Anàlisi energètica i exergètica

de sistemes de cogeneració i xarxes de vapor


La xarxa de vapor d'una planta de procés és un sistema de generació i distribució de vapor a diferents tipus de consumidors finals. El vapor pot ser utilitzat com a medi calefactor, consumit directament o utilitzat per produir potència elèctrica o mecànica. En la seva producció es consumeix, en general, combustible, aigua desmineralitzada, energia elèctrica i aigua de refrigeració. Per tal de reduir el cost que suposa l'operació de la xarxa és molt útil disposar d'un eina de simulació i optimització de xarxes de vapor, com és el programa XV desenvolupat al Dept. d'Enginyeria Química.

Primerament, es construeix un fitxer de dades d'entrada standard que ha d'incloure totes les dades i paràmetres dels elements presents a la xarxa. Els equipaments que permet simular aquest programa són els que normalment es troben en una xarxa de vapor típica d'una planta de procés:

En una primera fase, el model treballa amb un mòdul de simulació de la xarxa que permet reproduir amb bona fiabilitat el comportament de la xarxa, i s'utilitza de punt de partida per realitzar l'optimització de la xarxa. El mòdul d'optimització resolt el sistema d'equacions linealitzades format pels balanços de matèria i energia utilitzant un algoritme de programació lineal seqüencial (SLP). Com a resultat s'obtenen les característiques completes de tots els corrents de la xarxa (cabals, entalpies, pressions, temperatures, consums de combustibles, etc.).

Les propietats de l'aigua i el vapor es calculen a la subrutina stm.f que prediu mitjançant fórmules analítiques d'ajust, les propietats termodinàmiques de l'aigua i del vapor d'aigua donades en les taules de vapor. En funció de les variables pressió (P), temperatura (T), títol (x), entalpia (H) i entropia (S), la subrutina permet el càlcul de la propietat que es desitgi, indicant l'estat de l'aigua (líquid subrefredat, líquid saturat, vapor saturat i vapor sobreescalfat).

El model permet realitzar l'optimització de qualsevol esquema habitual de xarxa de vapor, en tres nivells:

1-Optimització de cabals i entalpies.

2-Optimització de la pressió dels col.lectors de vapor.

3-Optimització de la configuració d'operació: funcionament amb turbina de vapor o motor elèctric, servei o aturada de calderes).

Per a realitzar l'optimització s'utilitza un model linealitzat en el qual es consideren com a funció objectiu els costos d'operació del sistema de vapor. No es tenen en compte el cost d'inversió en equips ja que esta prevista l'aplicació del programa a xarxes existents. En la funció objectiu al cost d'operació s'hi ha inclòs el benefici produït per l'electricitat venuda.

El mètode d'anàlisi exergètic, basat en el segon principi de la termodinàmica, té en compte tant la quantitat d'energia com la seva qualitat. Apartir del concepte d'exergia, es calculen les irreversibilitats internes i externes d'un sistema de producció d'energia, analitzant les perdues existents en els diferents equips. Una aplicació d'aquest tipus d'anàlisi consisteix en distribuir els costos de producció entre els productes de la instal.lació (electricitat i vapor), en base al seu contingut exergètic.




Tornar a la pàgina principal