Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR
dor, de modo que ninguna cantidad de calor se libera en esta central como calor
de desecho. En otras palabras, toda la energía transferida al vapor en la caldera se
emplea ya sea como calor de proceso o como energía eléctrica. De tal manera
que para una planta de cogeneración es apropiado definir un factor de utilización
u como
o
Salida de trabajo neto Calor de proceso entregado
u
Entrada total de calor
W# neto Q # p
Q # entrada
(10-23)
Caldera
3
4
Válvula de
expansión
2
Bomba II
5
Calentador
del proceso
8
Bomba I
Turbina
6
Condensador
FIGURA 10-23
Una planta de cogeneración con cargas
ajustables.
7
1
u 1
(10-24)
donde Q . Q # entrada
salida representa el calor rechazado en el condensador. Estrictamente
hablando, Q . salida incluye también todas las pérdidas térmicas indeseables de la
tubería y otros componentes, aunque suelen ser pequeñas y por ello se consideran
insignificantes. También incluye deficiencias de combustión, como
combustión incompleta y pérdidas en chimenea cuando el factor de utilización
se define con base en la capacidad calorífica del combustible. Obviamente, el
factor de utilización de una planta de cogeneración de turbina de vapor ideal
es de 100 por ciento. Las plantas reales de cogeneración tienen factores de
utilización tan altos como 80 por ciento. Algunas plantas de cogeneración
recientes tienen incluso factores de utilización más altos.
Observe que sin la turbina sólo se necesitaría suministrar calor hacia el
vapor en la caldera a una tasa de 100 kW en lugar de 120 kW. Los 20 kW
adicionales de calor suministrados se convierten en trabajo. Por consiguiente,
una planta eléctrica de cogeneración es equivalente a una planta de calentamiento
de proceso combinada con una central eléctrica que tiene una eficiencia
térmica de 100 por ciento.
La planta de cogeneración ideal de turbina de vapor anteriormente descrita
no es práctica porque no puede ajustarse a las variaciones en la potencia y en
las cargas de calor de proceso. El esquema de una planta de cogeneración más
práctica (pero más compleja) se muestra en la figura 10-23. Bajo condiciones
normales de operación, una parte de vapor se extrae de la turbina a cierta presión
intermedia predeterminada P 6 . El resto del vapor se expande hasta la presión
del condensador P 7 y después se enfría a presión constante. El calor rechazado
desde el condensador representa el calor de desecho en el ciclo.
En los mo men tos de gran de man da de ca lor para pro ce so, to do el va por se
envía a las unidades de calentamiento de proceso mientras que nada se manda
al condensador (m . 7 0). De es te mo do, el ca lor de de se cho es ce ro. Si es to no
es su fi cien te, se es tran gu la una par te del va por que sa le de la cal de ra me dian te
una vál vu la de ex pan sión o de re duc ción de pre sión (VRP) has ta la pre sión de
extracción P 6 y se en vía a la uni dad de ca len ta mien to de pro ce so. El má xi mo
ca len ta mien to de pro ce so se al can za cuan do to do el va por que sa le de la calde
ra pa sa a tra vés de la VRP (m . 5 m . 4). De este modo, ninguna potencia se
pro du ce. Cuan do no hay de man da de ca lor para pro ce so, to do el va por pa sa a
tra vés de la tur bi na y el con den sa dor (m . 5 m . 6 0), y la planta de co ge ne ración
ope ra co mo una cen tral or di na ria eléc tri ca de va por. Las ta sas de en tra da
de ca lor, ca lor re cha za do y el su mi nis tro de ca lor al pro ce so, así co mo la po tencia
producida en esta planta de cogeneración, se expresan como:
Q # entrada m # 3 1h 4 h 3 2
Q # salida m # 7 1h 7 h 1 2
Q# salida
(10-25)
(10-26)
Q # p m # 5h 5 m # 6h 6 m # 8h 8
W # turbina 1m # 4 m # 521h 4 h 6 2 m # 7 1h 6 h 7 2
(10-27)
(10-28)