Cogeneración Procedimientos de Recuperacion de Energía Calorífica

Vista previa del material en texto

Procedimientos de Recuperación de la 
Energía Calorífica 
Dr. Miguel ASUAJEDr. Miguel ASUAJE
Octubre 2005
Contenido
Recuperación de la Energía Calorífica contenida en los Gases de Escape 
Procedentes de una Turbina de Gas
Utilización Directa
Utilización Indirecta
Generación de vapor en caldera convencional
Generación de vapor en una caldera de recuperación
Post-combustión en vena de aire
Sistemas de Recuperación del Calor a partir de Motores Alternativos
Sistemas de Recuperación a partir de agua caliente hasta 99 °C
Sistemas de Recuperación a partir de agua sobrecalentada hasta 115 °C
Sistema de Recuperación a partir de agua sobrecalentada y caldera de vaporización rápida
Sistemas de Ebullición
Energía Calorífica Procedentes de una Turbina 
de Gas 
Las Turbinas de Gas tiene dos focos de emisión de 
energía calorífica:
Los gases 
de escape, 
contienen 
entre un 65 
y 80% de 
la energía 
primaria 
consumida 
en la 
turbina
Las Pérdidas por Radiación, entre 2 y 5% de 
la energía primaria consumida en la turbina.
Energía Calorífica Procedentes de una Turbina 
de Gas 
Temperatura 420 – 650 °C
Contenido de O2 14 – 17%
Contenido de 
partículas 
Contaminantes
NOx 20 – 150 p.p.m.
CO 0 – 50 p.p.m.
CnHm 0 – 50 p.p.m.
Las única fuente de calor recuperable en la 
turbina de gas son por tanto los gases de 
escape.
CARACTERISTICAS DE LOS 
GASES ESCAPE DE UNA 
TURBINA
Nivel Bajo
Proporción de 
Oxígeno Alta
Nivel Bajo de 
Contaminantes
Energía Calorífica Procedentes de una Turbina 
de Gas 
Utilización Directa Utilización Indirecta
En proceso de sacado, en 
atomización y en hornos de 
proceso industrial que 
requieran bajas 
temperaturas y unos 
productos de combustión sin 
contaminantes (por 
ejemplo, horno de 
recalentamiento)
En calderas, sean de tipo 
convencional o de 
recuperación, para la 
generación de un fluido 
caloportador generalmente 
vapor
Posibles aplicaciones de estos gases de escape
Utilización Directa
Factores a Considerar 
•Mantener Caudal de Gases, su Distribución y Su flujo en el 
interior del aparato en que se utilicen los gases de escape de 
la turbina.
•Mantener el aporte de energía calorífica.
•Tener en cuenta las perdidas de carga en conducciones y en 
el propio aparato de utilización.
Las perdidas de carga afectan de forma importante el rendimiento
de la turbina de gas, por eso se recomienda:
1. Instalar la turbina lo más próximo al aparato en que se va a 
utilizar los gases de escape.
2. Tener en cuenta si el punto de utilización trabaja en sobre o 
depresión.
Utilización Indirecta.
Calderas Convencionales
Agua de retorno
40 Tn/hr
40 Tn/hr
Vapor @ kg/cm2
28620 kWh/h GAS 
NATURAL (PCB)
Rendimiento de la Caldera 93.9%
32.808 m3(n)/h Gases 120°
29.940 
m3/h
Aire 25°
2% 
Pérdidas 
Radiación
Generación de 
vapor en 
caldera 
convencional
Rendimiento bajo
Generación de 
vapor en caldera 
convencional con 
Post-Combustión
Utilización Indirecta. 
Caldera de Recuperación
Pinch Point:
Diferencia entre la 
temperatura de salida de 
los gases del evaporador y 
la temperatura de 
saturación 
correspondiente a la 
presión del vapor 
generado
Temperatura Approach:
Diferencia entre la 
temperatura de salutación 
del vapor a la salida del 
evaporador y la 
temperatura de entrada 
del vapor a agua en dicha 
sección
Caldera de Recuperación. 
Evolución de la Temperatura
Utilización Indirecta. 
Caldera de Recuperación
Utilización Indirecta.
Caldera de Recuperación
Utilización Indirecta
Efecto del 
Pinch Point en 
el calor 
recuperable
Utilización Indirecta. 
Calderas de Recuperación
Efecto del Pinch 
Point en el calor 
recuperable
Utilización Indirecta.
Calderas de Recuperación
Post-combustión 
en vena de aire. 
Ubicación de los 
Quemadores
Recuperación a Partir de Motores Alternativos
Sistemas de Recuperación del Calor a partir de Agua 
Caliente hasta 99 °C
Este sistema emplea el agua de salida de refrigeración del motor a 
una temperatura comprendida entre los 88 y 99 °C. La 
recuperación de calor se efectúa mediante un intercambiador de 
agua; los gases de escape pueden aprovecharse en un recuperador 
para elevar el nivel térmico del agua de refrigeración a la salida del 
motor y alimentar una caldera independiente del sistema de 
refrigeración.
El circuito de refrigeración del motor debe ser cerrado. En el mismo 
debe preverse la instalación de un intercambiador de refrigeración 
que entre en funcionamiento cuando no haya demanda de calor en 
el proceso o bien sea reducida.
Recuperación a Partir de Motores Alternativos
Sistemas de Recuperación del Calor a partir de Agua 
Caliente hasta 99 °C
En estos sistemas de recuperación deberá tenerse en cuenta:
•Se debe suministrarse el caudal de fluido refrigerante necesario
para conseguir una correcta refrigeración del motor.
•La presión del fluido refrigerante dentro del circuito deberá
permanecer constante.
•La diferencia entre las temperaturas de entrada y salida del 
refrigerante, no deberá superar 11 °C ni menor a 6 °C (aconsejable 
8 °C).
•La temperatura del refrigerante debe controlarse en todo 
momento.
•El agua refrigerante deberá ser agua tratada.
Sistemas de Recuperación del Calor a partir de Agua 
Caliente hasta 99 °C
Recuperación a Partir de Motores Alternativos
Sistemas de Recuperación a Partir de Agua 
Sobrecalentada hasta 115 °C
Este sistema emplea el agua sobrecalentada procedente de la 
refrigeración del motor a una temperatura comprendida entre 104 
°C y 121 °C. En esencia este sistema funciona de la misma forma 
que el sistema de agua caliente hasta 99 °C a excepción hecha en la 
presión de circulación que debe proporcionarse al fluido refrigerante 
y el control que hay que ejercer de la misma.
La presión del circuito primario del agua de refrigeración debe ser 
de 0.3 bar aproximadamente por encima de la presión de saturación 
del vapor de agua a la misma temperatura.
Observaciones:
Se debe controlar la temperatura del agua de refrigeración para que 
no sobrepase de 121 °C. 
Sistemas de Recuperación del Calor a partir de Agua 
Sobrecalentada hasta 115 °C
Recuperación a Partir de Motores Alternativos
Sistemas de Recuperación a Partir de Agua 
Sobrecalentada y Caldera de Vaporización Rápida
Este Procedimiento incorpora al sistema antes descrito, un 
generador de vapor a baja presión. Este generador se mantiene a 
una presión inferior a la que existe en circuito de refrigeración a la 
salida del motor, por lo que al entrar el agua sobrecalentada en el 
generador de vapor una parte se vaporiza utilizando el calor cedido 
por el agua que se enfría hasta la temperatura de saturación del 
vapor en la caldera. El vapor producido es enviado al proceso 
industrial.
Cualquiera que sea la temperatura de diseño del agua de 
refrigeración en el motor la presión en el circuito de refrigeración 
deberá ser la adecuada para evitar la ebullición o vaporización 
rápida en el motor.
Sistemas de Recuperación a Partir de Agua 
Sobrecalentada y Caldera de Vaporización Rápida
Recuperación a Partir de Motores Alternativos
Sistemas de Ebullición
Estos sistemas se basan en la refrigeración del motor mediante la 
absorción del calor necesario para la vaporización del agua de 
refrigeración. El vapor así producido no se permite que se acumule 
en el motor sino que se conduce junto con el agua de refrigeración 
no vaporizada hasta un separador de vapor situado en elevación con 
relación al motor.
La diferencia de temperatura (1.1 a 1.7 °C) entre la entrada y salida 
del agua refrigerante, asegura la circulación en virtud de la 
disminución de densidad que experimenta el fluido de refrigeración.
Este procedimiento es el más sencillo y menos costoso para la 
recuperación de energía calorífica y además no necesita bomba de 
recirculación del agua.
Sistemas de Ebullición
Recuperación a Partir de Motores Alternativos
Sistemas de Ebullición
Entrada del 
Agua Auxiliar
Salida del 
Agua Auxiliar
Entrada del Agua para Enfriamiento 
de lasCamisas del Motor
Motor
Separador de 
Vapor
Gases de 
Escape
Retorno del 
Condensado
Vapor a 
Proceso
Colector 
Elevador
Recuperación a Partir de Motores Alternativos
Sistemas de Ebullición
En este tipo de sistema deben tenerse en cuenta los siguientes 
aspecto:
•Para evitar una ebullición excesiva dentro del motor, el refrigerante 
deberá estar bajo una sobrepresión de 0.07 bar aproximadamente, 
medido a la salida del agua de refrigeración del motor.
•El Sistema de Refrigeración del motor ha de estar protegido contra 
una pérdida súbita de presión ya que esto podría provocar graves 
daños en el motor como consecuencia de una vaporización rápida.
•Los conductos del sistema de refrigeración deben contar con 
inclinación suficiente para evitar oclusiones motivadas por las 
burbujas de vapor.
	Contenido
	Energía Calorífica Procedentes de una Turbina de Gas 
	Energía Calorífica Procedentes de una Turbina de Gas 
	Energía Calorífica Procedentes de una Turbina de Gas 
	Utilización Directa 
	Utilización Indirecta.�Calderas Convencionales
	Utilización Indirecta. �Caldera de Recuperación
	Caldera de Recuperación. �Evolución de la Temperatura
	Utilización Indirecta. �Caldera de Recuperación
	Utilización Indirecta.�Caldera de Recuperación
	Utilización Indirecta 
	Utilización Indirecta. �Calderas de Recuperación
	Utilización Indirecta.�Calderas de Recuperación
	Recuperación a Partir de Motores Alternativos 
	Recuperación a Partir de Motores Alternativos 
	Recuperación a Partir de Motores Alternativos 
	Recuperación a Partir de Motores Alternativos 
	Recuperación a Partir de Motores Alternativos 
	Recuperación a Partir de Motores Alternativos 
	Recuperación a Partir de Motores Alternativos