Ciclo Combinado

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

Aire

Compresor

Comb. Limp.

Turbina de gas

Turbina de vapor

EE

EEVapor de baja

Al secadoA la chim.

Caldera de recuperación

Gases

Gases

Ciclo Combinado

COMBUSTIBLE

Temp.

Entropía

isobara

isobara1

2

3

4Wcomp

Q1-2 = 0

Wexp

CICLO BRAYTON (IDEAL)

Wcomp= h1 - h21-2

2-3 Q=mCpdelta T

3-4 Wexp= h3 - h4

Q2-3

Q4-1

Temp.

Entropía

isobara

isobara1

2

3

4*Wcomp

Q = 0

Wexp

CICLO BRAYTON (REAL)

Wcomp= h1 - h*21-2*

2*-3* Q=mCpdelta T*

3*-4* Wexp= h*3 - h*4

42*

Q2*-3*

3*

Q4*-1

SEGUN CARNOT, EL TRABAJO (ENERGIA) MAXIMOQUE 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

DONDE RADICA LA DIFERENCIA POSITIVA DEENTREGA DE ENERGIA?

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 CICLORANKINE 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 %

PARA EL CICLO COMBINADO, CON 1100 0C A LA ENTRADA DE LA TURBINA DE GAS, 550 0C A SUSALIDA, 20 % DE PERDIDAS DE CALOR EN LA CALDERADE 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))

(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 MUCHOMAYORES, EL CICLO BRAYTON NO TIENE LAS PERDIDAS DE “DISPONIBILIDAD” DE CONVER-SION DE ENERGIA TERMICA EN MECANICADEL RANKINE.

UNA PLANTA ELECTRICA MUY BUENA, DE RELATIVA-MENTE ALTA CAPACIDAD (300 MW), SEGUN ELCICLO RANKINE, PUEDE QUEMAR 220 GRAMOS DEPETROLEO COMBUSTIBLE POR KW-H, LO QUE EQUIVALE A 2156 KCAL POR KW-H, QUE ES IGUAL A8553 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”, SEREPORTAN TURBINAS DE GAS, CICLO BRAYTON, NO CICLO COMBINADO, CON INDICADORES SIMILARES, EN UNIDADES, INCLUSIVE BASTANTE MAS PEQUEÑAS, DEL ORDEN DE 20 A 40 MW.

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.

GASIFICACION; CONVERSION DE UN COMBUSTIBLE

SOLIDO O LIQUIDO EN UN COMBUSTIBLE GASEOSO

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.

GASIFICACION

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

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.

GASIFICACION POR CALENTAMIENTO (COMBUSTION)

INDIRECTA.

BATELLE / COLUMBUS EN PROCESO DE DEMOSTRACION

EN “ McNEIL POWER STATION”, BURLINGTON, VERMONT

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 N PLANTA , 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.

COMBUSTIBLES ?




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.

COMBUSTIBLES ?




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.

Combustion de bagazo tratado

Temp.

Entropía

isobara

isobara1

2

3

4*Wcomp

Q = 0

Wexp

CICLO BRAYTON (REAL)

Wcomp= h1 - h*21-2*

2*-3* Q=mCpdelta T*

3*-4* Wexp= h*3 - h*4

42*

Q2*-3*

3*

Q4*-1

Hoja de cálculo de

Microsoft Excel

Diagrama de Flujo de Información en el Cálculo de la Turbina de Gas

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 %

Combustión de Bagazo

Fórmula empírica del bagazoC 48.2/12 H 6.7/1 O45.1/16 o

(/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

Reacción de Combustión; base de cálculo

C4.02 H 6.7 O 2.82C4.02 H 6.7 O 2.82

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

+ (79/21)*(1.0+/100)*(/100)*( 4.02*2 + (6.7/2) - 2.82)*(1/2) N2moles nitrogeno que vienen con el oxigeno del aire

+ ()*(hum/100)/18)H2Omoles 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

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

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 PMPMOL-KG TOTALES DE GASES 433.47 28.85MOL-KG TOTALES DE AIRE 398.91 28.84

Hoja de cálculo de

Microsoft Excel

Cálculos de la Estequiometría, Termofísicay Termoquímica de la Combustión

COMPRESION DEL AIRE, ETAPA 1-2*

dppRTdH )/(

dTCdH p

VpH

s

PARA UN PROCESO

ISENTROPICO

Cp = 6.27 + 0.00209 T– 0.000000459T2AIRE

1)

2)

3)

4)

IGUALANDO LAS EXPRESIONES 2 Y 3, SUSTITU-YENDO Cp, REUBICANDO T, INTEGRANDO, RES-PETANDO UNIDADES (J), E INTRODUCIENDOEFICIENCIA DEL COMPRESOR .

)/ln()/()/( 122

1ppJRdTTCp

T

T

J ; equivalente mecánico del BTU = 778.26 pie-lbfuerza / BTUR = 1544 pie-lbfuerza / mol-lb - 0 Rp2 = 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 = 0.85T1; temperatura admisión del aire = 24 0 CT2; temperatura de salida del aire = 938 0 R = 521 K 248 0 CTrabajo de compresión; 2913 BTU/ mol-lb 1618 Kcal / mol-kg 1.8818 Kw-h/mol-Kg

Hoja de cálculo de

Microsoft Excel

Trbajo de Compresión del Aire

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

CALENTAMIENTO ISOBARICO

BALANCE DE ENTALPIA EN LA CAMARA DE COMBUSTION; ETAPA 2*-3*

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

)/ln()/()/( 122

1ppJRndTTCp

T

T

Hoja de cálculo de

Microsoft Excel

Trabajo de Expansión Realizado por los Gases

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-KgENERGIA 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.

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 KCp CALCULADO, 8.01 Kcal/mol-k H = 433.47*(776-160)*8.01*0.98 = 2 095 695 KcalGENERANDO 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

GENERACION ELECTRICA EN LA TURBINA DE VAPOR

CON PRESION DE ESCAPE DE 2.0 ATA MAN, 3 ATA ABS., EL CONSUMO ESPECIFICO ES DE8.85 KG/KW-H, QUE PROMUEVE UNA GENERA-CION EN LA TURBINA DE VAPOR DE

GE TV = 3050/8.85 = 345 KW-HPARA UN TOTAL DE 1086 + 345 = 1431 KW-H

EL BAGAZO TRATADO PROVIENE DE

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

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

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 PMPMOL-KG TOTALES DE GASES 450.82 28.85MOL-KG TOTALES DE AIRE 416.26 28.84

)/ln()/()/( 122

1ppJRdTTCp

T

T

J ; equivalente mecánico del BTU = 778.26 pie-lbfuerza / BTUR = 1544 pie-lbfuerza / mol-lb - 0 Rp2 = 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 = 0.85T1; temperatura admisión del aire = 24 0 CT2; temperatura de salida del aire = 1021 0 R = 567 K 294 0 CTrabajo de compresión; 3516 BTU/ mol-lb 1953 Kcal / mol-kg 2.27 Kw-h/mol-Kg

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-KgENERGIA 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.

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 KCp CALCULADO, 8.01 Kcal/mol-k H = 450.82*(718-160)*8.01*0.98 = I974677KcalGENERANDO 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

GENERACION ELECTRICA EN LA TURBINA DE VAPOR

CON PRESION DE ESCAPE DE 2.0 ATA MAN, 3 ATA ABS., EL CONSUMO ESPECIFICO ES DE8.85 KG/KW-H, QUE PROMUEVE UNA GENERA-CION EN LA TURBINA DE VAPOR DE

GE TV = 2874/8.85 = 325 KW-HPARA UN TOTAL DE 1257 + 325= 1582 KW-H

EL BAGAZO TRATADO PROVIENE DE

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

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

Base: 1000 kg de bagazo tratado con 15 % hum, cero cenizas

RAZON DE COMPRESION 6.12 8.16AIRE mol-kg 398.9 416.26GASES DE COMBUSTION, mol-kg 433.5 450.82ENERGIA DE COMPRESION, kcal / mol-kg 1618 1953

kw-h/mol-kg 1.8814 2.2709TEMPERATURA DE ADMISION DEL AIRE, 0 C 24 24TEMPERATURA DE DESCARGA DEL AIRE, 0 C 248 294TEMP GASES SALIDA CAMARA DE COMB. 0 C 1222 1222ENERGIA ENTREGADA POR LA TG , kcal /mol-kg 3643 4201 kw-h/mol-kg 4.2364 4.8849GEN ELEC NETA TG, kw-h/1000 kg bagazo tratado 1086 1257TEMPERATURA SALIDA GASES TG 0 C 776 718GENERACION DE VAPOR , kg / ton de caña. 402 378GEN ELEC NETA TV, kw-h/1000 kg bagazo tratado 345 325GEN ELEC TOTAL, kw-h/1000 kg bagazo tratado 1431 1582GEN ELEC TOTAL, kw-h / ton de caña 189 208

Aire

Compresor

Comb. Limp.

Turbina de gas

Turbina de vapor

EE

EEVapor de baja

Al secadoA la chim.


Gases

Gases

Gasificador

Aire

vapor

BagazoCiclo Combinado con Gasificación

Cenizas

Aire

Compresor

Combustor

Turbina de gas

Turbina de vapor

EE

EEVapor de baja

Al secadoA la chim.


Gases

Gases

Ciclo CombinadoCON EVENTUAL INYECCION DE VAPOR

INYECCION DE VAPOR

Aire

CompresoresTurbina de gas

Turbina de vapor

EE

EEVapor de baja

Al secadoA la chim.

Caldera de recu-peración de calor

Gases

Gases

Ciclo CombinadoCON EVENTUAL INYECCION DE VAPOR

INYECCION DE VAPORintercooler

ESTEQUIOMETRiA Y TERMOQUIMICADE 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)

Las reacciones, de forma global, se puedenrepresentar 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 %

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 composiciónen 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

Tomando como base de cálculo 100 moles, los núme-ros correspondientes al analísis, se convierten en molesde 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

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. Elque va en los gases lo conocemos, 26.5 moles-kg, el queaporta 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

Ahora, mediante un balance de hidrógeno, podemoscalcular 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

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

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 a100*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

Calor de formación de los reaccionantes

el del bagazo lo desconocemos y lo llamamos X,el del oxígeno es igual a cero por definición (esun 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

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

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 temperaturaadiabática de salida de los gases.

Mi son los moles de cada especie formada.

De la expresión integrada se despeja Tadiab

n

i

Tadiab

Trefpiiliberado dTCmQ

1

Casos de Destilerías

Esquemas reportados por Zarpelón enTaller de Energía de ISSCT de Berlín, 1991

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...........

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

MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION

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Ciclo Combinado