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EL CICLO COMBINADO; SU POSIBLE UTILIZACION EN LA INDUSTRIA DE LA CAÑA DE AZUCAR

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EL CICLO COMBINADO; SU POSIBLE UTILIZACION EN LA INDUSTRIA DE LA CAÑA DE AZUCAR . EN QUE CONSISTE SU EVENTUAL APLICACION EN LA INDUSTRIA DE LA CAÑA DE AZUCAR ? PORQUE SU UTILIZACION ? DIFERENTES ENFOQUES APORTES Y DIFICULTADES. COMBUSTIBLE. Gases. Al secado. Aire.

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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1

EL CICLO COMBINADO;

SU POSIBLE UTILIZACION EN LA INDUSTRIA DE LA CAÑA DE AZUCAR

slide2

EN QUE CONSISTE SU EVENTUAL APLICACION EN LA INDUSTRIA DE LA CAÑA DE AZUCAR ?

PORQUE SU UTILIZACION?

DIFERENTES ENFOQUES

APORTES Y DIFICULTADES

slide3

COMBUSTIBLE

Gases

Al secado

Aire

A la chim.

Comb. Limp.

EE

Gases

Turbina de

gas

Compresor

Vapor de baja

EE

Turbina de vapor

Caldera de

recuperación

Ciclo Combinado

slide5

1-2

Wcomp= h1 - h2

CICLO BRAYTON

(IDEAL)

Q=mCpdelta T

Temp.

2-3

3

3-4

Wexp= h3 - h4

Wexp

isobara

Q2-3

4

Wcomp

2

Q4-1

Q1-2 = 0

isobara

1

Entropía

slide6

1-2*

Wcomp= h1 - h*2

CICLO BRAYTON

(REAL)

Q=mCpdelta T*

Temp.

2*-3*

3

3*

3*-4*

Wexp= h*3 - h*4

Wexp

isobara

Q2*-3*

4*

2*

2

Wcomp

4

Q4*-1

Q = 0

isobara

1

Entropía

slide7

DONDE RADICA LA DIFERENCIA POSITIVA DE

ENTREGA DE ENERGIA?

SEGUN CARNOT, EL TRABAJO (ENERGIA) MAXIMO

QUE SE PUEDE OBTENER DE FORMA CICLICA, IDEAL, DE UNA CANTIDAD DE CALOR Q A UNA TEMPERATURA T VIENE DADO POR :

W= Q*((T-T0)/T )

DONDE T0, ES LA TEMPERATURA DEL “FOCO FRIO” AL QUE SE RECHAZA INEVITABLEMNETE UNA CANTIDAD DE CALOR IGUAL A:

Q (T0)/T

slide8

EL VALOR MAXIMO (IDEAL) DE (T - T0/T), LA

EFICIENCIA DE LA MAQUINA,  =1-T0/T

AUMENTA, CUANDO T AUMENTA

EL VALOR MAXIMO DE LA EFICIENCIA DEL CICLO

RANKINE CON BAGAZO, CONDENSANDO A 70 0C,

TEMPERATURA DEL HORNO 1100 0C, Y DEL VAPOR,

520 0C (UN CASO EXTREMO), ES:

 =(1 - (70+273)/(520+273))*100

= 56.7 %

slide9

PARA EL CICLO COMBINADO, CON 1100 0C A LA

ENTRADA DE LA TURBINA DE GAS, 550 0C A SU

SALIDA, 20 % DE PERDIDAS DE CALOR EN LA CALDERA

DE RECUPERACION, GENERANDO VAPOR A 400 0C,

Y 70 0 C EN EL VAPOR CONDENSANTE.

LA ENERGIA MECANICA MAXIMA POSIBLE ES:

Q*(1- T550/ T1100)

+ Ef caldera*Q*(T550/T1100)*(1-(T70/T400))

 =(1- T550/ T1100) + Ef caldera*(T550/T1100)*(1-(T70/T400))

slide10

(1- (550+273)/(1100+273))

+ (80/100)*((550+273)/(1100+273))*(1-(70+273)/(400+273))

=[0.40 + 0.23] = 0.63*

 = 63.0 %

ES DECIR, EN CUALQUIER CASO, LA EFICIENCIA DEL

CICLO COMBINADO VA A ESTAR POR LO MENOS 10

% POR ENCIMA DEL CICLO RANKINE.

EN LA PRACTICA, LAS DIFERENCIAS SON MUCHO

MAYORES, EL CICLO BRAYTON NO TIENE LAS

PERDIDAS DE “DISPONIBILIDAD” DE CONVER-

SION DE ENERGIA TERMICA EN MECANICA

DEL RANKINE.

slide11

UNA PLANTA ELECTRICA MUY BUENA, DE RELATIVA-

MENTE ALTA CAPACIDAD (300 MW), SEGUN EL

CICLO RANKINE, PUEDE QUEMAR 220 GRAMOS DE

PETROLEO COMBUSTIBLE POR KW-H, LO QUE

EQUIVALE A 2156 KCAL POR KW-H, QUE ES IGUAL A

8553 BTU POR KW-H, O A 9.6MJ POR KW-H, QUE

CORRESPONDE A UNA EFICIENCIA DEL 40 %, . TODOS

LOS INDICADORES, CUANDO PROCEDE, SOBRE LA

BASE DEL VALOR CALORICO BAJO.

EN “GAS TURBINE WORLD 2000-2001 HANDBOOK”, SE

REPORTAN TURBINAS DE GAS, CICLO BRAYTON, NO

CICLO COMBINADO, CON INDICADORES SIMILARES,

EN UNIDADES, INCLUSIVE BASTANTE MAS

PEQUEÑAS, DEL ORDEN DE 20 A 40 MW.

slide12

COMBUSTIBLES ?

GAS NATURAL

GAS DE PRODUCTOS RESIDUALES DE

REFINACION DE PETROLEO

LIQUIDOS; KEROSENE Y OTROS

CARBON; PULVERIZADO, O GASIFICADO

BIOMASA; GASIFICADA

TRATADA MECANICAMENTE

TRATADA MECANICA

+ QUIMICAMENTE.

slide13

GASIFICACION

GASIFICACION; CONVERSION DE UN COMBUSTIBLE

SOLIDO O LIQUIDO EN UN COMBUSTIBLEGASEOSO

DE PRIMERA IMPORTANCIA EN LA UTILIZACION DE LA BIOMASA COMO COMBUSTIBLE, AUNQUE NO ES OBLI--

GADA SU INCORPORACION.

FUNDAMENTALMENTE, HAY DOS TIPOS, LA DE COM--

BUSTION DIRECTA POR AIRE Y LA DE COMBUSTION

INDIRECTA POR CALENTAMIENTO CON UN SOLIDO

EN LECHO FLUIDIZADO. ESTA ULTIMA, GENERANDO UNA MEZCLA GASEOSA CON MAYOR VALOR CALORICO.

slide14

ELEMENTOS IMPORTANTES EN LA GASIFICACION,

DESDE PUNTOS DE VISTA DE LA BIOMASA SON:

-- MORFOLOGIA Y GRANULOMETRIA DE LA BIOMASA

--COMPORTAMIENTO MECANICO EN SU MANIPULACION

-- SU HUMEDAD

-- CONTENIDO DE CENIZAS

-- COMPOSICION DE ESTAS, TANTO EN EL TEJIDO VEGETAL

COMO DESPUES DE LA GASIFICACION

-- COMPOSICION DEL GAS FORMADO

-- SU VALOR CALORICO

slide15

DOCUMENTO DEL DPTO DE ENRGIA DEL GOBIERNO DE EE UU

(Accesible en INTERNET)

DOE / GO -- 100096 -- 349

NREL / FS 22315

AGOSTO DEL 97, REVISADO EN ENERO DEL 2000

GASIFICACION POR CALENTAMIENTO (COMBUSTION)

DIRECTA CON AIRE

RENUGAS EN PROCESO DE DEMOSTRACION EN HAWAII

DESARROLLADO POR “INSTITUTE OF GAS TECHNOLOGY”

CON LA PARTICIPACION DE WESTINGHOUSE, HAWAII

COMERCIAL SUGAR CORPORATION, EL ESTADO DE

HAWAII, Y OTROS. SE PROBO CON BAGAZO EN LA ISLA DE

MAUI EN 1996 A UNA RAZON DE 50 TON POR DIA,

TRABAJANDO A UNA PRESION DE 150 LB / PULG CUADRADA.

SE DESARROLLARON DOS VARIANTES, LA DE HAWAII

Y LA DE FINLANDIA (TAMPELLA), ORIGINALMENTE DISE--

ÑADA PARA CARBON. ES DE LECHO FLUIDIZADO.

slide16

GASIFICACION POR CALENTAMIENTO (COMBUSTION)

INDIRECTA.

BATELLE / COLUMBUS EN PROCESO DE DEMOSTRACION

EN “ McNEIL POWER STATION”, BURLINGTON, VERMONT

slide22

ASPECTOS ECONOMICOS INVOLUCRADOS

EN EL TRABAJO “ BIOMASS GASIFICATION; COMMERCIALIZATION

AND DEVELOPMENT”, DE RICHARD L. BAIN, KEVIN C. CRAIG, Y

RALPH P. OVEREND, DEL NREL DEL DOE, LOS AUTORES CONSIDE--

RAN LOS COSTOS DE INVERSION EN GASIFICACION, SIMILARES A

LOS DEL RESTO DEL CICLO, ESTO ES, ENTRE US$ 600 Y 800 POR KW

DE POTENCIA INSTALADA. PARA UNA PRIMERA PLANTA US $ 650

POR KW, Y PARA LA NPLANTA , US$ 450 POR KW INSTALADO.

EN EL PROPIO TRABAJO SE DA COMO COSTO DEL MW-H US$43, DE

LOS CUALES, 10.7 SE LO ASIGNAN AL COMBUSTIBLE.

slide25

COMBUSTIBLES ?

GAS NATURAL

GAS DE PRODUCTOS RESIDUALES DE

REFINACION DE PETROLEO

LIQUIDOS; KEROSENE Y OTROS

CARBON; PULVERIZADO, O GASIFICADO

BIOMASA; GASIFICADA

TRATADA MECANICAMENTE

TRATADA MECANICA

+ QUIMICAMENTE.

slide26

BIOTEN INC, DE 10330 TECHNOLOGY DRIVE , KNOXVILLE

TENNESEE, EEUU, REPORTA LA OPERACION DE UNA INSTA--

LACION QUE TRABAJA CON RESIDUOS DE MADERA SIN

GASIFICACION, SOLAMENTE CON ACONDICIONAMIENTO

MECANICO Y SECADO (SAWDUST).

LA TURBINA DE GAS, QUE MUEVE UN GENERADOR DE 6.0

MW, FUE ADAPTADA DIRECTAMENTE POR ESTA EMPRESA,

LA CAMARA DE COMBUSTION ES EXTERNA, Y LOS GASES SON

LIMPIADOS SOLAMENTE CON UN SEPARADOR CICLON DEL

CUAL SALEN LOS GASES A LA TURBINA.

slide27

COMBUSTIBLES ?

GAS NATURAL

GAS DE PRODUCTOS RESIDUALES DE

REFINACION DE PETROLEO

LIQUIDOS; KEROSENE Y OTROS

CARBON; PULVERIZADO, O GASIFICADO

BIOMASA; GASIFICADA

TRATADA MECANICAMENTE

TRATADA MECANICA

+ QUIMICAMENTE.

slide28

EN LA REUNION ANUAL DE LA AGENCIA INTERNACIONAL DE

ENERGIA. TAREA No. 17 (1999) SE REPORTO UN TRABAJO SOBRE

LA UTILIZACION DE BIOMASA TRATADA MECANICA + QUIMICA--

MENTE MODIFICANDO SU POROSIDAD DE TAL FORMA QUE LA

VELOCIDAD DE COMBUSTION AUMENTA HASTA 10 VECES, QUE--

MANDOSE COMO UN GAS CON LA CONSIGUIENTE DISMINUCION

DEL VOLUMEN DE LA CAMARA DE COMBUSTION ASI COMO CON

LA POSIBILIDAD DE UTILIZAR BAJOS EXCESOS DE AIRE SOBRE EL

TEORICO REQUERIDO, SOLO CINCO AL DIEZ PORCIENTO.

slide30

1-2*

Wcomp= h1 - h*2

CICLO BRAYTON

(REAL)

Q=mCpdelta T*

Temp.

2*-3*

3

3*

3*-4*

Wexp= h*3 - h*4

Wexp

isobara

Q2*-3*

4*

2*

2

Wcomp

4

Q4*-1

Q = 0

isobara

1

Entropía

slide32

Composición Elemental del Bagazo

Base libre de

cenizas

Carbono . . . . . . . . . . . 47.0 48.2

Hidrógeno . . . . . . . . . . 6.5 6.7

Oxígeno . . . . . . . . . . . . 44.0 45.1

Cenizas . . . . . . . . . . . . 2.5 - -

100.0 % 100.0 %

slide33

Combustión de Bagazo

Fórmula empírica del bagazo

C 48.2/12 H 6.7/1 O45.1/16 o

C4.02 H 6.7 O 2.82

Reacción de Combustión; base de cálculo 

PME (empírico) del Bagazo = 48.2+6.7+45.1 = 100

(/100)C4.02H6.7O2.82

bagazo

+ (1.0+/100)*(/100)*( 4.02*2 + (6.7/2 ) - 2.82)*(1/2)O2

moles de oxigeno que vienen en el aire

slide34

+ (79/21)*(1.0+/100)*(/100)*( 4.02*2 + (6.7/2) - 2.82)*(1/2) N2

moles nitrogeno que vienen con el oxigeno del aire

+ ()*(hum/100)/18)H2O

moles de agua como humedad en el combustible

calor liberado

4.02*(/100) [CO2+((6.7/2)*(/100)[H2O]+(BC)*(moist/100)/18)H2O

+ (/100)*(/100)*( 4.02*2 + (6.7/2) - 2.82)*(1/2)O2

+ (79/21)*(1.0+/100)*(/100)*( 4.02*2 + (6.7/2) - 2.82)*(1/2) N2

slide35

C4.02H6.7O2.82 + (4.285 O2 + 16.12 N2) (1+/100)

4.02CO2 + 3.35H2O + 4.285(/100)O2 +

16.12(1+/100)N2

o de otra forma

C4.02H6.7O2.82 + 20.4 (1+/100) Aire

Bagazo

4.02CO2 + 3.35H2O + 4.2 85(/100)O2 +

16.12(1+/100)N2

slide36

BASE DE CALCULO; 1000 KG DE BAGAZO TRATADO,

CON 15 % DE HUMEDAD Y CERO CENIZAS

SEGUN CALCULOS EN HOJA EXCEL, SE OBTIENE,

ENTRE OTROS RESULTADOS;

% mol CP prom 200/800 Kcal/mol-Kg-0 K

CO2 7.88 11.83

O2 10.92 7.89

N2 72.70 7.48

H2O 8.49 9.17

PROMEDIO 8.01

PMP

MOL-KG TOTALES DE GASES 433.47 28.85

MOL-KG TOTALES DE AIRE 398.91 28.84

slide37

Cálculos de la Estequiometría, Termofísica

y Termoquímica de la Combustión

slide38

COMPRESION DEL AIRE, ETAPA 1-2*

PARA UN PROCESO

ISENTROPICO

1)

2)

3)

4)

AIRE

IGUALANDO LAS EXPRESIONES 2 Y 3, SUSTITU-

YENDO Cp, REUBICANDO T, INTEGRANDO, RES-

PETANDO UNIDADES (J), E INTRODUCIENDO

EFICIENCIA DEL COMPRESOR .

slide39

J ; equivalente mecánico del BTU = 778.26 pie-lbfuerza / BTU

R = 1544 pie-lbfuerza / mol-lb - 0 R

p2 = 90 lb / pulg 2 abs; p1 atm., 14.696 lb/pulg2 abs.

p2 / p1 ; razón de compresión del compresor = 6.12

 = delta H ideal / delta H real = 0.85

T1; temperatura admisión del aire = 24 0 C

T2; temperatura de salida del aire = 938 0 R = 521 K

248 0 C

Trabajo de compresión; 2913 BTU/ mol-lb

1618 Kcal / mol-kg

1.8818 Kw-h/mol-Kg

slide41

CALENTAMIENTO ISOBARICO

BALANCE DE ENTALPIA EN LA CAMARA DE

COMBUSTION; ETAPA 2*-3*

ENTALPIA DE LOS REACTIVOS (BAGAZO + AIRE) + VCB

= ENTALPIA DE LOS PRODUCTOS (CO2 + O2 + N2 + H2O)

MEDIANTE EL BALANCE, SE CALCULA LA TEM-

PERATURA DE SALIDA DE LOS GASES DE LA CA-

MARA (ENTRADA A LA TURBINA), EN ESTE CASO;

= 1495 K

= 1222 0 C

= 2232 0 F

slide42

EXPANSION CASI ISENTROPICA

EN LA TURBINA DE GAS (ETAPA 3*-4*)

EL MODELO A SEGUIR ES EL MISMO DEL COMPRESOR, SOLO MOVIENDO LA EFICIENICIA DE LA MAQUINA AL TERMINO DE LA DERECHA

slide44

TEMPERATURA DE LOS GASES A LA

SALIDA DE LA TURBINA 776 0 C

= 1429 0 F

ENTREGA DE ENERGIA POR LA TURBINA

DE GAS = 3643 Kcal / mol-Kg

= 6558 Btu/mol-lb

= 4.2364 Kw-h/mol-Kg

ENERGIA UTILIZADA POR EL COMPRESOR PORCIENTO DE LA GENERADA POR LA TURBINA. ((398.92*1.8818 )/(433.47*4.2364))*100 = 41

ENTREGA NETA DE LA TURBINA DE GAS

433.47*4.2364 - 398.92*1.8818 = 1086 KW-H POR CADA 1000 KG DE BAGAZO TRATADO, CON

15 % DE HUMEDAD Y CERO CENIZAS.

slide45

RECUPERACION DEL CALOR SENSIBLE DE

LOS GASES DE ESCAPE DE LA TURBINA.

BASE; 1000 KG DE BAGAZO TRATADO, CON

15 % DE HUMEDAD Y CERO CENIZAS.

GASES; 433.47 MOL-KG TEMP 776 0 C = 1049 K

Cp CALCULADO, 8.01 Kcal/mol-k

 H = 433.47*(776-160)*8.01*0.98 = 2 095 695 Kcal

GENERANDO VAPOR A 60 ATA/ 450 0 C, DESDE

AGUA A 100 0 C CON HAGUA=687 Kcal/Kg

GENERACION = 2 095 695/687 = 3050 Kg

slide46

GENERACION ELECTRICA EN LA TURBINA

DE VAPOR

CON PRESION DE ESCAPE DE 2.0 ATA MAN,

3 ATA ABS., EL CONSUMO ESPECIFICO ES DE

8.85 KG/KW-H, QUE PROMUEVE UNA GENERA-

CION EN LA TURBINA DE VAPOR DE

GE TV = 3050/8.85 = 345 KW-H

PARA UN TOTAL DE 1086 + 345 = 1431 KW-H

EL BAGAZO TRATADO PROVIENE DE

(1000/0.8)*0.85/0.14 = 7589 KG DE CAÑA

slide47

QUEDANDO COMO INDICADORES FINALES

1431/7.589 = 189 KW-H/ TON DE CAÑA

3050/7.589 = 402 KG DE VAPOR/ TON DE CAÑA

433.47/7.589 = 57.12 MOL-KG DE GC A 160 0 C

POR TON DE CAÑA

slide48

BASE DE CALCULO; 1000 KG DE BAGAZO TRATADO,

CON 15 % DE HUMEDAD Y CERO CENIZAS

SEGUN CALCULOS EN HOJA EXCEL, SE OBTIENE,

ENTRE OTROS RESULTADOS;

% mol CP prom 200/800 Kcal/mol-Kg-0 K

CO2 7.58 11.83

O2 11.31 7.89

N2 72.94 7.48

H2O 8.16 9.17

PROMEDIO 8.01

PMP

MOL-KG TOTALES DE GASES 450.82 28.85

MOL-KG TOTALES DE AIRE 416.26 28.84

slide49

J ; equivalente mecánico del BTU = 778.26 pie-lbfuerza / BTU

R = 1544 pie-lbfuerza / mol-lb - 0 R

p2 = 120 lb / pulg 2 abs; p1 atm., 14.696 lb/pulg2 abs.

p2 / p1 ; razón de compresión del compresor = 8.16

 = delta H ideal / delta H real = 0.85

T1; temperatura admisión del aire = 24 0 C

T2; temperatura de salida del aire = 1021 0 R = 567 K

294 0 C

Trabajo de compresión; 3516 BTU/ mol-lb

1953 Kcal / mol-kg

2.27 Kw-h/mol-Kg

slide50

TEMPERATURA DE LOS GASES A LA

SALIDA DE LA TURBINA 718 0 C

= 1324 0 F

ENTREGA DE ENERGIA POR LA TURBINA

DE GAS =4201 Kcal / mol-Kg

= 7562 Btu/mol-lb

= 4.8849 Kw-h/mol-Kg

ENERGIA UTILIZADA POR EL COMPRESOR PORCIENTO DE LA GENERADA POR LA TURBINA. ((416.26*2.2709 )/(450.82*4.8849))*100 = 42.9

ENTREGA NETA DE LA TURBINA DE GAS

450.82*4.8849 - 416.26*2.2709 = 1257 KW-H POR CADA 1000 KG DE BAGAZO TRATADO, CON

15 % DE HUMEDAD Y CERO CENIZAS.

slide51

RECUPERACION DEL CALOR SENSIBLE DE

LOS GASES DE ESCAPE DE LA TURBINA.

BASE; 1000 KG DE BAGAZO TRATADO, CON

15 % DE HUMEDAD Y CERO CENIZAS.

GASES; 450.82 MOL-KG TEMP 718 0 C = 991 K

Cp CALCULADO, 8.01 Kcal/mol-k

 H = 450.82*(718-160)*8.01*0.98 = I974677Kcal

GENERANDO VAPOR A 60 ATA/ 450 0 C, DESDE

AGUA A 100 0 C CON HAGUA=687 Kcal/Kg

GENERACION DE VAPOR= 1974677/687

= 2874 Kg

slide52

GENERACION ELECTRICA EN LA TURBINA

DE VAPOR

CON PRESION DE ESCAPE DE 2.0 ATA MAN,

3 ATA ABS., EL CONSUMO ESPECIFICO ES DE

8.85 KG/KW-H, QUE PROMUEVE UNA GENERA-

CION EN LA TURBINA DE VAPOR DE

GE TV = 2874/8.85 = 325 KW-H

PARA UN TOTAL DE 1257 + 325= 1582 KW-H

EL BAGAZO TRATADO PROVIENE DE

(1000/0.8)*0.85/0.14 = 7589 KG DE CAÑA

slide53

QUEDANDO COMO INDICADORES FINALES

1581/7.589 = 208 KW-H/ TON DE CAÑA

2874/7.589 = 378 KG DE VAPOR/ TON DE CAÑA

450.82/7.589 = 59.40 MOL-KG DE GC A 160 0 C

POR TON DE CAÑA

slide55

Bagazo

Ciclo Combinado

con Gasificación

Gasificador

Aire

vapor

Gases

Cenizas

Al secado

Aire

A la chim.

Comb. Limp.

EE

Gases

Turbina de

gas

Compresor

Vapor de baja

EE

Turbina de vapor

Caldera de recuperación

slide56

INYECCION DE VAPOR

Gases

Al secado

Aire

A la chim.

Combustor

EE

Gases

Turbina de

gas

Compresor

Vapor de baja

EE

Turbina de vapor

Caldera de

recuperación

Ciclo Combinado

CONEVENTUAL INYECCION DE VAPOR

slide57

INYECCION DE VAPOR

intercooler

Gases

Al secado

Aire

A la chim.

EE

Gases

Turbina de

gas

Compresores

Vapor de baja

EE

Turbina de vapor

Caldera de recu-peración de calor

Ciclo Combinado

CONEVENTUAL INYECCION DE VAPOR

slide59

ESTEQUIOMETRiA Y TERMOQUIMICA

DE LA GASIFICACION DEL BAGAZO ;

Fórmula empírica del bagazo (seco),

estimada anteriormente

C 4.02 H 6.7O 2.82

Con un Peso Molecular Empírico de 100

(4.02*12 + 6.7*1 + 2.82*16)

slide60

Las reacciones, de forma global, se pueden

representar para un caso, por la siguiente expre-

sión (no balanceada):

C 4.02 H 6.7O 2.82 + H2O en bagazo +

vapor de H2O + aire (N2 + O2)

CO2 + CO + H2 + CH4 + N2 + H2O + otros

otros : alquitranes + partículas <3 %

slide61

Para desarrollar los cálculos, tomamos la compo-

sición del producto de un gasificador, recordando que

esa composición se da usualmente en volúmen, y que

la composición en volúmen es igual a la composición

en moles para los gases (vapor de agua ?)

CO - - - - - - - - - - 12.3 % en Vol o moles

CO2 - - - - - - - - - 12.4

H2 - - - - - - - - - - 16.2

CH4 - - - - - - - - - 4.8

N2 - - - - - - - - - - 27.8

H2O - - - - - - - - - 26.5

100.0

slide62

Tomando como base de cálculo 100 moles, los núme-

ros correspondientes al analísis, se convierten en moles

de cada especie, lo que permite balancear toda la ecua-

ción, asi, haciendo un balance de carbono, podemos

calcular el bagazo

4.02 X = 12.3 + 12.4 + 4.8

X = 7.34 mol-kg de bagazo = 734 kg

considerando ya los moles, mol-kg

Como el N2 es todo del aire, este será igual a:

Aire = 27.8 / 0.79 = 35.2 mol-kg

slide63

y el oxígeno que viene con el aire, será igual a

35.2 * 0.21 = 7.4 mol- kg de oxígeno en el

aire alimentado.

El vapor de agua en los gases proviene del bagazo, la

formación a partir del hidrógeno del bagazo, y del

propio vapor alimentado para realizar la gasificación. El

que va en los gases lo conocemos, 26.5 moles-kg, el que

aporta el bagazo como humedad, también (15 % de hu-

medad en bagazo)

( 734/0.85)*0.15 = 129.5 kg = 129.5/18 = 7.2 mol-kg

slide64

Ahora, mediante un balance de hidrógeno, podemos

calcular el vapor de agua inyectado al gasificador

Hidrogeno que entra

En el bagazo 7.34* 6.7/2 = 24.6 mol-kg

En la humedad del bagazo 7.2

En el vapor de agua alimentado X

Hidrogeno que sale

Como tal 16.2 mol-kg

Como metano, 4.8*2= 9.6

Como vapor de agua en los gases 26.5

51.3 mol-kg

Vapor de agua = X = 19.5 mol-kg

slide65

Ahora disponemos de la ecuación balanceada, y po-

demos calcular las implicaciones energéticas. Primera-

mente se debe calcular el calor de formación del baga-

zo, y ya con este, la temperatura que alcanzan los gases

a la salida del gasificador mediante un balance de

entalpía.

El calor de formación del bagazo, lo calculamos sobre la

base de su calor de combustión, y los calores de forma-

ción del CO2 y el H2O

C 4.02 H 6.7O 2.82 + 4.285 O2

4.02 CO2 + 3.35H2O

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Valor Calórico Bajo del bagazo seco - - - 4500 kcal/kg

18.8 mJ/kg

Como el peso molecular lo hemos considerado igual

a 100, el Calor de Combustión lo tomamos igual a

100*4500 = 450000 kcal o 1880 mJ. De Hougen y

Watson tomamos los calores de formacion del CO2 =

- 94030 kcal/mol-kg y del agua (estado gaseoso) =

- 57801 kcal/mol-kg

Calor de formación de los reaccionantes + calor de

reacción = calor de formación de los productos.

Se debe cumplir que el

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Calor de formación de los reaccionantes

el del bagazo lo desconocemos y lo llamamos X,

el del oxígeno es igual a cero por definición (es

un elemento)

Calor de formación de los productos

4.02*(-94030) + 3.35*(-57801) = - 571634

X + (- 450000) = -571634

X= -121634 kcal/mol-kg ; Calor de Formación

del Bagazo

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Cálculo del calor de reacción de gasificación

Calor de formación del bagazo + calor de formación

del agua (l) de la humedad del bagazo + calor de

formación del vapor alimentado (entalpía) +

calor de reacción de gasificación (?)

igual a

Calor de formación de los productos de la gasificación

De aquí se despeja como incógnita el calor de reacción

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Sobre la base del calor liberado en la Reacción,

y con los calores específicos (Cp) de los gases forma-

dos en la misma, expresados como una función de T

(temperatura absoluta) se calcula la temperatura

adiabática de salida de los gases.

Mi son los moles de cada especie formada.

De la expresión integrada se despeja Tadiab

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Casos de Destilerías

Esquemas reportados por Zarpelón en

Taller de Energía de ISSCT de Berlín, 1991

reflexiones sobre el ciclo combinado

REFLEXIONES SOBRE EL CICLO COMBINADO

- EL CICLO COMBINADO PERMITE REALIZAR UN

APROVECHAMIENTO IMPORTANTE DE LAS

RESERVAS DE ENERGIA DE LA AGROINDUSTRIA

DE LA CAÑA DE AZUCAR, ALCANZANDO NIVE--

LES DE GENERACION DEL ORDEN DE LOS 200

KW-H POR TONELADA DE CAÑA.

--LOS COSTOS DE INVERSION, EN UN FUTURO CER-

CANO, SERAN SIMILARES A LOS DEL CICLO RAN-

KINE, Y A MEDIANO PLAZO, EVENTUALMENTE

reflexiones

REFLEXIONES...........

SIGNIFICATIVAMENTE MAS BAJOS, SI SE LLEGA

EXITOSAMENTE A LA COMBUSTION DIRECTA DEL

BAGAZO (SIN GASIFICACION).

--LA CO-COMBUSTION CON COMBUSTIBLE FOSIL

(GAS NATURAL) SERA BASTANTE MAS EFICIENTE,

RESOLVIENDOSE LA CONTRADICCION DE LA

OPERACION FUERA DE ZAFRA.

--TIENE EN SU CONTRA, UNA MAYOR DEPENDENCIA

PARA LOS PAISES EN VIAS DE DESARROLLO, DE

LOS PAISES DESARROLLADOS