PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA DE FUGA DE CALOR:

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1 PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA DE FUGA DE CALOR: ciclo doble / simple etapa ORC con un innovador motor rotativo termovolumetrico patentada de alta eficiencia 0.Resumen Se presentan algunos resultados del trabajo de investigación teórica y práctica sobre la posibilidad de optimizar las diferentes unidades de cogeneración con o sin los motores de combustión interna. La elección se a eco para diseñar un sistema modular con módulos de 25 kw cada uno (por ciclos a baja temperatura). Una segunda opción es utilizar un especial motor rotativo volumétrico con alta eficiencia disponible en dos versiones diferentes. El primero, eco de material polimérico de alta resistencia, para temperaturas inferiores a 200 C, el segundo, para temperaturas de asta 600 C, está eco de aleaciones de metales con alta resistencia. La principal ventaja de este motor es la posibilidad de trabajar con mezclas di.gas / líquidos sin problemas. Esta característica ace que sea posible utilizar el ciclo de Rankine con o sin sobrecalentamiento. Este motor rotativo volumétrico certificado el ciclo Rankine. se vuelve flexible, ya que es posible introducir en el motor cualquier líquido / mezcla de gas en un rango de presión muy amplia. Otra característica muy importante de este motor rotativo volumetrico es que funciona con eficiencia que varía de 95% (peor caso) a 99% (aire lubricado). Un ORC (Organic Rankine Cycle-) en dos etapas, se propone como una opción técnica para la recuperación del calor residual de los procesos de generación de potencia (o de producción / transformaciòn ), con o sin motores de combustión (unidades de cogeneración), y específicamente como un medio eficaz para aumentar la eficiencia total de la conversión de energía en los sistemas existentes y / o a realizar. Debido a factores relacionados con el proceso, el uso del calor residual de los gases de escape en el intercambiador de calor y el gas del sistema de refrigeración de la fuente de calor se lleva a cabo a diferentes niveles de temperatura y está eco de un proceso ORC en dos etapas empleando dos grupos de motores volumétricos rotativos.se emplean dos diferentes ciclos Rankine : el primero utiliza el fluido de trabajo a baja temperatura (Honeywell Genetron 245fa) en el intervalo +120 / -15 C, con la posibilidad de una adaptación inmediata a +40/0 C, sin ningún cambio. Este ciclo a baja temperatura usando el motor rotatorio volumétrico polimérico, con una eficiencia muy cercana a la del ciclo de Carnot. El ciclo de temperatura más alta opera entre 350 C/100 C está directamente asociado con el ciclo de la baja temperatura anterior. En este caso, el fluido de trabajo es agua y el motor rotatorio volumétrico empleado y el realizado de aleaciones metálicas de alta resistencia. En este caso la potencia de salida depende de la temperatura más alta, un valor que puede variar de 400 / 100 C a 250 / 120 C como una función de las condiciones de funcionamiento y con una eficiencia muy cerca del ciclo de Carnot..INTRODUCCION Dado el aumento del costo de los recursos petrolíferos y de energía primaria, el aumento de la eficiencia de los procesos de conversión de energía es uno de los desafíos clave para mejorar la eficiencia de conversión de energía, y luego a la reducción de los costes de producción. Desde esta perspectiva, el calor de baja temperatura o calor residual de los procesos de producción es cada vez más "atractiva" como una fuente de energía secundaria. el problema de los sistemas de cogeneración es el eficiente de utilizar el calor residual. En la mayoría de plantas industriales y de energía en europa, y el uso 'del calor residual no es optimo y en mucos casos limita a la utilización de la energía térmica para el proceso de producción primario. En términos de la relación entre la energía total utilizada, esta situaciòn satisface y deriva de eco de que ay grandes consumidores de energía térmica en la zona de instalaciones estas. La energía descargada con los lagos y la de enfriamiento se pierde en general. El objetivo de este, trabajo en aprovecar la energía térmica convirtiendola en Energia Electrica. El esquema del sistema tìpico con motor termovolumetrico, Potencia / Carga y unidad de Refrigeracion por aire / gas. figura en la Muestra. 1 a continuacion. 1

2 Figura 1 Esquema de una instalación típica para la recuperación de calor completo, el motor primario se enfría a través de SHE (sistema de recuperación de energía a baja temperatura), que recoge el líquido de refrigeración más el calor del los intercooler / refrigerador posterior (energía). La energía de los gases de escape (EGHE) se recoge a través de un sistema de recuperación de energía de alta temperatura.sea el SHE que EGHE intran en los ciclos Rankine para producir energía, con el fin de obtener una recuperación de energía de asta 99%. Un esquema rappresentativo de una instalación típica con motor termovolumetrico, carga y enfriamiento se muestra en la figura. 1. El calor residual se puede utilizar con el sistema de escape del intercambiador de calor de gas a una temperatura más alta ( C) y del "intercambiador de calor de sistema" (y posiblemente también de la unidade de refrigeración de aire) con el nivel de temperatura la más baja (asta C). Debe quedar claro que SHE (sistema de recuperación de energía a baja temperatura) se puede utilizar con o sin el EGHE (sistema de recuperación de energía de alta temperatura). SHE puede operar con la temperatura más alta (fuente de entrada de calor), asta 40 C. Este resultado sorprendente se puede lograr mediante del motor rotativo con alta eficiencia y la nueva generación de fluidos de trabajo, en este caso la "Honeywell Genetron 245fa. 2.CONCEPTO DE RECUPERO ENERGETICO El concepto de instalación utiliza dos etapas de calor y dos de expansión. La expansión de alta presión se produce en el interior del motor rotatorio volumétrico con alta temperatura, la expansión residual se acopla a la expansión del fluido de trabajo de la entrada de calor a baja temperatura en el motor rotatorio volumétrico a baja temperatura. Aunque si esto complica el sistema, permite una mejor explotación de las opciones de funcionamiento proporcionados por los dos fluidos de trabajo. El concepto general para que la instalación del sistema, se muestra en la figura. 2, en la forma de un diagrama muy esquemático T-S. 2

3 Figura 2: Diagrama conceptual de la T-S. No es realistico en cuanto los fluidos de trabajo son diferentes. Para el SHE (recuperación de energía a baja temperatura por enfriamiento), el fluido operativo es el Honeywell Genetron 245fa, mientras que para la EGHE (recuperación de energía a alta temperatura durante la recuperación del sistema de escape) es el agua. El concepto general para que la instalación del sistema se muestra en la figura. 2, en la forma de un diagrama esquemático TS.El correcto diagrama para la SHE, que recoge el liquido refrigerante más la energía de refrigeración / calefacción (calor) en la figura. 3.A continuaciòn. Figura 3: el SHE (recuperación de energía a baja temperatura) que recoge el fluido de enfriamiento más energía de refrigeración / calefacción. Los puntos clave del sistema de SHE (sistema de recuperación de energía a baja temperatura) se resumen en la Tabla 1: A continuaciòn. 3

4 Punto Temp C Pressione (bar) V volume specifico (m3/kg) Densità (kg/m3) Entalpia (kj/kg) Entropia Cp La producción de energía E (kj) por cada kg de líquido es : E = H3-H4 = 483,82 a (kj / kg) La eficiencia termodinámica del ciclo es La eficiencia de Carnot termodinámico es decir, el máximo alcanzable es idealmente T1 T2 CARNOT T1 Con el fin de obtener los necesarios 25 kw el flujo de masa Mdot es: Mdot = 25/63 = 0,39 (kg / s) despes es VDOT VDOT = 0,3125 * 0, (m3 / s) El volumen Vcc del motor rotatorio volumétrico es: Vcc = / (2 * π * rpm/60) = / (2 * π * 2800/60) = 429 (cc) donde RPM es la velocidad del motor rotatorio volumétrico angular. Cv Por ejemplo, en el caso del sistema de recuperación del calor residual de los contenedores de Edipower, ela potencia de salida serà: Power Available= Q airecaliente/ (Cp * Delta T) = 2160 kw Power Rescued = Power Available * n = 485 kw Por lo que sería necesario contar con 20 módulos de 25 kw cada uno. En un año, el total de energía recuperada: ER / año serían lo siguiente: ER = Power Rescued * 365 * 21 * 3600 = 13,4 GW Un procedimiento similar puede ser seguido por el sistema de recuperación a alta temperatura (EGHE) (ver fig. 2). En este caso, el fluido de trabajo es agua. El ciclo se muestra en la fig. 4. 4

5 Figura 4: sistema de recuperación de calor a alta temperatura (EGHE) que recupera la energía (calor) de los gases de escape. Los puntos clave del sistema de recuperación a alta temperatura (EGHE) se resumen en la Tabla 2 a continuación: Punto Temp C Pressione (bar) Volume specifico (m3/kg) Entalpia (kj/kg) Entropia La producción de energía E (kj) por cada kg de líquido es : E = H3-H4 = 302 (kj / kg) La eficiencia termodinámica del ciclo es: La eficiencia de Carnot termodinámico es decir, el máximo alcanzable idealmente es: CARNOT T1 T T

6 Con el fin de obtener los necesarios 25 kw el flujo de masa es Mdot es: Mdot = 25/302 = 0,083 (kg / s) entonces VDOT serià: VDOT = 0,052 (m3 / s) El volumen de Vcc del motor rotatorio volumétrico es : Vcc = VDOT / (2 * π * rpm/60) = / (2 * π * 2800/60) = 179 (cc) donde rpm es la velocidad angular del motor rotatorio volumétrico. 3. CONCLUSIONES Un concepto original con dos etapas del ciclo de vapor / ORC para el uso del calor residual de los sistemas de cogeneración, con o sin motores a combustion.ha presentado y analizado La característica especial del concepto innovador que consiste en la adaptación de las dos fases de expansión a las características de la mayoría de las plantas de alimentación (entrada de calor en dos etapas, a diferentes niveles de temperatura). Los motores de expansión (motores termo-volumétrico rotativo certificado) funcionan sin problema con vapor saturado bajo. El ciclo de Rankine puede ser utilizado con la máxima eficiencia. Sobre la base de los parámetros del proyecto para el prototipo de planta prevista, an sido efectuada numerosas simulaciones para investigar las complejas interrelaciones e influencias en el funcionamiento. Luego se analizaron las influencias de los parámetros térmicos en los elementos clave del proceso y de las características de las dos etapas de expansión en referencia a la eficiencia de la planta. O? El resultado es que el uso de Honeywell 245fa Genetron para el ciclo a baja temperatura y el uso de agua a temperatura elevada es la mejor solución. Las eficiencias son por lo tanto muy cerca de los valores lìmites de Carnot. Particularmente impresionante es la cantidad de energía recuperada del ciclo de baja temperatura que emplea la "Honeywell Genetron 245fa. 6

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