Análisis energético y exergético
La red de vapor de una planta de proceso es un sistema de generación y distribución de vapor a diferentes tipos de consumidores finales. El vapor puede ser utilizado como un medio calefactor, consumido directamente o utilizado para producir potencia eléct
Para su producción se consume, en general, combustible, agua desmineralizada, energia eléctrica y agua de refrigeración. A fin de reducir el coste que supone la operación de la red es muy útil disponer de una herramienta de simulación y optimización de redes de vapor, como es el programa XV desarrollado por el Dept. de Ingeniería Química de la URV. Inicialmente, se construye un fichero de datos de entrada standard que tiene que incluir todos los datos y parámetros de las unidades presentes en la red. Los equipos que permite simular este programa son los que normalmente se encuentran en una red de vapor típica de una planta de proceso: Sistema de Cogeneración, formado por una TG, y una caldera de recuperación. Diferentes tipos de colectores: Colectores de vapor Colectores de condensado Colectores de agua de calderas Calderas convencionales. Calderas de recuperación de calor de proceso. Turbinas de vapor. Compresores de vapor. Consumidores de vapor. Condensadores de vapor. Válvulas reductoras de presión. Recipientes de flashs. Desgasificador. Motores eléctricos. En una primera fase, el modelo consiste en un módulo de simulación de la red que permite reproducir con buena fiabilidad el comportamiento de la red, y se utiliza de punto de partida para realizar la optimización de la red. El módulo de optimización resuelve el sistema de ecuaciones linealizadas formado por los balances de materia y energía utilizando un algoritmo de programación lineal secuencial (SLP). Como resultado se obtienen las características completas de todas las corrientes de la red (caudales, entalpías, presiones, temperaturas, consumos de combustibles, etc.). Las propiedades del agua y del vapor se calculan con la subrutina stm.f que predice mediante fórmulas analíticas de ajuste, las propiedades termodinámicas del agua y del vapor de agua. En función de las variables presión (P), temperatura (T), título (x), entalpía (H) y entropía (S), la subrutina permite el cálculo de la propiedad que se desee, indicando el estado del agua (líquido subenfriado, líquido saturado, vapor saturado y vapor sobrecalentado). El modelo permite realizar la optimización de cualquier esquema habitual de red de vapor, en tres niveles: 1-Optimización de caudales y entalpias. 2-Optimización de la presión de los colectores de vapor. 3-Optimización de la configuración de operación: funcionamiento con turbina de vapor o con motor eléctrico, marcha o parada de calderas). Para realizar la optimización se utiliza un modelo linealizado en el cual se consideran como función objetivo los costes de operación del sistema de vapor. No se tienen en cuenta el coste de inversión en equipos ya que esta prevista la aplicación del programa a redes existentes. En la función objetivo en el coste de operación se han incluido el beneficio producido por la electricidad vendida. El método de análisis exergético, basado en el segundo principio de la termodinámica, tiene en cuenta tanto la cantidad de energía com su calidad. A partir del concepto de exergía, se calculan las irreversibilidades internas y externas de un sistema de producción de energía, analizando las pérdidas existentes en los diferentes equipos. Una aplicación de este tipo de análisis consiste en distribuir los costes de producción entre los productos de la instalación (electricidad y vapor), en base a su contenido exergético.
