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Termoeconomía y optimización energética

Termoeconomía y optimización energética. 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.

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Presentation Transcript

  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. Integración energética P C R F Agua de refrigeración Vapor de proceso

  4. Diagramas entalpía-temperatura T Tce Demanda de calor Tfs Demandas: C F Tfe Tcs Oferta de calor (Demanda de refrigeración)

  5. Integración energética T Demanda de calor Tce Tfs C F Tfe DTmin Demanda neta: Tcs Oferta de calor (Demanda de refrigeración)

  6. Capacidad calorífica de flujo Pendiente : T T T C C C F F F

  7. Corrientes T ºC 200 3-F 1-C 2-C 100 4-F 0 1000 500 kW

  8. Curvas compuestas: CCC y CCF T ºC 200 3-F 1-C CCC 2-C 100 4-F 0 1000 500 kW

  9. CCC y CCF T ºC 200 3-F 1-C CCC CCF 2-C 100 4-F 0 1000 500 kW

  10. CCC y CCF T ºC Demanda de calefacción 200 3-F 1-C CCC CCF 2-C 100 Calor intercambiado entre corrientes 4-F Demanda de refrigeración 0 1000 500 kW

  11. CCC y CCF T ºC Demanda de calefacción 200 3-F 1-C CCC CCF 2-C 100 Calor intercambiado entre corrientes 4-F Demanda de refrigeración 0 1000 500 kW

  12. CCC y CCF. ¿ΔTmin? T ºC Qcal,min 200 3-F 1-C CCC CCF 2-C 100 ¿ΔTmin? 4-F Qref,min 0 1000 500 kW

  13. Curvas compuestas modificadas T ºC ΔTmin/2 ΔTmin 200 ΔTmin/2 3-F CCC* 1-C CCF* CCC CCF 2-C 100 4-F 0 1000 500 kW

  14. CCC*, CCF*, Pinch T ºC Qcal,min ΔTmin/2 ΔTmin 200 ΔTmin/2 3-F CCC* 1-C CCF* CCC CCF 2-C 100 Pinchpoint 4-F Qref,min 0 1000 500 kW

  15. CCC* y CCF* T ºC Qcal,min 200 CCC* CCF* 100 Pinchpoint Qref,min 0 1000 500 kW

  16. Algoritmo tabular. Temperaturas Reales Modificadas -ΔTmin/2 +ΔTmin/2

  17. 3-F* Dominios temperaturas 4-F* T ºC Corrientes calientes Corrientes frías t* / ºC Dominios 1-C 2-C tcal / ºC tfria / ºC 3-F 4-F 200 210 200 1-C* 190 1 1 2-C* 170 160 150 2 2 140 130 120 3 3 100 110 100 90 4 4 80 70 60 5 5 40 30 20 6 6 0 1000 500 kW

  18. 3-F* Dominios temperaturas 4-F* T ºC 200 1-C* 1 2-C* 2 3 100 4 5 6 0 500

  19. Tabla problema

  20. Dominios temperatura T ºC 200 CCC* CCF* 1 2 -110 3 100 4 5 6 0 1000 500 kW

  21. Dominios temperatura T ºC 200 CCC* 1 CCF* 2 -110 3 100 4 5 6 0 500

  22. Dominios temperatura T ºC 200 CCC* 1 CCF* 2 -110 95 3 100 4 5 6 0 500

  23. Cascada calorífica / kW / kW t* / ºC Inicial Óptimo 0 110 200 1 -80 kW + + + + + + + + + + 160 -80 30 2 15 kW -65 45 130 3 -45 kW Talle 100 -110 0 4 75 kW 70 -35 75 5 20 kW 30 -15 95

  24. Tabla problema resuelto.

  25. Comprobación

  26. Gran curva compuesta (GCC) t* / ºC t* / ºC Servicio de calefacción: 110 kW 200 220 1 1 -80 kW 200 160 180 2 15 kW 160 2 140 130 3 3 120 -45 kW 100 100 4 80 4 75 kW 5 60 70 40 5 6 20 kW 20 Servicio de refrigeración: 95 kW 30 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

  27. GCC. Retén de calor. t* / ºC t* / ºC +15 kW Servicio de calefacción: 110 kW 200 220 1 1 1’ -80 kW 200 160 180 2 15 kW 160 2 2’ 140 130 3 3 120 -45 kW 2’’ 100 100 4 80 4 75 kW 5 60 70 40 5 6 20 kW 20 Servicio de refrigeración: 95 kW 30 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

  28. GCC. Opciones Suministro (1) t* / ºC t* / ºC Servicio de calefacción: 110 kW 220 200 1 200 1 -80 kW 180 160 160 2 15 kW 140 130 120 3 2’’ 2’’ -45 kW 100 4 100 80 5 4 75 kW 60 70 40 6 5 Servicio de refrigeración: 95 kW 20 kW 20 30 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

  29. Suministro (1), la realidad.

  30. GCC. Opciones Suministro (2) t* / ºC t* / ºC 220 200 AP: 80 kW 1 200 1 -80 kW 180 160 160 2 2 15 kW 140 130 BP: 30 kW 120 3 2’’ 2’’ -45 kW 100 4 100 80 5 4 75 kW 60 AT: 75 kW 70 40 6 5 20 kW 20 BT: 20 kW 30 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

  31. Suministro (2), la realidad.

  32. GCC. Opciones Suministro (3) t* / ºC t* / ºC 240 220 200 1 200 1 -80 kW 110 kW 180 160 160 2 15 kW 140 130 120 3 2’’ 2’’ -45 kW 100 4 100 80 5 4 75 kW 60 95 kW 70 40 6 5 20 kW 20 30 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

  33. Suministro (2), la realidad.

  34. Reglas de Linnhoff • Sólo se tomará calefacciónexterna por encimadel talle • Sólo se tomará refrigeraciónexterna por debajodel talle • Nodebe existir flujo de calora travésdel talle. BodoLinnhoff

  35. Malla de intercambio. Linnhoff T (oferta) Orden kW kW/K T 1 210ºC 80ºC 1-C 110ºC 2,00 260 170ºC 40ºC 2-C 2 110ºC 2,50 325 3 90ºC 190ºC 3-F 90ºC 4,00 -400 4 20ºC 120ºC 4-F 90ºC 2,00 -200 ºC 0 200 100 100

  36. Malla de intercambio. Op1. (oferta) kW kW/K 110 ºC 1 210ºC 80ºC 1-C 110ºC 2 F2 2,00 260 60 kW 90 ºC 170ºC 40ºC 2-C 2 110ºC 1 2,50 325 F1 125kW 140 ºC 3 90ºC 190ºC 3-F 90ºC 2 4,00 -400 C1 200kW 200kW 4 20ºC 120ºC 4-F 90ºC 1 2,00 -200 1x C= 200kW 200kW 2x I= 400kW R= 185kW 2x

  37. Malla de intercambio. Op 1 (Reglas) (oferta) Talle t*=100ºC kW kW/K 110 ºC 1 210ºC 80ºC 1-C 110ºC 2 F2 2,00 260 60 kW 90 ºC 170ºC 40ºC 2-C 2 110ºC 1 2,50 325 F1 125kW 140 ºC 3 90ºC 190ºC 3-F 90ºC 2 4,00 -400 C1 200kW 200kW 4 20ºC 120ºC 4-F 90ºC 1 2,00 -200 1x C= 200kW 200kW 2x I= 400kW Talle t*=100ºC R= 185kW 2x

  38. Reglas de Linnhoff • Sólo se tomará calefacciónexterna por encimadel talle • Sólo se tomará refrigeraciónexterna por debajodel talle • Nodebe existir flujo de calora travésdel talle. BodoLinnhoff

  39. Subsistema por encima del talle (oferta) kW kW/K 110 ºC 1 210ºC 80ºC 1-C 110ºC 2 F2 2,00 260 60 kW 90 ºC 170ºC 40ºC 2-C 2 110ºC 1 2,50 325 F1 125kW 140 ºC 3 90ºC 190ºC 3-F 90ºC 2 4,00 -400 C1 200kW 200kW 4 20ºC 120ºC 4-F 90ºC 1 2,00 -200 200kW

  40. Subsistema por encima del talle (oferta) kW kW/K 1 210ºC 1-C 110ºC 2,00 260 170ºC 2-C 2 110ºC 2,50 325 3 190ºC 3-F 90ºC 4,00 -400 4 120ºC 4-F 90ºC 2,00 -200

  41. T c Subsistema por encima del talle ΔTmin f (oferta) < kW kW/K 140 ºC 210ºC 1-C 110ºC 3 2,00 200 2 170ºC 2-C 110ºC 2,50 150 1 ΔTmin 127,5 ºC 3 190ºC 90ºC 3 1 4,00 -400 150kW 4 120ºC 90ºC 2,00 -60 2 60kW

  42. T c Encima del talle. Op2 ΔTmin f (oferta) < kW kW/K 140 ºC 176 ºC 210ºC 1-C 110ºC 3 2 2,00 200 5 158 ºC 170ºC 2-C 110ºC 1 2,50 150 4 162,5 ºC 190 ºC 145,5 ºC 120 ºC 138 ºC 3 90ºC 5 4 1 3 4,00 -400 C1 110kW 30kW 68kW 72kW 120kW 4 120ºC 90ºC 2 2,00 -60 60kW

  43. Debajo del talle. Op2 (oferta) kW kW/K 1 80ºC 110ºC 2,00 260 40ºC 2 110ºC 2,50 325 90ºC 3-F 90ºC 4,00 -400 20ºC 4-F 90ºC 2,00 -200

  44. Debajo del talle. Op2 (oferta) kW kW/K 1 80ºC 110ºC 7 6 2,00 60 78 ºC 40ºC 2 110ºC 2,50 175 F1 95 kW 90ºC 3-F 90ºC 7 4,00 0 80 kW 60 ºC 20ºC 4-F 90ºC 6 2,00 -140 60 kW

  45. Encima del talle. Relajación de la red. Op3 (oferta) kW kW/K 140 ºC 176 ºC 210ºC 1-C 110ºC 3 2 2,00 200 5 158 ºC 170ºC 2-C 110ºC 1 2,50 150 4 162,5 ºC 190 ºC 145,5 ºC 120 ºC 138 ºC 3 90ºC 5 4 1 3 4,00 -400 C1 110kW 30kW 68kW 72kW 120kW 4 120ºC 90ºC 2 2,00 -60 60kW

  46. Encima del talle. Relajación de la red. Op3 (oferta) kW kW/K 117,5 ºC 147,5 ºC 210ºC 1-C 3 2 2,00 185 170ºC 2-C 110ºC 1 2,50 150 158,75 ºC 190 ºC 127,5 ºC 158,75 ºC 3 90ºC 1 3 4,00 -400 C1 125kW 125kW 150kW 4 120ºC 90ºC 2 2,00 -60 60kW

  47. Debajo del talle. op3 (oferta) kW kW/K 117,5 ºC 1 80ºC 110ºC 5 4 2,00 75 84 ºC 40ºC 2 110ºC 2,50 175 F1 110 kW 90ºC 3-F 90ºC 5 4,00 0 65kW 52,5 ºC 20ºC 4-F 90ºC 4 2,00 -140 75kW

  48. Comparación Opción 1 1x 2x 2x Opción 2 1x 7x 1x Opción 3 1x 5x C= 125kW C= 200kW C= 110kW 1x I= 490kW I= 400kW I= 475kW R= 185kW R= 110kW R= 95kW

  49. Ing. de procesos. Factores • Coste de materias primas. • Inversión. • Consumo de energía. • Flexibilidad e inventario. • Seguridad. • Calidad. • Medio ambiente.

  50. An. de procesos. Elementos • Diagrama de flujo. • Balances de materia y energía. • Análisis termodinámico. • Dimensionado de equipos. • Análisis exergético. • Análisis termoeconómico. • Análisis económico.

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