1 Termoeconomía y optimización energética
2 Temario 1. Introducción 2. Revisión de termodinámica 3. La exergía 4.Determinación de exergía 5. Balances y Álgebra lineal 6. El coste exergético 7. Análisis termoeconómico 8. Optimización termoeconómica 9. Integración energética
3 Balances Tf
4 Balances Materia: Entrante – Saliente – Acumulada = 0Energía: Entrante – Saliente – Acumulada = 0 Entropía: Entrante – Saliente – Acumulada = Generada Exergía: Entrante – Saliente – Acumulada = Destruída
5 Balance de eNergía. EcuacionesHumos 4 Turbina Aire 3 Caldera (1) 5 Comb. 2 8 (2) Ceniz. 7 9 Purga 6 1 12 (3) Condensador Bomba de Alimentación (4) Agua de reposición 13 10 11
6 Balance de eNergía. EcuacionesHumos 4 Turbina Aire 3 Caldera (1) 5 Comb. 2 8 (2) Ceniz. 7 9 Purga 6 1 12 (3) Condensador Bomba de Alimentación (4) Agua de reposición 13 10 11
7 Balance de eNergía. Álgebra.Humos 4 Turbina Aire 3 Caldera (1) 5 Comb. 2 8 (2) Ceniz. 7 9 Purga 6 1 12 (3) Condensador Bomba de Alimentación (4) Agua de reposición 13 10 11
8 Matriz de incidencia. Vector eNergíaVector nulo Vector energía Matriz de incidencia
9 Balance de eXergía. EcuacionesHumos 4 Turbina Aire 3 Caldera (1) 5 Comb. 2 8 (2) Ceniz. 7 9 Purga 6 1 12 (3) Condensador Bomba de Alimentación (4) Agua de reposición 13 10 11 𝐵 𝐵 𝐵 3 − 𝐵 4 − 𝐵 5 − 𝐵 6 − 𝐵 7 = 𝐵 𝑑,(1) 𝐵 5 − 𝑊 2 − 𝐵 9 = 𝐵 𝑑,(2) 𝐵 𝐵 10 − 1− 𝑇 0 𝑇 𝑄 3 − 𝐵 12 = 𝐵 𝑑,(3) −𝐵 𝐵 𝑊 4 = 𝐵 𝑑,(4)
10 Balance de eXergía. EcuacionesHumos 4 Turbina Aire 3 Caldera (1) 5 Comb. 2 8 (2) Ceniz. 7 9 Purga 6 1 12 (3) Condensador Bomba de Alimentación (4) Agua de reposición 13 10 11 =Bd,(1) =Bd,(2) =Bd,(3) =Bd,(4)
11 Balance de eXergía. Álgebra.Humos 4 Turbina Aire 3 Caldera (1) 5 Comb. 2 8 (2) Ceniz. 7 9 Purga 6 1 12 (3) Condensador Bomba de Alimentación (4) Agua de reposición 13 10 11
12 Matriz de incidencia. Vector eXergíaVector diagnóstico Vector exergía Matriz de incidencia
13 Bal. Ex. Definiciones. Vector de diagnóstico: Irreversibilidad total,o destrucción total de exergía: Destrucción relativa de exergía:
14 Rendimiento exergéticoFlue gases Fuel Slide Comments: Oxidant T o
15 Balance de Materia. EcuacionesHumos 4 Turbina Aire 3 Caldera (1) 5 Comb. 2 8 (2) Ceniz. 7 9 Purga 6 1 12 (3) Condensador Bomba de Alimentación (4) Agua de reposición 13 10 11
16 Balance de materia. EcuacionesHumos 4 Turbina Aire 3 Caldera (1) 5 Comb. 2 8 (2) Ceniz. 7 9 Purga 6 1 12 (3) Condensador Bomba de Alimentación (4) Agua de reposición 13 10 11 =0 =0 =0 =0
17 Balance de materia. Álgebra.Humos 4 Turbina Aire 3 Caldera (1) 5 Comb. 2 8 (2) Ceniz. 7 9 Purga 6 1 12 (3) Condensador Bomba de Alimentación (4) Agua de reposición 13 10 11
18 Matriz de incidencia. Vector materiaVector nulo Vector materia Matriz de incidencia
19 Balances con álgebra matricial. Régimen permanente.Materia: Entrante – Saliente = 0 Energía: Entrante – Saliente = 0 Entropía: Entrante – Saliente = Generada Exergía: Entrante – Saliente = Destruída
20 Bomba de Alimentación (4)Agrupación de equipos Humos 4 Turbina Aire 3 Caldera (1) 5 Comb. 2 8 (2) Ceniz. 7 9 Purga 6 1 12 (3) Condensador Bomba de Alimentación (4) 13 11 10 Agua de reposición Corrientes (3) Equipos (4) (3+4)
21 Agrupación completa Humos 4 Aire 3 5 Comb. 2 8 Ceniz. 7 9 Purga 6 12 1Caldera (1) 5 Comb. 2 8 (2) Ceniz. 7 9 Purga 6 1 12 (3) 13 11 10 Agua de reposición
22 (Electricidad a 0,05 €/kWh)Exergía y coste p (bar) t (ºC) ∆h (kJ kg-1) b (kJ kg-1) cost (€ t-1) 70 285.9 2667.2 1044.3 17.75 35 242.6 2698.5 982.6 16.70 15 198.3 2687.3 876.2 14.90 7 165.0 2658.6 769.1 13.07 3.5 138.9 2627.5 668.7 11.37 2.0 120.2 2601.8 587.4 9.99 1.0 99.6 2570.6 487.0 8.28 Slide Comments: Suponiendo 0,014 €/MJ (Electricidad a 0,05 €/kWh)
23 CCGN
24 Sankey. Energías.
25 Grassman. Exergía.
26 Esquema ANÁLISIS EXERGÉTICO TERMOECONOMÍA Exergía Energía utilizableTERMODINÁMICA: ANÁLISIS EXERGÉTICO Exergía Energía utilizable Análisis Evaluación Rendimientos Recurso ENFOQUE ECONÓMICO ECONOMÍA: Coste exergético TERMOECONOMÍA Coste unitario (Coste por unidad de exergía) Coste de recursos (Variable) (Fijos) Otros costes (Capital, O. & M.,…) Análisis Evaluación Optimización Coste termoeconómico Coste de productos
27 Puntos fuertes del A.E. Mide la perfección termodinámica del sistema (Bd) Tiene aplicación y validez general Base racional para sistemas complejos Proporciona información más precisa que Bal En. Elección de los niveles de agregación (intensidad del análisis) Punto partida para la Termoeconomía Recursos naturales (consumos) e impacto medioambiental Slide Comments:
28 Algebra Matricial con Excel
29 Asistente para fórmulasSum Subtraction Product Inverse Transpose [A]*[B] = MMULT ([A];[B]) Multiplication [A]-1 = MINVERSA ([A];[B]) Inverse [A]t = TRANSPONER([A]) Transpose |A| = MDETERM([A]) Determinant “;” separator list symbol
30 Cálculo matricial Ctrl+Shift+Enter Sum Subtraction Product DivisionInverse Ctrl+Shift+Enter