAPA 3*-4*) EL MODELO A SEGUIR ES EL MISMO DEL COMPRESOR, SOLO MOVIENDO LA EFICIENICIA DE LA MAQUINA AL TERMINO DE LA DERECHA
  • Trabajo de Expansión Realizado por los Gases
  • TEMPERATURA DE LOS GASES A LA SALIDA DE LA TURBINA 776 0 C = 1429 0 F ENTREGA DE ENERGIA POR LA TURBINA DE GAS = 3643 Kcal / mol-Kg = 6558 Btu/mol-lb = 4.2364 Kw-h/mol-Kg ENERGIA UTILIZADA POR EL COMPRESOR PORCIENTO DE LA GENERADA POR LA TURBINA. ((398.92*1.8818 )/(433.47*4.2364))*100 = 41 ENTREGA NETA DE LA TURBINA DE GAS 433.47*4.2364 - 398.92*1.8818 = 1086 KW-H POR CADA 1000 KG DE BAGAZO TRATADO, CON 15 % DE HUMEDAD Y CERO CENIZAS.
  • RECUPERACION DEL CALOR SENSIBLE DE LOS GASES DE ESCAPE DE LA TURBINA. BASE; 1000 KG DE BAGAZO TRATADO, CON 15 % DE HUMEDAD Y CERO CENIZAS. GASES; 433.47 MOL-KG TEMP 776 0 C = 1049 K C p CALCULADO, 8.01 Kcal/mol-k  H = 433.47*(776-160)*8.01*0.98 = 2 095 695 Kcal GENERANDO VAPOR A 60 ATA/ 450 0 C, DESDE AGUA A 100 0 C CON  H AGUA =687 Kcal/Kg GENERACION = 2 095 695/687 = 3050 Kg
  • GENERACION ELECTRICA EN LA TURBINA DE VAPOR CON PRESION DE ESCAPE DE 2.0 ATA MAN, 3 ATA ABS., EL CONSUMO ESPECIFICO ES DE 8.85 KG/KW-H, QUE PROMUEVE UNA GENERA- CION EN LA TURBINA DE VAPOR DE GE TV = 3050/8.85 = 345 KW-H PARA UN TOTAL DE 1086 + 345 = 1431 KW-H EL BAGAZO TRATADO PROVIENE DE (1000/0.8)*0.85/0.14 = 7589 KG DE CAÑA
  • QUEDANDO COMO INDICADORES FINALES 1431/7.589 = 189 KW-H/ TON DE CAÑA 3050/7.589 = 402 KG DE VAPOR/ TON DE CAÑA 433.47/7.589 = 57.12 MOL-KG DE GC A 160 0 C POR TON DE CAÑA
  • BASE DE CALCULO ; 1000 KG DE BAGAZO TRATADO, CON 15 % DE HUMEDAD Y CERO CENIZAS SEGUN CALCULOS EN HOJA EXCEL, SE OBTIENE, ENTRE OTROS RESULTADOS; % mol C P prom 200/800 Kcal/mol-Kg- 0 K CO 2 7.58 11.83 O 2 11.31 7.89 N 2 72.94 7.48 H 2 O 8.16 9.17 PROMEDIO 8.01 PMP MOL-KG TOTALES DE GASES 450.82 28.85 MOL-KG TOTALES DE AIRE 416.26 28.84
  • J ; equivalente mecánico del BTU = 778.26 pie-lb fuerza / BTU R = 1544 pie-lb fuerza / mol-lb - 0 R p 2 = 120 lb / pulg 2 abs; p 1 atm., 14.696 lb/pulg 2 abs. p 2 / p 1 ; razón de compresión del compresor = 8.16  = delta H ideal / delta H real = 0.85 T 1 ; temperatura admisión del aire = 24 0 C T 2 ; temperatura de salida del aire = 1021 0 R = 567 K 294 0 C Trabajo de compresión; 3516 BTU/ mol-lb 1953 Kcal / mol-kg 2.27 Kw-h/mol-Kg
  • TEMPERATURA DE LOS GASES A LA SALIDA DE LA TURBINA 718 0 C = 1324 0 F ENTREGA DE ENERGIA POR LA TURBINA DE GAS =4201 Kcal / mol-Kg = 7562 Btu/mol-lb = 4.8849 Kw-h/mol-Kg ENERGIA UTILIZADA POR EL COMPRESOR PORCIENTO DE LA GENERADA POR LA TURBINA. ((416.26*2.2709 )/(450.82*4.8849))*100 = 42.9 ENTREGA NETA DE LA TURBINA DE GAS 450.82*4.8849 - 416.26*2.2709 = 1257 KW-H POR CADA 1000 KG DE BAGAZO TRATADO, CON 15 % DE HUMEDAD Y CERO CENIZAS.
  • RECUPERACION DEL CALOR SENSIBLE DE LOS GASES DE ESCAPE DE LA TURBINA. BASE; 1000 KG DE BAGAZO TRATADO, CON 15 % DE HUMEDAD Y CERO CENIZAS. GASES; 450.82 MOL-KG TEMP 718 0 C = 991 K C p CALCULADO, 8.01 Kcal/mol-k  H = 450.82*(718-160)*8.01*0.98 = I974677Kcal GENERANDO VAPOR A 60 ATA/ 450 0 C, DESDE AGUA A 100 0 C CON  H AGUA =687 Kcal/Kg GENERACION DE VAPOR= 1974677/687 = 2874 Kg
  • GENERACION ELECTRICA EN LA TURBINA DE VAPOR CON PRESION DE ESCAPE DE 2.0 ATA MAN, 3 ATA ABS., EL CONSUMO ESPECIFICO ES DE 8.85 KG/KW-H, QUE PROMUEVE UNA GENERA- CION EN LA TURBINA DE VAPOR DE GE TV = 2874/8.85 = 325 KW-H PARA UN TOTAL DE 1257 + 325= 1582 KW-H EL BAGAZO TRATADO PROVIENE DE (1000/0.8)*0.85/0.14 = 7589 KG DE CAÑA
  • QUEDANDO COMO INDICADORES FINALES 1581/7.589 = 208 KW-H/ TON DE CAÑA 2874/7.589 = 378 KG DE VAPOR/ TON DE CAÑA 450.82/7.589 = 59.40 MOL-KG DE GC A 160 0 C POR TON DE CAÑA
  • Base: 1000 kg de bagazo tratado con 15 % hum, cero cenizas
  • Aire Compresor Comb. Limp. Turbina de gas Turbina de vapor EE EE Vapor de baja Al secado A la chim . Caldera de recuperación Gases Gases Gasificador Aire vapor Bagazo Ciclo Combinado con Gasificación Cenizas
  • Aire Compresor Combustor Turbina de gas Turbina de vapor EE EE Vapor de baja Al secado A la chim . Caldera de recuperación Gases Gases Ciclo Combinado CON EVENTUAL INYECCION DE VAPOR INYECCION DE VAPOR
  • Aire Compresores Turbina de gas Turbina de vapor EE EE Vapor de baja Al secado A la chim . Caldera de recu-peración de calor Gases Gases Ciclo Combinado CON EVENTUAL INYECCION DE VAPOR INYECCION DE VAPOR intercooler
  •  
  • ESTEQUIOMETRiA Y TERMOQUIMICA DE LA GASIFICACION DEL BAGAZO ; Fórmula empírica del bagazo (seco), estimada anteriormente C 4.02 H 6.7 O 2.82 Con un Peso Molecular Empírico de 100 (4.02*12 + 6.7*1 + 2.82*16)
  • Las reacciones, de forma global, se pueden representar para un caso, por la siguiente expre- sión (no balanceada): C 4.02 H 6.7 O 2.82 + H 2 O en bagazo + vapor de H 2 O + aire (N 2 + O 2 ) CO 2 + CO + H 2 + CH 4 + N 2 + H 2 O + otros otros : alquitranes + partículas <3 %
  • Para desarrollar los cálculos, tomamos la compo- sición del producto de un gasificador, recordando que esa composición se da usualmente en volúmen, y que la composición en volúmen es igual a la composición en moles para los gases (vapor de agua ?) CO - - - - - - - - - - 12.3 % en Vol o moles CO 2 - - - - - - - - - 12.4 H 2 - - - - - - - - - - 16.2 CH 4 - - - - - - - - - 4.8 N 2 - - - - - - - - - - 27.8 H 2 O - - - - - - - - - 26.5 100.0
  • Tomando como base de cálculo 100 moles, los núme- ros correspondientes al analísis, se convierten en moles de cada especie, lo que permite balancear toda la ecua- ción, asi, haciendo un balance de carbono, podemos calcular el bagazo 4.02 X = 12.3 + 12.4 + 4.8 X = 7.34 mol-kg de bagazo = 734 kg considerando ya los moles, mol-kg Como el N 2 es todo del aire, este será igual a: Aire = 27.8 / 0.79 = 35.2 mol-kg
  • y el oxígeno que viene con el aire, será igual a 35.2 * 0.21 = 7.4 mol- kg de oxígeno en el aire alimentado. El vapor de agua en los gases proviene del bagazo, la formación a partir del hidrógeno del bagazo, y del propio vapor alimentado para realizar la gasificación. El que va en los gases lo conocemos, 26.5 moles-kg, el que aporta el bagazo como humedad, también (15 % de hu- medad en bagazo) ( 734/0.85)*0.15 = 129.5 kg = 129.5/18 = 7.2 mol-kg
  • Ahora, mediante un balance de hidrógeno, podemos calcular el vapor de agua inyectado al gasificador Hidrogeno que entra En el bagazo 7.34* 6.7/2 = 24.6 mol-kg En la humedad del bagazo 7.2 En el vapor de agua alimentado X Hidrogeno que sale Como tal 16.2 mol-kg Como metano, 4.8*2= 9.6 Como vapor de agua en los gases 26.5 51.3 mol-kg Vapor de agua = X = 19.5 mol-kg
  • Ahora disponemos de la ecuación balanceada, y po- demos calcular las implicaciones energéticas. Primera- mente se debe calcular el calor de formación del baga- zo, y ya con este, la temperatura que alcanzan los gases a la salida del gasificador mediante un balance de entalpía. El calor de formación del bagazo, lo calculamos sobre la base de su calor de combustión, y los calores de forma- ción del CO 2 y el H 2 O C 4.02 H 6.7 O 2.82 + 4.285 O 2 4.02 CO 2 + 3.35H 2 O
  • Valor Calórico Bajo del bagazo seco - - - 4500 kcal/kg 18.8 mJ/kg Como el peso molecular lo hemos considerado igual a 100, el Calor de Combustión lo tomamos igual a 100*4500 = 450000 kcal o 1880 mJ. De Hougen y Watson tomamos los calores de formacion del CO 2 = - 94030 kcal/mol-kg y del agua (estado gaseoso) = - 57801 kcal/mol-kg Calor de formación de los reaccionantes + calor de reacción = calor de formación de los productos. Se debe cumplir que el
  • Calor de formación de los reaccionantes el del bagazo lo desconocemos y lo llamamos X, el del oxígeno es igual a cero por definición (es un elemento) Calor de formación de los productos 4.02*(-94030) + 3.35*(-57801) = - 571634 X + (- 450000) = -571634 X= -121634 kcal/mol-kg ; Calor de Formación del Bagazo
  • Cálculo del calor de reacción de gasificación Calor de formación del bagazo + calor de formación del agua (l) de la humedad del bagazo + calor de formación del vapor alimentado (entalpía) + calor de reacción de gasificación (?) igual a Calor de formación de los productos de la gasificación De aquí se despeja como incógnita el calor de reacción
  • Sobre la base del calor liberado en la Reacción, y con los calores específicos (C p ) de los gases forma- dos en la misma, expresados como una función de T (temperatura absoluta) se calcula la temperatura adiabática de salida de los gases. M i son los moles de cada especie formada. De la expresión integrada se despeja T adiab
  • Casos de Destilerías Esquemas reportados por Zarpelón en Taller de Energía de ISSCT de Berlín, 1991
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  • REFLEXIONES SOBRE EL CICLO COMBINADO - EL CICLO COMBINADO PERMITE REALIZAR UN APROVECHAMIENTO IMPORTANTE DE LAS RESERVAS DE ENERGIA DE LA AGROINDUSTRIA DE LA CAÑA DE AZUCAR, ALCANZANDO NIVE-- LES DE GENERACION DEL ORDEN DE LOS 200 KW-H POR TONELADA DE CAÑA. --LOS COSTOS DE INVERSION, EN UN FUTURO CER- CANO, SERAN SIMILARES A LOS DEL CICLO RAN- KINE, Y A MEDIANO PLAZO, EVENTUALMENTE
  • REFLEXIONES........... SIGNIFICATIVAMENTE MAS BAJOS, SI SE LLEGA EXITOSAMENTE A LA COMBUSTION DIRECTA DEL BAGAZO (SIN GASIFICACION). --LA CO-COMBUSTION CON COMBUSTIBLE FOSIL (GAS NATURAL) SERA BASTANTE MAS EFICIENTE, RESOLVIENDOSE LA CONTRADICCION DE LA OPERACION FUERA DE ZAFRA. --TIENE EN SU CONTRA, UNA MAYOR DEPENDENCIA PARA LOS PAISES EN VIAS DE DESARROLLO, DE LOS PAISES DESARROLLADOS
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  • MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION