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Termoeconomía y optimización energética

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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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temario
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

definici n de exerg a
Definición de exergía

Trabajo útil máximo obtenible al llevar el sistema desde su estado actual (T,p) al estado muerto (To,po) con la única intervención del sistema y del ambiente.

Exergía  Calidad de la Energía

referencias
¿Referencias?

Ambiente

Referencias?

m

Q

W (p,V)

Sistema

estados de referencia
Ambiente

Sistema

Ambiente

Sistema

Estados de referencia

Equilibrio termodinámico completo

Estado Muerto

Físico (p, T) y químico ()

Equilibriorestringido

Estado Ambiental

Físico (p, T)

exerg a
Exergía

Completamentetransformada (sin pérdidas)

Intercambio de trabajo

Intercambio reversible . Primer principio

Propiedades del ambienteirrelevantes

Chorro Agua

W Electrico

W Mecánico

W Mecánico

Polea

Generadoreléctrico

Motor

eléctrico

Turbina

Masa

Calidad de la energía

Energíaordenada

E Potencial

energ a
Energía

Procesos reversibles

Eficiencia – Propiedades termodinámicas del sistema y del ambiente

Segunda ley

Cambios de entropía

W = Q- Qc

c=W/Q

c =1–Qo/QRendimiento de Carnot

Qo/Q = To/T Temperatura Kelvin

c =1–To/T Rendimiento de Carnot

w util max sistema cerrado
Wutil,max. Sistema Cerrado

2º ppio

1er ppio W=DU+Q

Energíaútil

Ambiente

To,po

Sistema

T1,p1,1

Estadomuerto

Sistema

Estadomuerto

To,po,o

w util max sistema cerrado1
Wutil,max. Sistema Cerrado

2º ppio

1er ppio W=DU+Q

Energíaútil

T12 Adiabática rev.

Ambiente

To,po

Sistema

Sistema

T1,p1,1

To,p2 ,1

Estadomuerto

Sistema

To,po,o

Transformación 12: Adiabática y reversible W12=U12+Q12 Q12=0S12=0

w util max sistema cerrado2
Wutil,max. Sistema Cerrado

2º ppio

1er ppio W=DU+Q

Energíaútil

Ambiente

To,po

Sistema

T23 Isoterma rev.

Sistema

T1,p1,1

Sistema

To,p2 ,1

Estado ambiental

To,po ,1

Estadomuerto

Sistema

To,po,o

Transformación 23:Isoterma y reversible

W23 = U23+Q23 Q23 = To (S3-S1) (ya que S12=0)

w util max sistema cerrado3
Wutil,max. Sistema Cerrado

2º ppio

1er ppio W=DU+Q

Energíaútil

Ambiente

To,po

Sistema

Sistema

T1,p1,1

Sistema

To,p2 ,1

T30 química rev.

To,po ,1

Estadomuerto

Sistema

To,po,o

Transformación 30: Transf. química reversible.

W30=U30+Q30 Q30=To(S0-S3)

w util max sistema cerrado4
Wu

po (Vo-V1 )

Wutil,max. Sistema Cerrado

2º ppio

1er ppio W=DU+Q

Energíaútil

Ambiente

To,po

Sistema

T1,p1,1

W10

Estadomuerto

Sistema

To,po,o

Transformación 10: W10=Wu,max + po(Vo-V1 )

Wu,max = W10 - po(Vo-V1 )

w util max sistema cerrado5
Wutil,max. Sistema Cerrado

2º ppio

1er ppio W=DU+Q

Energíaútil

W12=U12

W23=U23+To(S3-S1)

W30=U30+To(S0-S3)

-----------------------------

W10= U10+To(S0-S1)

Wu,max = W10 - po (Vo-V1 )

Ambiente

To,po

Sistema

T1,p1,1

Wu,max = U1-Uo-To (S1-So)+ po(V1-Vo)

Estadomuerto

Sistema

To,po,o

variaci n de energ a til
2ºppio dS=dSe+dSi=dQ/T + dSi

Trabajo útil y expansión. dW=dWu+ po dV

Variación de energía útil

EnergíaútilWu,max = U1-Uo+To (So-S1)- po(Vo-V1 )

VariacióndWu,max= dU+ podV -TodS

1er ppio. dU = dQ - dW

variaci n de energ a til1
Variación de energía útil

Sólo una parte del calor recibido (dependiente de T) por el sistema aumenta su energía útil.

Todo el trabajo realizado por el sistema disminuye su energía útil en el mismo valor: El trabajo es “trabajo útil” puro

La creación de entropía destruye trabajo útil.

(Gouy-Stodola: La destrucción de energía útil se acompaña de una creación de entropía.)

influencia calor
Bq Q

EjeBq

To

Eje T

Bq -

Influencia calor
energ a til qu mica
Energía útil química

Sistema

To,po ,1

Reacción a To,po

T30

Wu,max = UR-UP+To (SP-SR)- po (VP-VR )

Recordando

Sistema

To,po ,o

dWu,max= GR-GP

exerg a de un flujo de materia
Exergía de un flujo de materia

Sistema al ambiente

Función de Darrieus

exerg a de un flujo de mat ej
Exergía de un flujo de mat. Ej.

Calcular la exergíaespecífica del vapor de aguasaturado a unapresión de 20 bar.

Referencia: agualíquida a 25 ºC y 1 atm.

exerg a interna
bfísica

bquímica

Exergía interna

b = bint + bk + bp

bint

Estado

Actual

(T, p)

Estado

ambiental

TO ,pO

Estado

Muerto

TO ,pOO

exerg a de un flujo de calor
Bq Q

Eje Bq

To

Eje T

Rendimiento de Carnot

Bq -

Exergía de un flujo de calor

W = Q- Qc

c=W/Q

c =1–Qo/QRendimiento de Carnot

Qo/Q = To/T temperatura Kelvin

c =1–To/T Rendimiento de Carnot

exerg a de un flujo de calor ej
Exergía de un flujo de calor. Ej.

Exergía del flujo de calor en un condensador.

Un condensadorrequieredisipar un flujode calorQ = 105 MJ h-1al condensar vapor a250 ºC .

Ambiente a 298 K

cambio de exerg a en reacci n qu mica
Cambio de exergía en reacción Química.

Q

Topo

Topo

Products

Reactants

REACTOR

Wu

Entalpíalibre: función de Gibbs

balances
Balances

Materia: Entrante – Saliente – Acumulada = 0

Energía: Entrante – Saliente – Acumulada = 0

Entropía: Entrante – Saliente – Acumulada =Generada

Exergía: Entrante – Saliente – Acumulada =Destruida

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