Diseño y análisis termoeconómico de un sistema de poligeneración de aplicación en el sector turístico canario
Full text
Más e Uni e si a io en
Ingenie ía Indus ial
T abajo Fin de Más e
Diseño y Análisis Te moeconómico de un
Sis ema de Poligene ación de Aplicación
en el Sec o Tu ís ico Cana io
Au o : Jo ge Luis Rome o Rome o
Tu o : Vicen e José Rome o Te ne o
Índice Gene al Jo ge Luis Rome o Rome o
La publicación de es e T abajo Fin de Más e solo implica que el es udian e ha ob enido al
menos la no a mínima exigida pa a supe a la asigna u a co espondien e, no p esupone que
su con enido sea co ec o, aunque si aplicable. En es e sen ido, la ULL no posee ningún ipo
de esponsabilidad hacia e ce os po la aplicación o al o pa cial de los esul ados ob enidos
en es e abajo. También pone en conocimien o del lec o que, según la ley de p o ección
in elec ual, los esul ados son p opiedad in elec ual del alumno, siemp e y cuando se haya
p ocedido a los egis os de p opiedad in elec ual o solici ud de pa en es co espondien es con
echa an e io a su publicación.
ÍNDICE GENERAL
T abajo Fin de Más e
Diseño y Análisis Te moeconómico de un
Sis ema de Poligene ación de Aplicación
en el Sec o Tu ís ico Cana io
Au o : Jo ge Luis Rome o Rome o
Tu o : Vicen e José Rome o Te ne o
Índice Gene al Jo ge Luis Rome o Rome o
1 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
Jo ge Luis Rome o Rome o Índice Gene al
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 2
Índice Gene al
I. Memo ia
II. Anexo: Cálculos
Índice Gene al Jo ge Luis Rome o Rome o
3 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
MEMORIA
T abajo Fin de Más e
Diseño y Análisis Te moeconómico de un
Sis ema de Poligene ación de Aplicación
en el Sec o Tu ís ico Cana io
Au o : Jo ge Luis Rome o Rome o
Tu o : Vicen e José Rome o Te ne o
Memo ia Jo ge Luis Rome o Rome o
1 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
Jo ge Luis Rome o Rome o Memo ia
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 2
Índice de Con enidos
1. Resumen .......................................................................................................................................... 7
2. Abs ac ........................................................................................................................................... 8
3. In oducción .................................................................................................................................... 9
4. In oduc ion ................................................................................................................................... 10
5. Obje o ............................................................................................................................................ 11
6. Objec ............................................................................................................................................ 12
7. Alcance .......................................................................................................................................... 13
8. An eceden es ................................................................................................................................. 14
8.1. Mo o u bina de gas y mic o u binas ................................................................................... 14
8.2. Sis emas de comp esión mecánica de apo ......................................................................... 16
8.3. Sis emas de cogene ación ...................................................................................................... 17
8.4. Te moeconomía ..................................................................................................................... 18
9. Desc ipción, dimensionado y pun o de ope ación nominal del sis ema obje o de es udio ........... 20
9.1. Desc ipción del sis ema ......................................................................................................... 20
9.2. Conside aciones p e ias ........................................................................................................ 21
9.3. Dimensionado ....................................................................................................................... 23
9.4. Pun o de ope ación nominal .................................................................................................. 24
10. Me odología .............................................................................................................................. 30
10.1. Hipó esis de abajo ........................................................................................................... 30
10.2. Análisis ene gé ico ............................................................................................................ 31
10.3. Análisis exe gé ico ............................................................................................................ 32
10.4. Análisis e moeconómico .................................................................................................. 36
10.5. Reducción del cos e uni a io de los p oduc os .................................................................. 39
11. Resul ados ................................................................................................................................. 40
11.1. Análisis ene gé ico ............................................................................................................ 40
11.2. Análisis exe gé ico ............................................................................................................ 41
11.3. Análisis exe goeconómico ................................................................................................ 44
11.3.1. Va iación indi idual de pa áme os .............................................................................. 45
11.3.2. Va iación de pa áme os po pa ejas ............................................................................. 49
12. Discusión de esul ados ............................................................................................................. 54
12.1. Análisis ene gé ico ............................................................................................................ 54
12.2. Análisis exe gé ico ............................................................................................................ 55
12.3. Análisis e moeconómico .................................................................................................. 56
12.3.1. Va iación indi idual de pa áme os .............................................................................. 56
12.3.2. Va iación de pa áme os po pa ejas ............................................................................. 57
Memo ia Jo ge Luis Rome o Rome o
9 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
3. In oducción
Ac ualmen e el ni el de ida y bienes a de la sociedad es án es echamen e asociados al
consumo de una ele ada can idad de ecu sos. En el sec o u ís ico se p oduce el consumo de
una pa e conside able de es os ecu sos, en pa e debido a la mayo di icul ad que es e p esen a
pa a implemen a medidas que lo limi en en compa ación con o os sec o es.
En la Unión Eu opea, el sec o se icios ep esen a el 12,72 % del consumo o al de ene gía
inal, mien as que en España es a ci a es el 12,54 % [3]. En cuan o a emisiones de CO2, en
Eu opa es e sec o ep esen a el 4,87 %, siendo un 4,42 % en España [3]. No obs an e, en
Cana ias el consumo de ene gía inal po pa e del sec o se icios se si úa en el 11,73 % y las
emisiones de gases de e ec o in e nade o en el 12,21 %, siendo es e úl imo alo es eces
mayo que en España y Eu opa.
De es a mane a, an e un cons an e aumen o de la demanda, el p og eso en el aumen o de la
e iciencia con la que las ins alaciones del sec o u ís ico emplean la ene gía p ime a es
undamen al de ca a a la consecución de los dis in os obje i os de educción de emisiones que
se plan ean an o a ni el insula como nacional e in e nacional.
Es en es e con ex o en el que cob an una g an impo ancia las ins alaciones de cogene ación y
la p oducción de ene gía descen alizada, con el obje i o de ap o echa al máximo la ene gía
p ima ia, eliminando las pé didas en su anspo e y p oduciendo dos o más p oduc os con una
misma uen e, educiendo así las emisiones y el cos e po kWh de p oduc o.
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Diseño y Análisis Te moconómico de un… 10
4. In oduc ion
The cu en s anda d o li ing and well-being o socie y is closely associa ed wi h he
consump ion o a high numbe o esou ces. The e ia y sec o consumes a conside able pa
o hese esou ces, in pa due o he g ea e di icul y i p esen s when i comes o implemen ing
measu es ha limi i compa ed o o he sec o s.
In he Eu opean Union, he se ices sec o ep esen s 12.72% o he o al inal ene gy
consump ion, while in Spain his igu e is 12.54% [3]. Rega ding CO2 emissions, in Eu ope his
sec o ep esen s 4.87%, being 4.42% in Spain [3]. Howe e , in he Cana y Islands, he inal
ene gy consump ion by he se ice sec o s ands a 11.73% and g eenhouse gas emissions a
12.21%, he la e alue being h ee imes highe han in Spain and Eu ope .
In his way, in he ace o a cons an inc ease in demand, p og ess in inc easing he e iciency
wi h which he acili ies in he ou ism sec o use he p ima y ene gy is essen ial o achie e he
di e en emission educ ion objec i es ha a e p oposed a he island, na ional and in e na ional
le el.
I is in his con ex ha cogene a ion acili ies and decen alized ene gy p oduc ion ake on g ea
impo ance, wi h he aim o making he mos o p ima y ene gy, elimina ing losses in i s
anspo and p oducing wo o mo e p oduc s wi h he same sou ce, hus educing emissions
and he cos pe kWh o p oduc .
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11 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
5. Obje o
El obje i o p incipal del p esen e p oyec o es la aplicación de los p incipios de la
e moeconomía a la ins alación de cogene ación de un edi icio del sec o e cia io, de mane a
que se pueda lle a a cabo el es udio de la e olución del cos e uni a io de los p oduc os, siendo
es os en es e caso ACS, agua ía pa a clima ización y po encia eléc ica, así como la educción
de es e cos e espec o al asociado al pun o de ope ación nominal del sis ema.
No obs an e, es e obje i o p incipal se puede desglosa en los siguien es:
Ob ención o, en su de ec o, es imación de la demanda de los dis in os p oduc os
conside ados po pa e del local al que sea de aplicación la ins alación.
P opues a y diseño básico de un sis ema de cogene ación que pe mi a sa is ace las
necesidades del edi icio en cues ión.
Pa ame ización del sis ema.
Realización de los análisis ene gé ico, exe gé ico y e moeconómico sob e el sis ema.
Desa ollo del código que pe mi a es udia la e olución del cos e de los p oduc os del
sis ema, así como educi es e espec o al ob enido en el pun o de ope ación nominal,
empleando el so wa e Oc a e.
En de ini i a, se ealiza un análisis comple o an o a ni el é mico como e moeconómico de la
ins alación en cues ión, con el obje i o de educi el cos e inal uni a io de los p oduc os.
Jo ge Luis Rome o Rome o Memo ia
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 12
6. Objec
The main objec i e o his p ojec is he applica ion o he p inciples o he moeconomics o he
cogene a ion ins alla ion o a building in he e ia y sec o , so ha he s udy o he e olu ion
o he uni cos o he p oduc s can be ca ied ou , hese being in in his case DHW (Domes ic
Ho Wa e ), cold wa e o ai condi ioning and elec ical powe , as well as he educ ion o his
cos compa ed o ha associa ed wi h he nominal ope a ing poin o he sys em.
Howe e , his main objec i e can be b oken down in o he ollowing:
Ob aining o , ailing ha , es ima ing he demand o he di e en p oduc s conside ed
by he p emises o which he ins alla ion applies.
P oposal and basic design o a cogene a ion sys em ha allows mee ing he needs o he
building.
Pa ame e iza ion o he sys em.
Ca ying ou ene ge ic, exe ge ic and he moeconomic analysis on he sys em.
De elopmen o he code ha allows s udying he e olu ion o he cos o he sys em's
p oduc s, as well as educing i in espec o ha ob ained a he nominal ope a ing poin ,
using Oc a e so wa e.
In sho , a comple e analysis is ca ied ou a bo h he mal and he moeconomic le els o he
ins alla ion in ques ion, wi h he aim o educing he inal uni cos o he p oduc s.
Memo ia Jo ge Luis Rome o Rome o
13 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
7. Alcance
Teniendo en cuen a los obje i os desc i os en el apa ado an e io , se de inen en es e apa ado
las líneas de abajo que se segui án en es e es udio. Con es o en conside ación, se aba ca án
las siguien es cues iones:
De inición del sis ema de es udio.
De e minación de las demandas del local.
Realización de los análisis ene gé ico, exe gé ico y e moeconómico del sis ema.
Desa ollo del código que pe mi a la educción del cos e uni a io de los p oduc os del
sis ema.
Reducción del cos e uni a io de los p oduc os del sis ema.
De es a mane a, no se con empla en es e p oyec o el diseño de allado del sis ema ni su
in eg ación con las ins alaciones de dis ibución del edi icio. Tampoco se con empla el diseño
de las ins alaciones auxilia es necesa ia pa a su uncionamien o. Po el con a io, se aísla el
sis ema, p olongando el análisis solo has a la ob ención de los p oduc os conside ados.
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Diseño y Análisis Te moconómico de un… 14
8. An eceden es
8.1. Mo o u bina de gas y mic o u binas
Los mo o es u bina de gas ob ienen ene gía mecánica a a és de un es ado é mico que se
alcanza g acias a un p oceso de combus ión. Dicha combus ión puede se in e na o ex e na. En
es e úl imo caso el es ado é mico en el luido de abajo se ob iene a a és de ans e encia de
calo en un in e cambiado . No obs an e, es a con igu ación a amen e se emplea, es ando más
ex endida la u bina de gas de combus ión in e na, que es la de in e és en es e abajo. En es as,
el es ado é mico se alcanza a a és de la ans o mación química del luido mo o , haciendo
que el ciclo deba se abie o, en con aposición al ciclo ce ado de las u binas de gas de
combus ión ex e na.
En es os sis emas, el ai e a mos é ico en a de o ma con inua a un comp eso de ai e, en el cual
se comp ime has a al a p esión. A con inuación, el ai e en a en la cáma a de combus ión, donde
se mezcla con el combus ible, p oduciéndose la combus ión y, con ella, la ans o mación
química nomb ada, dando luga a los gases p oduc o de la combus ión. Es os gases se expanden
en la u bina, p oduciendo así la po encia mecánica, pa a a con inuación se desca gados al
ambien e. La po encia mecánica p oducida se emplea en pa e pa a alimen a el comp eso ,
si iendo el es o pa a p oduci po encia eléc ica u o as aplicaciones [4].
Figu a 1: Tu bina de gas simple abie a (izquie ada) y ce ada [de echa]. Fuen e: [4].
Una de las modi icaciones más empleadas de un mo o u bina de gas es la u bina de gas
egene a i a (Figu a 2), la cual consis e en in e cala un in e cambiado de calo en e el
Memo ia Jo ge Luis Rome o Rome o
15 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
comp eso y la cáma a de combus ión, pe mi iendo ap o echa pa e de la ene gía ú il aún
con enida en los gases de escape pa a p ecalen a el ai e an es de en a en la cáma a, educiendo
el consumo de combus ible.
Figu a 2: Tu bina de gas egene a i a. Fuen e: [4].
Po su pa e, las mic o u binas de gas son, como su nomb e indica, u binas de gas de amaño
educido, cuyo desa ollo se inició en la indus ia au omo ilís ica, iéndose acele ado po la
compe encia en e dis in as emp esas que in en aban en a al me cado en los años 90 [6],
con i iéndolas en una al e na i a pa a ene en cuen a de ca a a la gene ación de ene gía a
pequeña escala y/o descen alizada. Es as u binas comp enden po encias en el ango de 15 kW
has a 1 MW, pudiendo emplea se en pa alelo pa a consegui mayo es po encias [7].
Figu a 3: Mic o u bina Caps one modelo C200S. Fuen e: [7].
Jo ge Luis Rome o Rome o Memo ia
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 16
8.2. Sis emas de comp esión mecánica de apo
Los sis emas pa a la p oducción de ío y/o calo median e un ciclo de comp esión de apo
juegan un papel c ucial en la ida ac ual. Cada ez más se emplean bombas de calo pa a
cale acción en i iendas, así como pa a la p oducción de calo en p ocesos indus iales [4],
pe o ambién como sis emas de e ige ación pa a la conse ación de alimen os y ai e
acondicionado o incluso ambos usos a la ez, p oduciendo de o ma simul ánea calo y ío.
Es os sis emas uncionan en un ciclo ce ado, con un luido de abajo llamado e ige an e.
El e ige an e es un luido que posee la capacidad de abso be calo de un oco calien e a baja
empe a u a y p esión y cede lo a un oco ío a al a empe a u a y p esión. De es a mane a, el
e ige an e en a en un in e cambiado de calo , llamado e apo ado , en el cual abso be calo
del oco calien e, e apo ándose. A con inuación, el e ige an e en es ado gaseoso en a a un
comp eso , el cual lo comp ime, aumen ando su empe a u a y p esión, pa a luego en a al
condensado , donde cede calo al oco ío, saliendo en es ado líquido. Finalmen e, el
e ige an e en es ado líquido pasa po una ál ula de expansión, en la cual pie de p esión en
un p oceso isoen álpico, e apo ándose pa cialmen e, y uel e a en a al e apo ado , epi iendo
el ciclo. Po an o, se consigue p oduci ío (abso ción de calo del oco calien e) y calo (cesión
de calo al oco ío) po medio del suminis o de una po encia mecánica o eléc ica [4].
Figu a 4: Componen es de un sis ema de comp esión de apo . Fuen e: [4].
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17 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
8.3. Sis emas de cogene ación
La demanda ene gé ica en el sec o ho ele o p esen a una se ie de ca ac e ís icas que hace que
es as ins alaciones sean adecuadas pa a la implemen ación de sis emas de cogene ación, pues
con una única uen e de ene gía (combus ible) se puede llega a sa is ace la o alidad de la
demanda ene gé ica de un edi icio de es e sec o , gene ando a la ez ene gía eléc ica y ene gía
é mica ú il, eniendo es a úl ima múl iples aplicaciones en es e sec o , aba cando cale acción,
e ige ación, clima ización, ACS e incluso apo de la ande ía.
No obs an e, en la ac ualidad, la mayo ía de los ho eles consumen ene gía eléc ica de la ed, a
la ez que cuen an con sis emas de gene ación de calo pa a abas ece sus necesidades é micas.
Es o supone que se pie da pa e de la ene gía eléc ica en el anspo e, a la ez que se sigue
p oduciendo una emisión de gases a la a mós e a pa a p oduci calo .
Un sis ema de cogene ación es aquel que p oduce, de o ma conjun a y en un p oceso
secuencial, ene gía mecánica y/o eléc ica y ene gía é mica ú il [1]. Al usa un sis ema de
cogene ación se ob iene una se ie de bene icios, los cuales se lis an a con inuación:
Reducción de pé didas asociadas al anspo e y dis ibución de la ene gía eléc ica.
Aumen o de la e iciencia ene gé ica de la ins alación (mejo ap o echamien o de la
ene gía).
Reducción del cos e uni a io de los p oduc os del sis ema.
Reducción de las emisiones de gases de e ec o in e nade o.
De es a mane a, empleando la cogene ación, se consigue desa olla las po encias eléc ica y
é mica deseadas consumiendo una meno can idad de ecu sos en compa ación con la que se
necesi a ía pa a p oduci las de o ma indi idual en sis emas independien es [4].
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Diseño y Análisis Te moconómico de un… 18
Figu a 5: Esquema de un sis ema de cogene ación simple o mado po una calde a y una u bina de con ap esión. Fuen e:
[5].
8.4. Te moeconomía
La e moeconomía, ambién conocida como exe goeconomía, se puede conside a como la
ama de las ciencias que emplea c i e ios e modinámicos, desde el pun o de is a de la exe gía,
y los combina con p incipios económicos, pe mi iendo ob ene in o mación que no se ía posible
ob ene a a és de ninguno de los dos es udios po sepa ado [4], consiguiendo así e ela
opo unidades de aho o ene gé ico y económico an o en el diseño como en la ope ación de
sis emas é micos, con especial in e és en la cogene ación.
Se puede de ini la exe gía como el máximo abajo eó ico que se puede ob ene de la
in e acción en e dos sis emas en es ados dis in os has a alcanza el equilib io, siendo uno de
los dos sis emas un sis ema ideal llamado ambien e de e e encia pa a la exe gía y el o o un
sis ema de in e és [4]. De es a mane a, la exe gía es una medida del dis anciamien o de un
es ado del de su ambien e [5], en endiendo po ambien e una mayo ex ensión del en o no a una
dis ancia lo su icien emen e g ande como pa a que las p opiedades in ensi as no se modi iquen
po p ocesos que a ec en al sis ema o a su en o no inmedia o, siendo es e úl imo en el cual si se
pueden modi ica las p opiedades in ensi as a causa de p ocesos que a ec en al sis ema [4].
De es a mane a, una ez que se de ine un ambien e de e e encia se puede asigna alo es de
exe gía al sis ema, siendo es a una p opiedad ex ensi a del sis ema [5]. La exe gía se des uye
debido a i e e sibilidades en los p ocesos e modinámicos, en gene al no se conse a y siemp e
end á un alo mayo o igual que ce o [5].
O o aspec o pa a ene en cuen a de la e moeconomía es la capacidad de es a pa a asigna
cos es a los p oduc os de un sis ema, asignando a cada p oduc o el cos e o al asociado a su
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25 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
Tabla 3: Desc ipción de lujos y equipos de uno de los módulos. Fuen e: Elabo ación p opia.
A
Comp eso de ai e
B
Regene ado
C
Cáma a de combus ión
D
Tu bina de gas
E
Recupe ado de calo
F
Comp eso de
e ige an e
G
Condensado
H
Vál ula de expansión
I
E apo ado
1
Ai e de alimen ación
2
Ai e comp imido
3
Ai e comp imido y p ecalen ado
4
Gases p oduc o de la combus ión (GPC)
5
GPC a baja p esión
6
GPC a baja p esión as egene ado
7
Gases de escape del sis ema
8
Combus ible
9
Re ige an e en es ado apo sob ecalen ado a baja p esión
10
Re ige an e en es ado apo sob ecalen ado a al a p esión
11
Re ige an e en es ado líquido suben iado a al a p esión
12
Re ige an e en es ado de mezcla bi ásica a baja p esión
13
Agua de e o no del ci cui o de clima ización
14
Agua ía pa a clima ización
15
Agua de e o no del ci cui o de agua calien e
16
Agua p ecalen ada
17
Agua calien e pa a ACS
18
Po encia ne a eléc ica p oducida
19
Po encia consumida po el sis ema de comp esión
20
Po encia suminis ada a ed
21
Po encia consumida po el comp eso de ai e
Debido a las dis inciones que se hicie on espec o a los consumos en el apa ado
Conside aciones p e ias, esul a necesa io dis ingui en e los es es ados que de inen cada
pun o de ope ación a lo la go de cada día y cada año, haciendo que exis an dos es ados de día,
pa a in ie no y e ano, y un único es ado de noche común a ambos pe iodos. A aíz de es o, se
p esen a a con inuación, en o ma o de abla, los pa áme os pa a cada uno de los es es ados
que de inen el pun o de ope ación nominal.
Jo ge Luis Rome o Rome o Memo ia
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 26
Tabla 4: Pa áme os de ope ación nominal de un módulo en e ano du an e el día. Fuen e: Elabo ación p opia.
Rendimien o isoen ópico del comp eso de ai e
(%)
85
Relación de comp esión
5
Pé didas de ca ga en el egene ado (%)
2
Tempe a u a de en ada a la cáma a (K)
800
P esión de alimen ación de combus ible (ba )
5
Pé didas de ca ga en la cáma a (%)
3
Tempe a u a de en ada a la u bina (K)
1200
Rendimien o isoen ópico de la u bina
(%)
85
Po encia é mica ecupe ada (kW)
15
Po encia ne a p oducida (kW)
200
Rendimien o del al e nado
(%)
98
Consumo del comp eso de e ige an e (kW)
31,86
COP
4,9
EER
3,9
P esión en el e apo ado (ba )
2,8
P esión en el condensado (ba )
9,2
Tempe a u as en ada
-
salida agua ía
(ºC)
12
-
7
Tempe a u a
de e o no de
agua calien e (ºC)
30
Caudal de agua ía (l/s)
7,41
Caudal de agua calien e (l/s)
0,74
Re ige an e
R
-
134a
Tabla 5: Pa áme os de ope ación nominal de un módulo en in ie no du an e el día. Fuen e: Elabo ación p opia.
Rendimien o isoen ópico del comp eso de ai e (%)
85
Relación de comp esión
5
Pé didas de ca ga en el egene ado (%)
2
Tempe a u a de en ada a la cáma a (K)
800
P esión de alimen ación de combus ible (ba )
5
Pé didas de ca ga en la cáma a (%)
3
Tempe a u a de en ada a la u bina (K)
1200
Rendimien o isoen ópico de la u bina (%)
85
Po encia é mica ecupe ada (kW)
170
Po encia ne a p oducida (kW)
200
Rendimien o del al e nado (%)
98
Consumo del
comp eso de e ige an e (kW)
31,86
COP
4,9
EER
3,9
P esión en el e apo ado (ba )
2,8
P esión en el condensado (ba )
9,2
Tempe a u as en ada
-
salida agua ía (ºC)
12
-
7
Tempe a u a de e o no de agua calien e (ºC)
30
Caudal de agua ía
(l/s)
7,41
Caudal de agua calien e (l/s)
1,43
Re ige an e
R
-
134a
Memo ia Jo ge Luis Rome o Rome o
27 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
Tabla 6: Pa áme os de ope ación nominal de un módulo du an e la noche. Fuen e: Elabo ación p opia.
Rendimien o isoen ópico del comp eso de ai e (%)
85
Relación de comp esión
5
Pé didas de ca ga en el egene ado (%)
2
Tempe a u a de en ada a la cáma a (K)
800
P esión de alimen ación de combus ible (ba )
5
Pé didas de ca ga en la cáma a (%)
3
Tempe a u a de en ada a la u bina (K)
1200
Rendimien o isoen ópico de la u bina (%)
85
Po encia é mica ecupe ada (kW)
0
Po encia ne a p oducida (kW)
200
Rendimien o del al e nado (%)
98
Consumo del comp eso de e ige an e (kW)
31,86
COP
4,9
EER
3,9
P esión en el e apo ado (ba )
2,8
P esión en el condensado (ba )
9,2
Tempe a u as en ada
-
salida agua ía (ºC)
12
-
7
Tempe a u a de e o no de agua calien e (ºC)
30
Caudal de agua ía (l/s)
7,41
Caudal de agua calien e (l/s)
0,74
Re ige an e
R
-
134a
Como se comen ó an e io men e, se es á conside ando que la p oducción de ACS se ealiza
únicamen e du an e el día, en una anja ho a ia comp endida en e las 07:00 y las 21:00,
a endiendo al compo amien o ípico de las cu as de consumo de ACS en ho eles acacionales
[2]. Po an o, du an e el día el sis ema ope a como se indica en la Figu a 10, mien as que po
la noche los gases que salen del egene ado de la mic o u bina son di ec amen e expulsados al
ambien e y el agua calien e que sale del condensado debe ce a el ci cui o pasando po una de
las o es de e ige ación con las que ya cuen a el ho el, como se indica en la Figu a 11.
A endiendo a es o, la po encia é mica ecupe ada en el ecupe ado de calo solo se á necesa ia
du an e el día en ambos pe iodos del año conside ados, siendo es a de 15 kW en e ano, con
una p oducción de agua calien e de 0,74 l/s po módulo, y de 170 kW en in ie no, con una
p oducción de 1,42 l/s po módulo.
En adición a es o y como se demues a en el documen o Anexo: Cálculos, se ha comp obado
que el sis ema es capaz de abas ece la demanda de ACS en la ho a pico de consumo de la
ins alación ho ele a.
Jo ge Luis Rome o Rome o Memo ia
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 28
Figu a 11: Esquema del sis ema en uncionamien o noc u no sin p oducción de agua calien e. Fuen e: Elabo ación p opia.
Cómo solución a es a si uación en la que esul a necesa io modi ica la po encia é mica que se
ecupe a en el ecupe ado de calo y a endiendo a la libe ad que se ha omado en el diseño
básico de es e sis ema omando los modelos come ciales an es desc i os únicamen e como una
e e encia, se p opone la u ilización de un in e cambiado a placas como ecupe ado de calo ,
de mane a que se pueda egula la supe icie de in e cambio de es e, seccionándolo en e apas,
y, con es o, el calo que el agua es capaz de abso be . Po an o, el uncionamien o es al que
es e in e cambiado puede ecupe a una po encia é mica máxima de 200 kW, pudiéndose
ex ae el luido an es de inaliza el eco ido, en una e apa in e media, pa a ecupe a 170 kW,
o incluso an es, pa a ecupe a solo 15 kW.
Figu a 12: In e cambiado de calo pa a indus ia alimen a ia con múl iples salidas y en adas Al a La al. Fuen e: [9].
Memo ia Jo ge Luis Rome o Rome o
29 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
En cuan o la po encia de abajo de los sis emas de comp esión, es a es o almen e egulable a
pa i del 25 % del alo nominal, pe mi iendo ácilmen e ajus a es e pa áme o a la demanda
del ho el. También se acla a que se es á conside ando “ e ano” como los meses desde mayo
has a oc ub e, incluidos, e “in ie no” como los meses desde no iemb e has a ene o, incluidos,
según se puede ap ecia en la Figu a 9.
Jo ge Luis Rome o Rome o Memo ia
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 30
10. Me odología
En es e apa ado, se de alla la me odología seguida pa a lle a a cabo los di e sos análisis
ealizados desde un pun o de is a gené ico. No obs an e, se ap o echa ambién pa a acla a
que, en gene al, pa a lle a a cabo los es udios conside ados con la me odología que a
con inuación se desc ibi á, esul a necesa io conside a la ope ación del sis ema en égimen
es aciona io.
Es e aspec o ha supues o uno de los p incipales obs áculos en la ealización de es e abajo,
debido a lo a iables que son en la ealidad los consumos en ins alaciones ho ele as, pues si
bien la mic o u bina no iene la necesidad de adecua se a la demanda eléc ica del ho el y puede,
po an o, ope a de o ma con inua en su pun o de ope ación nominal, lo mismo no ocu e con
el sis ema de comp esión, el cual en la ealidad end ía que egula su po encia nominal pa a
adap a se a la demanda de ío, o la p oducción de ACS, la cual es p obable que uncione de
o ma in e mi en e con el obje i o de man ene cons an e el olumen de acumulación,
al e nando en e los es ados que aquí se han desc i o como de “día” y “noche”.
Si bien es cie o que exis en me odologías al e na i as pa a el desa ollo de es e ipo de es udios
que pe mi en ealiza análisis en égimen ansi o io [10], pa a emplea los se ía necesa io con a
con in o mación de moni o ización con inua y de allada de los consumos del ho el, el cual no
ha sido el caso. Po an o, el mé odo empleado es á o ien ado al es udio de ins alaciones cuyo
uncionamien o se asemeja a un égimen es aciona io, como puede se el caso de cen ales
é micas. Es po es o po lo que ha sido necesa io emplea más de un es ado pa a de ini cada
pun o de ope ación, de mane a que se enga en cuen a la a iabilidad de ope ación del sis ema
en la medida de lo posible, mien as que se man iene la conside ación de égimen es aciona io
en el es udio de cada es ado.
10.1. Hipó esis de abajo
De o ma gene al, du an e el desa ollo de odos los análisis se han enido en cuen a las
siguien es hipó esis de abajo:
El sis ema ope a en condición de égimen es aciona io.
Las condiciones del ambien e de e e encia son 25 ºC y 1 a m.
Memo ia Jo ge Luis Rome o Rome o
31 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
Tan o ai e como gases p oduc o de la combus ión son conside ados como mezclas de
gases ideales.
No exis en a iaciones de ene gía ciné ica y po encial en el sis ema.
Los equipos uncionan de o ma adiabá ica.
La eacción de combus ión en la cáma a es comple a, po lo que no exis e monóxido de
ca bono ni hid oca bu os en los gases p oduc o de la combus ión.
El ni ógeno en el ai e ac úa como gas ine e, es deci , no se p oducen óxidos de
ni ógeno.
No exis en pé didas de ca ga en el sis ema de comp esión.
El ai e es á compues o po 20,59 % de oxígeno, 77,48 % de ni ógeno, 0,03 % de
dióxido de ca bono y 1,9 % de agua.
En los siguien es subapa ados se de allan los p ocedimien os seguidos pa a cada análisis, así
como pa a la educción del cos e uni a io de los p oduc os.
10.2. Análisis ene gé ico
El obje i o de es e análisis es la comple a de inición de cada uno de los es ados p esen es en el
sis ema desde un pun o de is a e modinámico. Pa a es o, basándose en los p incipios de
conse ación de la ene gía y de la ma e ia, se han aplicado balances de ene gía y de masa
espec i amen e a odos los equipos p esen es, con el obje i o de de e mina la empe a u a,
p esión, en alpía y en opía de cada lujo, así como los caudales másicos. Las exp esiones
gene ales pa a es os balances, aplicados a un olumen de con ol en égimen es aciona io son:
𝑚𝑒
−𝑚𝑠
=0 (1)
Donde:
∑𝑚
, suma o io de caudales másicos de en ada (kg/s).
Jo ge Luis Rome o Rome o Memo ia
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 32
∑𝑚
, suma o io de caudales másicos de salida (kg/s).
𝑄𝑣𝑐
−𝑊𝑣𝑐
+𝑚𝑒
·ℎ𝑒−𝑚𝑠
·ℎ𝑠=0 (2)
Figu a 13: Balance de masa exp esado median e palab as. Fuen e: [4].
Donde:
𝑄𝑣𝑐
, ans e encia de calo a a és de la on e a del olumen de con ol (kW).
𝑊𝑣𝑐
, ans e encia de ene gía en o ma de abajo a a és de la on e a del olumen de
con ol (kW).
ℎ, en alpía especí ica de lujos de en ada (kJ/kg).
ℎ, en alpía especí ica de lujos de salida (kJ/kg).
Figu a 14:Balance de ene gía en é minos de po encia, exp esado median e palab as. Fuen e: [4].
Pa a ob ene in o mación de allada sob e el desa ollo de es e análisis, consul e el documen o
Anexo: Cálculos.
10.3. Análisis exe gé ico
Una ez que se han de inido po comple o los es ados e modinámicos de odos los lujos
másicos y se han de e minado los lujos de po encia exis en es, se p ocede a calcula la po encia
exe gé ica asociada a cada uno de es os lujos, pues se ecue da que, según lo comen ado en el
apa ado An eceden es, la exe gía pe mi e cuan i ica la calidad de un lujo de ene gía, es deci ,
Memo ia Jo ge Luis Rome o Rome o
33 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
puede medi cuan a de la ene gía con enida en un lujo es ealmen e ap o echable, cualidad que
esul a cla e a la ho a de analiza un sis ema.
En conc e o, la po encia exe gé ica de un lujo másico es á o mada po dos é minos: la exe gía
ísica y la química, como se expone en la siguien e exp esión en é minos absolu os:
𝐵=𝐵 +𝐵 (3)
Donde:
𝐵, exe gía o al (kW).
𝐵, exe gía ísica (kW).
𝐵, exe gía química (kW).
Si se exp esa la an e io ecuación en é minos especí icos, di idiendo po el caudal másico
co espondien e se iene lo siguien e:
𝑏=𝑏 +𝑏 (4)
Donde:
𝑏, exe gía o al especí ica (kJ/kg).
𝑏, exe gía ísica especí ica (kJ/kg).
𝑏, exe gía química especí ica (kJ/kg).
De mane a que se cumple que:
𝐵=𝑚 ·𝑏 (5)
La exe gía ísica ep esen a la des iación de las condiciones conside adas de e e encia en lo
que al es ado e modinámico del lujo se e ie e, mien as que la química ep esen a una
des iación en la composición del lujo espec o a su composición en el es ado de e e encia.
Jo ge Luis Rome o Rome o Memo ia
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 34
La exp esión pa a de e mina la exe gía ísica especí ica es la siguien e:
𝑏 =(ℎ−ℎ)−𝑇(𝑠−𝑠) (6)
Donde:
ℎ, en alpía especí ica del en o no de e e encia (kJ/kg).
𝑠, en opía especí ica del en o no de e e encia (kJ/kgK).
𝑇, empe a u a del en o no de e e encia (K).
Pa a gases ideales puede exp esa se como:
𝑏 =(ℎ−ℎ)−𝑅𝑇𝑙𝑛(𝑝/𝑝) (7)
Donde:
𝑝, p esión del lujo (ba ).
𝑝, p esión del en o no de e e encia (ba ).
𝑅, cons an e uni e sal de los gases ideales (kJ/kgK).
Po o o lado, la pa e química pa a una mezcla de gases ideales se de e mina con la siguien e
ecuación:
𝑏 =𝑥·𝑏 +𝑅·𝑇𝑥·𝑙𝑛(𝑥) (8)
Donde:
𝑏, exe gía química mola es ánda de cada elemen o de la mezcla de gases (kJ/kg).
𝑥, acción mola de cada elemen o de la mezcla.
Memo ia Jo ge Luis Rome o Rome o
41 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
Solo se modi ican los es ados 7 y 17 a causa del aumen o de consumo de ACS en in ie no y
desapa ecen es os mismos lujos en ope ación noc u na.
Tabla 10: Resul ados del análisis ene gé ico en el pun o de ope ación nominal du an e el día en in ie no con uel oil – lujos
másicos. Fuen e: Elabo ación p opia.
Flujo
m (kg/s)
T (K)
p (ba )
h (kJ/kmo
l)
s (kJ/kmolK)
7
1,39
540,20
1,0325
-
4108,71
231,18
17
1,42
358,15
4
356,04
1,1334
No a: las en alpías y en opías en colo e de ienen unidades de kJ/kg y kJ/kgK espec i amen e.
11.2. Análisis exe gé ico
En es e apa ado se ecogen los esul ados ob enidos as ealiza el análisis exe gé ico al
sis ema ope ando en los dis in os es ados que de inen su pun o de ope ación nominal y con cada
combus ible. En conc e o, se adjun an las po encias exe gé icas de cada lujo, an o másico
como de po encia, y la des ucción de exe gía de cada equipo.
Se p esen an los esul ados ob enidos pa a el sis ema uncionando en ope ación diu na, an o
en in ie no como en e ano, y noc u na.
Tabla 11: Resul ados del análisis exe gé ico en el pun o de ope ación nominal du an e el día en e ano. Fuen e:
Elabo ación p opia.
Flujo
B (kW)
B
(kW)
B
q
(kW)
B
d
(kW)
1
0
,00
0,00
0,00
-
2
277,42
277,42
0,00
-
3
470,16
470,16
0,00
-
4
1055,00
1045,22
9,78
-
5
498,60
488,82
9,78
-
6
267,53
257,75
9,78
-
7
258,08
248,30
9,78
-
8
723,96
0,39
723,597
-
9
33,77
33,77
0,00
-
10
55,63
55,63
0,00
-
11
48,02
48,02
0,00
-
12
46,69
46,69
0,00
-
13
9,71
9,71
0,00
-
14
16,03
16,03
0,00
-
15
0,52
0,52
0,00
-
16
14,48
14,48
0,00
-
17
17,01
17,01
0,00
-
18
204,08
204,08
0,00
-
19
31,86
31,86
0,00
-
20
168,14
168,14
0,00
-
21
310,71
310,71
0,00
-
Jo ge Luis Rome o Rome o Memo ia
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 42
A
-
-
-
29,48
B
-
-
-
33,32
C
-
-
-
139,13
D
-
-
-
45,42
E
-
-
-
6,93
F
-
-
-
10,00
G
-
-
-
6,36
H
-
-
-
1,33
I
-
-
-
6,59
Figu a 16: Dis ibución po cen ual en e equipos de la des ucción de exe gía del sis ema en ope ación diu na de e ano.
Fuen e: Elabo ación p opia.
En es e caso, ambién se modi ican los lujos 7 y 17 y la des ucción de exe gía en el ecupe ado
de calo ope ando en in ie no.
Tabla 12: Resul ados del análisis exe gé ico en el pun o de ope ación nominal du an e el día en in ie no. Fuen e:
Elabo ación p opia.
Flujo
B (kW)
B
(kW)
B
q
(kW)
B
d
(kW)
7
192,17
182,39
0,00
-
17
32,25
32,25
0,00
-
E
-
-
-
52,69
10,40
13,51
49,07
16,02
2,44 3,53
2,24 0,47 2,32
Po cen aje de des ucción (%) (Vea no Op. Nominal)
Comp eso de ai e
Regene ado
Cáma a de combus ión
Tu bina
Recupe ado de calo
Comp eso de
e ige an e
Condensado
Vál ula de expansión
E apo ado
Memo ia Jo ge Luis Rome o Rome o
43 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
Figu a 17: Dis ibución po cen ual en e equipos de la des ucción de exe gía o al del sis ema en ope ación diu na de
in ie no. Fuen e: Elabo ación p opia.
En ope ación noc u na di ec amen e desapa ecen los lujos 7 y 17, al igual que el ecupe ado
de calo .
Figu a 18: Dis ibución po cen ual en e equipos de la des ucción de exe gía o al del sis ema en ope ación noc u na.
Fuen e: Elabo ación p opia.
9,10
11,83
42,95
14,02
16,27
3,09 0,30 0,41 2,03
Po cen aje de des ucción (%) (In ie no Op. Nominal)
Comp eso de ai e
Regene ado
Cáma a de combus ión
Tu bina
Recupe ado de calo
Comp eso de
e ige an e
Condensado
Vál ula de expansión
10,66
13,85
50,29
16,42
3,61
2,30 0,48 2,38
Po cen aje de des ucción (%) (Noche Op. Nominal)
Comp eso de ai e
Regene ado
Cáma a de combus ión
Tu bina
Recupe ado de calo
Comp eso de e ige an e
Condensado
Vál ula de expansión
Jo ge Luis Rome o Rome o Memo ia
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 44
11.3. Análisis exe goeconómico
En es e apa ado se p esen an los esul ados g á icos ob enidos a a és de la a iación de los
alo es de los pa áme os de op imización, los cual son los siguien es:
Rendimien o isoen ópico del comp eso de gas, nsc.
Rendimien o isoen ópico de la u bina, ns .
Relación de comp esión del comp eso de gas, c.
Tempe a u a de en ada a la cáma a de combus ión, T3.
Tempe a u a de en ada a la u bina, T4.
P esión en el condensado , pG.
P esión en el e apo ado , pI.
Además, se acla a que solo se es udia la e olución del cos e exe goeconómico uni a io de los
p oduc os en el es ado de ope ación diu na en e ano, pues si bien el cos e inal se end á que
calcula conside ando el es o de los es ados de ope ación, la espues a gene al del sis ema
en e a la a iación de los pa áme os de op imización no di e i á, de mane a que las
conclusiones ob enidas es udiando el es ado de e ano son ex apolables al es o de es ados.
A con inuación, se adjun a una abla esumen de los esul ados de cos es exe goeconómicos
o ales y uni a ios en el pun o de ope ación nominal.
Tabla 13: Resumen de esul ados del análisis exe goeconómico en e ano. Fuen e: Elabo ación p opia.
Flujo
c (c$/kWh)
∏
($/h)
1
0
0
2
112,15
311,14
3
98,90
464,99
4
61,76
651,52
5
61,76
307,91
6
61,76
165,22
7
61,76
159,37
8
3,00
21,70
Memo ia Jo ge Luis Rome o Rome o
45 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
9
131,44
44,39
10
127,79
71,09
11
127,79
61,37
12
131,44
61,37
13
0,00
0,00
14
105,89
16,98
15
0,00
0,00
16
67,14
9,72
17
110,14
18,73
18
82,13
167,62
19
83,81
26,70
20
83,81
140,92
21
82,13
252,07
11.3.1. Va iación indi idual de pa áme os
Figu a 19: E olución del cos e uni a io de los p oduc os espec o al endimien o isoen ópico del comp eso de ai e en
ope ación diu na de e ano. Fuen e: Elabo ación p opia.
0,8602
0,8
0,85
0,9
0,95
1
1,05
1,1
1,15
1,2
1,25
1,3
0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1
cp($/kWh)
nsc (adim)
Rendimien o Isoen ópico del Comp eso de Ai e
Jo ge Luis Rome o Rome o Memo ia
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 46
Figu a 20: E olución del cos e uni a io de los p oduc os espec o al endimien o isoen ópico de la u bina en ope ación
diu na de e ano. Fuen e: Elabo ación p opia.
Figu a 21: E olución del cos e uni a io de los p oduc os espec o a la p esión en el condensado en ope ación diu na de
e ano. Fuen e: Elabo ación p opia.
0,8457
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1
cp($/kWh)
ns (adim)
Rendimien o Isoen ópico de la Tu bina de Gas
0,878
0,87
0,871
0,872
0,873
0,874
0,875
0,876
0,877
0,878
0,879
7,55 8,05 8,55 9,05 9,55 10,05 10,55 11,05 11,55 12,05
cp($/kWh)
ph(ba )
P esión en el Condensado
Memo ia Jo ge Luis Rome o Rome o
47 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
Figu a 22: E olución del cos e uni a io de los p oduc os espec o a la p esión en el e apo ado en ope ación diu na de
e ano. Fuen e: Elabo ación p opia.
Figu a 23: E olución del cos e uni a io de los p oduc os espec o a la elación de comp esión en ope ación diu na de
e ano. Fuen e: Elabo ación p opia.
0,878
0,87
0,871
0,872
0,873
0,874
0,875
0,876
0,877
0,878
0,879
1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4
cp($/kWh)
pj(ba )
P esión en el E apo ado
0,8738
0,872
0,874
0,876
0,878
0,88
0,882
0,884
0,886
0,888
0,89
3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5
cp($/kWh)
c(K)
Relación de Comp esión
Jo ge Luis Rome o Rome o Memo ia
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 48
Figu a 24: E olución del cos e uni a io de los p oduc os espec o a la empe a u a de en ada a la cáma a en ope ación
diu na de e ano. Fuen e: Elabo ación p opia.
Figu a 25: E olución del cos e uni a io de los p oduc os espec o a la empe a u a de en ada a la u bina en ope ación
diu na de e ano. Fuen e: Elabo ación p opia.
0,8366
0,83
0,84
0,85
0,86
0,87
0,88
0,89
0,9
0,91
740 760 780 800 820 840 860 880 900 920
cp($/kWh)
T3(K)
Tempe a u a de En ada a la Cáma a
0,8521
0,7938
0,78
0,8
0,82
0,84
0,86
0,88
0,9
0,92
0,94
0,96
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900
cp($/kWh)
T4(K)
Tempe a u a de En ada a la Tu bina
Pun os ojos ienen una
elación ai e-combus ible
no álida
Memo ia Jo ge Luis Rome o Rome o
49 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
11.3.2. Va iación de pa áme os po pa ejas
Figu a 26: E olución del cos e uni a io de los p oduc os espec o al endimien o isoen ópico del comp eso de ai e y la
elación de comp esión en ope ación diu na de e ano. Fuen e: Elabo ación p opia.
Figu a 27: E olución del cos e uni a io de los p oduc os espec o al endimien o isoen ópico del comp eso de ai e y la
empe a u a de en ada a la cáma a en ope ación diu na de e ano. Fuen e: Elabo ación p opia.
0,8607
0,8
0,85
0,9
0,95
1
1,05
1,1
1,15
3,8 4,3 4,8 5,3 5,8 6,3
cp($/kWh)
c(adim)
Rendimien o Isoen ópico del Comp eso de Ai e/Relación de
Comp esión
0,64
0,69
0,74
0,79
0,84
0,89
0,94
0,8266
0,8
0,85
0,9
0,95
1
1,05
1,1
1,15
740 760 780 800 820 840 860 880 900 920 940
cp($/kWh)
T3(K)
Rendimien o Isoen ópico del Comp eso de Ai e/Tempe a u a
de En ada a la Cáma a
0,64
0,69
0,74
0,79
0,84
0,89
0,94
Jo ge Luis Rome o Rome o Memo ia
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 50
Figu a 28: E olución del cos e uni a io de los p oduc os espec o al endimien o isoen ópico del comp eso de ai e y la
empe a u a de en ada a la u bina en ope ación diu na de e ano. Fuen e: Elabo ación p opia.
Figu a 29: E olución del cos e uni a io de los p oduc os espec o al endimien o isoen ópico de la u bina y la empe a u a
de en ada a la u bina en ope ación diu na de e ano. Fuen e: Elabo ación p opia.
0,8444
0,78
0,83
0,88
0,93
0,98
1050 1150 1250 1350 1450 1550 1650 1750 1850 1950
cp($/kWh)
T4(K)
Rendimien o Isoen ópico del Comp eso de Ai e/Tempe a u a
de En ada a la Tu bina
0,64
0,69
0,74
0,79
0,84
0,89
0,94
Pun os a pa i de un pun o
ojo (incluido) ienen una
elación ai e-combus ible
no álida
0,833
0,75
0,85
0,95
1,05
1,15
1,25
1050 1150 1250 1350 1450 1550 1650 1750 1850 1950
cp($/kWh)
T4(K)
Rendimien o Isoen ópico de la Tu bina/Tempe a u a de
En ada a la Tu bina
0,64
0,69
0,74
0,79
0,84
0,89
0,94
Pun os a pa i de un pun o
ojo (incluido) ienen una
elación ai e-combus ible
no álida
Memo ia Jo ge Luis Rome o Rome o
57 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
ele ado el cos e empezase a aumen a debido al aumen o del cos e de adquisición del equipo,
en es e caso solo se ha es udiado es e pa áme o has a un alo de 6, debido a que es e pa áme o
es á es ingido en mic o u bina a causa del aumen o de amaño del equipo que una ele ada
elación de comp esión supone. No obs an e, lo que sí se puede ap ecia es como la elocidad
a la que se educe el cos e desciende con o me aumen a la elación de comp esión.
Respec o a las empe a u as de en ada a cáma a y u bina (Figu as 24 y 25), en el p ime caso
el compo amien o es pa ecido al de los endimien os, pues los cos es son ele ados pa a
empe a u as de en ada a u bina bajas, debido a que se necesi a una mayo can idad de
combus ible pa a alcanza la empe a u a de en ada a u bina deseada, se educe has a alcanza
un mínimo y empieza a c ece debido a que el amaño del egene ado necesa io pa a ob ene
una empe a u a an al a a ec a no ablemen e al cos e de los p oduc os.
En el caso de la empe a u a de en ada a u bina la endencia es pa ecida, empe a u as muy
bajas suponen emplea mayo es caudales pa a p oduci una de e minada po encia, lo que
aumen a el cos e, y a pa i de un de e minado alo , el mínimo, aumen a la empe a u a supone
aumen a conside ablemen e el cos e de la u bina a causa de las empe a u as que deben
sopo a los álabes. Además, en el caso de la empe a u a de en ada a u bina exis e un pun o
a pa i del cual la elación ai e-combus ible ob enida no es á den o del ango de alo es
acep ables, pues pa a ob ene empe a u a an ele adas es necesa io apo a una mayo can idad
de combus ible, lo que educe es a elación. De es a mane a, si bien como es sabido mayo es
empe a u as de en ada a u bina mejo an el desempeño de es os equipos y educen el cos e de
los p oduc os, el diseño se e limi ado po azones écnicas an o de ab icación como de
ope ación.
12.3.2. Va iación de pa áme os po pa ejas
T as ealiza es e análisis, se comp ueba que los compo amien os es udiados de o ma
indi idual ambién se en e lejados en el es udio po pa ejas. Po an o, se concluye que el
meno cos e se ob iene al ac ua sob e las empe a u as de en ada a cáma a y u bina, en
conc e o pa a alo es de 900 K y 1400 K espec i amen e. Es o es lo que cab ía espe a ,
eniendo en cuen a que la cáma a de combus ión es el equipo que más exe gía des uye, po lo
que ac uando sob e es e es ob iene la mayo educción. Me ece la pena des aca que es e
Jo ge Luis Rome o Rome o Memo ia
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 58
esul ado se ob iene incluso eniendo una g an pa e de los pun os de ope ación es udiados
es ingidos po el ango de alo es acep able pa a la elación ai e-combus ible.
Po an o, se concluye a aíz de es os es udios que el pun o de ope ación que meno cos e
exe goeconómico de los p oduc os gene a se consigue modi icando la empe a u a de en ada
a la cáma a a 900 K, la empe a u a de en ada a la u bina a 1400 K, el endimien o isoen ópico
del comp eso al 92 % y el endimien o isoen ópico de la u bina al 93 %.
Memo ia Jo ge Luis Rome o Rome o
59 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
13. Conclusiones
En de ini i a, ac uando sob e la cáma a de combus ión, la u bina y el comp eso se ha
conseguido educi el cos e exe goeconómico de p oduc o o al desde una media anual de 88,7
c$/kWh, conside ando los es ados diu nos de e ano (87,8 c$/kWh) e in ie no (81,6 c$/kWh)
y noc u no (94,2 c$/kWh), has a una media anual de 79,6 c$/kWh, conside ando ambién los
es ados diu nos de e ano (78,5 c$/kWh) e in ie no (73,1 c$/kWh) y noc u no (84,9 c$/kWh),
lo cual supone una educción de ap oximadamen e el 10 %.
Analizando los esul ados pa a cada es ado y las medias anuales esul an es, se puede obse a
como la ope ación noc u na del sis ema iene un impo an e e ec o nega i o sob e el cos e inal
medio de los p oduc os, pues es e es el es ado en el que más iempo es á el sis ema, ya que es
cons an e a lo la go del año, y el que mayo cos e iene, debido a que no se es á ecupe ando el
calo que aún conse an los gases de escape de la mic o u bina.
Pa a soluciona es e p oblema, se ía in e esan e conside a la implemen ación de un sis ema de
desalinización po calo que ope ase únicamen e po la noche. De es a mane a, se ap o echa ía
el calo esidual de los gases de escape de la mic o u bina an o po el día como po la noche,
además de que se educi ían los gas os de agua de ed del ho el, con lo que se consegui ía
educi aún más el cos e exe goeconómico uni a io de los p oduc os del sis ema.
En el pun o de ope ación inal, el sis ema iene un endimien o é mico del 33,6 % sin conside a
la ecupe ación de calo , mayo que el máximo que el ab ican e Caps one indica pa a el modelo
de mic o u bina en el que se ha basado el sis ema (31 %), una elación de abajos del 231 % y
una elación ai e-combus ible de 60,26, la cual es á den o del ango de alo es conside ado
como acep able. Si se conside a la ecupe ación de calo , el endimien o asciende has a 36,15
% en e ano y 62,2 % en in ie no. También se mejo a la e iciencia del egene ado , la cual
asciende has a un 84,8 %.
En cuan o a la des ucción de exe gía o al del sis ema, se consigue educi de 283,56 a kW a
159,32 kW po el día en e ano, 323,94 kW a 187,12 kW po el día en in ie no y de 276,63
kW a 154,22 kW po la noche, lo que supone unas educciones del 46,8 %, 42,2 % y 44,3 %
espec i amen e. Además, la nue a dis ibución po cen ual de la des ucción en e equipos si úa
Jo ge Luis Rome o Rome o Memo ia
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 60
a la cáma a al ededo del 60 %, consecuencia de la impo an e educción de la des ucción del
comp eso de ai e y de la u bina.
Figu a 36: Compa a i a de des ucción de exe gía en e pun os de ope ación en e ano. Fuen e: Elabo ación p opia.
Figu a 37: Dis ibución po cen ual de la des ucción de exe gía en ope ación con cos e educido en e ano. Fuen e:
Elabo ación p opia.
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
160,00
Des ucción de Exe gía (kW)
Compa a i a de Des ucción de Exe gía en e Pun os de
Ope ación en Ve ano
Ope ación Nominal Ope ación con Cos es Reducidos
3,82
11,32
57,75
8,67
3,20 6,28
3,99 0,83 4,14
Po cen aje de des ucción (%) (Ve ano Cos e Reducido)
Comp eso de ai e
Regene ado
Cáma a de combus ión
Tu bina
Recupe ado de calo
Comp eso de
e ige an e
Condensado
Vál ula de expansión
Memo ia Jo ge Luis Rome o Rome o
61 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
Figu a 38: Compa a i a de des ucción de exe gía en e pun os de ope ación en in ie no. Fuen e: Elabo ación p opia.
Figu a 39: Dis ibución po cen ual de la des ucción de exe gía en ope ación con cos e educido en in ie no. Fuen e:
Elabo ación p opia.
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
160,00
Des ucción de Exe gía (kW)
Compa a i a de Des ucción de Exe gía en e Pun os de
Ope ación en In ie no
Ope ación Nominal Ope ación con Cos es Reducidos
3,25
9,64
49,17
7,39
20,46
5,34
0,52
0,71 3,52
Po cen aje de des ucción (%) (In ie no Cos e Reducido)
Comp eso de ai e
Regene ado
Cáma a de
combus ión
Tu bina
Recupe ado de
calo
Comp eso de
e ige an e
Condensado
Vál ula de
expansión
E apo ado
Jo ge Luis Rome o Rome o Memo ia
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 62
Figu a 40: Compa a i a de des ucción de exe gía en e pun os de ope ación po la noche. Fuen e: Elabo ación p opia.
Figu a 41: Dis ibución po cen ual de la des ucción de exe gía en ope ación con cos e educido po la noche. Fuen e:
Elabo ación p opia.
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
160,00
Des ucción de Exe gía (kW)
Compa a i a de Des ucción de Exe gía en e Pun os de
Ope ación po la Noche
Ope ación Nominal Ope ación con Cos es Reducidos
3,94
11,69
59,66
8,96
6,48
4,12 0,86
4,27
Po cen aje de des ucción (%) (Noche Cos e Reducido)
Comp eso de ai e
Regene ado
Cáma a de
combus ión
Tu bina
Recupe ado de
calo
Comp eso de
e ige an e
Condensado
Vál ula de
expansión
Memo ia Jo ge Luis Rome o Rome o
63 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
Finalmen e, se concluye que se ha conseguido diseña un sis ema de cogene ación capaz de
sa is ace po comple o las necesidades de clima ización y ACS, siendo ambién capaz de
sa is ace la demanda en la ho a pico de es a úl ima, a la ez que educe la ac u a eléc ica del
ho el, pudiendo suminis a al ededo del 50 % de la demanda eléc ica o al del edi icio y se
ha alcanzado una conside able educción del cos e de los p oduc os del sis ema a a és del
ajus e de sus pa áme os de ope ación, suponiendo es a un aho o o al anual de 139648 $/año
po módulo. Además, se ha comp obado que los sis emas de comp esión cumplen con las
condiciones necesa ias pa a se conside adas como uen e eno able en cuan o a la p oducción
de ACS, pudiendo con abiliza de ca a a cumpli con el equisi o de apo e mínimo sola de
ACS.
Jo ge Luis Rome o Rome o Memo ia
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 64
14. Conclusions
In sho , by ac ing on he combus ion chambe , he u bine and he comp esso , i has been
possible o educe he exe goeconomic cos o he o al p oduc om an annual a e age o 88,7
c$/kWh, conside ing he day ime condi ions o summe (87,8 c$/kWh) and win e (81,6
c$/kWh) and nigh (94,2 c$/kWh), down o an annual a e age o 79,6 c$/kWh, also conside ing
he day ime s a es o summe (78,5 c$/kWh) and win e (73,1 c$/kWh) and nigh (84,9
c$/kWh), which ep esen s a educ ion o app oxima ely 10%.
Analyzing he esul s o each s a e and he esul ing annual a e ages, i can be seen how he
nigh - ime ope a ion o he sys em has a signi ican nega i e e ec on he a e age inal cos o
he p oduc s, since his is he s a e in which he sys em ope a es he mos , because is cons an
h oughou he yea , and he one ha has he highes cos , because he hea s ill e ained by he
exhaus gases om he mic o u bine is no being eco e ed.
To sol e his p oblem, i would be in e es ing o conside he implemen a ion o a hea
desalina ion sys em ha ope a es only a nigh . In his way, he esidual hea om he exhaus
gases o he mic o u bine would be used bo h du ing he day and a nigh , in addi ion o educing
he ho el's wa e cos s, he eby educing he cos e en mo e.
A he inal ope a ing poin , he sys em has a he mal e iciency o 33,6 % wi hou conside ing
hea eco e y, highe han he maximum ha he manu ac u e Caps one indica es o he
mic o u bine model on which he sys em has been based (31 %), a powe a io o 231 % and an
ai - uel a io o 60,26, which is wi hin he ange o alues conside ed accep able. I hea
eco e y is conside ed, he yield ises o 36,15% in summe and 62,2% in win e . The
egene a o e iciency is also imp o ed, which ises o 84,8%.
Rega ding he des uc ion o o al exe gy o he sys em, i is possible o educe om 283,56 kW
o 159,32 kW in summe , 323,94 kW o 187,12 kW in win e and om 276.63 kW o 154.22
kW a nigh , which ep esen s educ ions o 46,8%, 42,2% and 44,3% espec i ely. In addi ion,
he new pe cen age dis ibu ion o des uc ion be ween equipmen places he chambe a ound
60 %, a consequence o he signi ican educ ion in des uc ion o he ai comp esso and he
u bine.
Memo ia Jo ge Luis Rome o Rome o
65 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
Finally, i is concluded ha i has been possible o design a cogene a ion sys em capable o ully
sa is ying he needs o ai condi ioning and DHW, being also capable o mee ing he demand
a peak hou o he la e , while educing he ho el's elec ici y bill, being able o supply a ound
50 % o he o al elec ical demand o he building and a conside able educ ion in he cos o
he sys em's p oduc s has been achie ed h ough he adjus men o i s ope a ing pa ame e s,
assuming a o al annual sa ing o 139648 $/yea pe module. In addi ion, i has been e i ied
ha he comp ession sys ems mee he necessa y condi ions o be conside ed as a enewable
sou ce in e ms o DHW p oduc ion, being able o coun owa ds mee ing he equi emen o
minimum DHW sola con ibu ion.
Jo ge Luis Rome o Rome o Memo ia
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 66
15. Bibliog a ía
[1] Guía écnica de agua calien e sani a ia, Asociación Técnica Española de
Clima ización y Re ige ación, 2010.
[2] I. A naba . (2020, 10 de mayo). Tablas de consumo en las ins alaciones de agua
calien e sani a ia [Online]. Disponible: Tablas de consumo en las ins alaciones de agua
calien e sani a ia - calo y io.com
[3] In e na ional Ene gy Agency [Online]. Disponible: IEA – In e na ional Ene gy
Agency
[4] M. J, Mo an, y H. N. Shapi o, Fundamen als o Enginee ing The modynamics.
Cua a edición. USA: Re e é, 2004.
[5] A. Bejan, G. Tsa sa onis y M. Mo an, The mal design and op imiza ion. P ime a
edición. Canada: Wiley-In e science, 1996.
[6] Ca álogo No. 460045 Re D (July 2009), Model C200 – Caps one Mic o u bine,
Caps one Tu bine Co po a ion, Cha swo h.
[7] Caps one G een Ene gy [Online]. Disponible: Caps one G een Ene gy Co po a ion
(CGRN)
[8] GF Ho eles [Online]. Disponible: GF GRAN COSTA ADEJE ***** Tene i e Su |
Web O icial (g ho eles.com)
[9] Al a La al [Online]. Disponible: Al a La al - Spain
[10] J. Fe nández Luzu iaga, “Simulación dinámica y aplicación de la e moeconomía
en un edi icio del sec o e cia io”, T abajo Fin de Más e , Depa amen o de Máquinas
y Mo o es Té micos, UPV, 2016.
[11] Código écnico de la edi icación, Documen o Básico HE, 2019.
Anexo: Cálculos Jo ge Luis Rome o Rome o
5 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
1. In oducción
En el p esen e documen o se ecogen los p ocedimien os y ecuaciones empleados pa a ob ene
los esul ados p esen ados en el documen o Memo ia, an o pa a los es análisis p incipales
ealizados como pa a o as comp obaciones que se han enido en cuen a, como son la
comp obación de que la ins alación puede abas ece al ho el de Agua Calien e Sani a ia (ACS)
en la ho a pico de demanda o de que los sis emas de comp esión empleados cumplen las
condiciones necesa ias pa a se conside ados como eno ables de ca a a con abiliza su
apo ación en la apo ación mínima sola de ACS.
Jo ge Luis Rome o Rome o Anexo: Cálculos
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 6
2. Análisis ene gé ico
Como se indica en el documen o Memo ia, el obje i o de es e análisis es de e mina las
p opiedades e modinámicas de odos los lujos que in e ienen en el sis ema, de mane a que
se engan es os es ados comple amen e de inidos, pe o ambién pa a pode calcula algunos de
los pa áme os que miden el desempeño de es os sis emas. En los siguien es apa ados se de alla
el p ocedimien o seguido pa a la ealización de es e es udio.
2.1. Hipó esis de abajo
Tan o pa a es e análisis como pa a los siguien es, las hipó esis de abajo de las que se pa e son
las siguien es:
El sis ema ope a en condición de égimen es aciona io.
Las condiciones del ambien e de e e encia son 25 ºC y 1 a m.
Tan o ai e como gases p oduc o de la combus ión son conside ados como mezclas de
gases ideales.
No exis en a iaciones de ene gía ciné ica y po encial en el sis ema.
Los equipos uncionan de o ma adiabá ica.
La eacción de combus ión en la cáma a es comple a, po lo que no exis e monóxido de
ca bono ni hid oca bu os en los gases p oduc o de la combus ión.
El ni ógeno en el ai e ac úa como gas ine e, es deci , no se p oducen óxidos de
ni ógeno.
No exis en pé didas de ca ga en el sis ema de comp esión.
El ai e es á compues o po 20,59 % de oxígeno, 77,48 % de ni ógeno, 0,03 % de
dióxido de ca bono y 1,9 % de agua.
Anexo: Cálculos Jo ge Luis Rome o Rome o
7 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
2.2. De e minación de p opiedades e modinámicas de lujo
La ob ención de las p incipales p opiedades e modinámicas de los lujos que in e ienen en el
sis ema, en conc e o en alpías, en opías y p esiones, es as úl imas solo pa a los es ados
sa u ados en el sis ema de comp esión, p o ienen de las ablas que se encuen an en las
e e encias [1] y [6].
Sin emba go, pues o que en es e caso se desea esol e el sis ema de al mane a que odos los
pa áme os del mismo a íen de o ma au omá ica al cambia cie os alo es de pa ida, pues o
que la esolución a mano de los cálculos ha de se asladada al so wa e Oc a e pa a gene a
los esul ados g á icos que se p esen an en el documen o Memo ia, empleando el p og ama
Excel se han gene ado ecuaciones basadas en es as ablas que p opo cionan esul ados con un
e o in e io al 2 % en odos los casos.
En conc e o, es as ecuaciones dependen de la empe a u a pa a odos los elemen os
conside ados como gases ideales (oxígeno, ni ógeno, dióxido de ca bono, apo de agua), pe o
ambién pa a los es ados sa u ados del e ige an e R-134a en el sis ema de comp esión. En el
caso de los es ados de líquido suben iado, an o del agua como del e ige an e, se han
ap oximado po el es ado de líquido sa u ado a la misma empe a u a, mien as que pa a el
e ige an e en es ado de apo sob ecalen ado ha sido necesa io gene a una ecuación pa a
cada p esión conside ada de es udio.
A con inuación, se adjun an algunos ejemplos de las g á icas gene adas en cada caso a pa i de
las ablas, con las que se ob ienen las ecuaciones buscadas.
Jo ge Luis Rome o Rome o Anexo: Cálculos
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 8
Figu a 1: G á ica pa a la ob ención de la en alpía especí ica del dióxido de ca bono como una unción de la empe a u a.
Fuen e: Elabo ación p opia.
Figu a 2: G á ica pa a la ob ención de la en opía especí ica del agua en es ado de líquido sa u ado como unción de la
empe a u a. Fuen e: Elabo ación p opia.
y = 0,0102x2+ 34,216x - 1800,9
R² = 0,9999
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
h (kJ/kmol)
T (K)
En alpía del dióxido de ca bono
En alpía (kJ/kmol) Polinómica (En alpía (kJ/kmol))
y = -2E-05x2+ 0,015x + 0,0028
R² = 1
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 20 40 60 80 100 120
s (kJ/kgK)
T (ºC)
En opía del agua en es ado de líquido sa u ado
En opía (kJ/kgK) Polinómica (En opía (kJ/kgK))
Anexo: Cálculos Jo ge Luis Rome o Rome o
9 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
Figu a 3: G á ica pa a la ob ención de la en alpía especí ica del e ige an e en es ado de apo sa u ado como unción de
la empe a u a. Fuen e: Elabo ación p opia.
Figu a 4: G á ica pa a la ob ención de la en alpía del e ige an e en es ado de apo sob ecalen ado a una p esión de 3,4
ba . Fuen e: Elabo ación p opia.
y = -2E-05x3- 0,002x2+ 0,6211x + 251,68
R² = 0,9955
0
50
100
150
200
250
300
-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100
h (kJ/kg)
T (ºC)
En alpía del e ige an e en es ado de apo sa u ado
En alpía (kJ/kg) Polinómica (En alpía (kJ/kg))
y = 0,9291x + 248,47
R² = 0,9998
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 20 40 60 80 100 120
h (kJ(kg)
T (ºC)
En alpía del e ige an e en es ado de apo sob ecalen ado
pa a una p esión de 3,4 ba
En alpía (kJ/kg) Lineal (En alpía (kJ/kg))
Jo ge Luis Rome o Rome o Anexo: Cálculos
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 10
En el caso del e ige an e y del agua, las en alpías y en opías se pueden ob ene de o ma
di ec a empleando las ecuaciones que p opo cionan las g á icas. Sin emba go, pa a los lujos
en la mic o u bina, p incipalmen e ai e y gases p oduc o de la combus ión, al se mezclas de
gases el p oceso iene algunos pasos ex a.
Pa a la en alpía, p ime o se debe calcula la en alpía de los elemen os que o man la mezcla de
gases, pa a luego calcula la del lujo siguiendo la siguien e exp esión:
ℎ
𝑥=𝑥
·ℎ
(1)
Donde:
ℎ
𝑥, en alpía especí ica del lujo mezcla de gases ideales (kJ/kmol).
ℎ
, en alpía especí ica de cada elemen o que o ma el lujo (kJ/kmol).
𝑥, acción mola de cada elemen o que o ma el lujo.
Pa a la en opía, pues o que la que se ob iene con las ecuaciones de las g á icas es la en opía
mola es ánda , p ime o se calcula la en opía mola es ánda del lujo en cues ión con una
ecuación simila a la u ilizada pa a la en alpía.
𝑠𝑥º=𝑥
·𝑠º (2)
Donde:
𝑠𝑥º, en opía es ánda del lujo mezcla de gases ideales (kJ/kmolK).
𝑠º, en opía es ánda de cada elemen o que o ma el lujo (kJ/kmolK).
A con inuación, se emplea la siguien e exp esión pa a calcula la en alpía especí ica del lujo:
Anexo: Cálculos Jo ge Luis Rome o Rome o
11 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
𝑠=𝑠
º−𝑅
·ln𝑝
𝑝 (3)
Donde:
𝑠, en opía especí ica del lujo mezcla de gases ideales (kJ/kmolK).
𝑝, p esión a la que se encuen a el lujo (ba ).
𝑝, p esión en las condiciones del ambien e de e e encia (ba ).
𝑅
, cons an e uni e sal de los gases ideales (kJ/kmolK).
De es a mane a, se pueden ob ene las en alpías y en opías de odos los lujos p esen es en el
sis ema una ez que se conoce su empe a u a, a excepción del e ige an e en es ado de apo
sob ecalen ado, pa a el cual ambién es necesa io conoce la p esión.
2.3. Análisis de la cáma a de combus ión
Como se puede obse a al es udia las ecuaciones p esen adas en el apa ado an e io , pa a
pode calcula las en alpías y en opías de los lujos mezcla de gases ideales p esen es en la
mic o u bina, es indispensable conoce la composición de dicha mezcla. Pa a el ai e es a
composición es conocida, pe o no pa a los gases p oduc o de la combus ión. Pa a ob ene es a
úl ima, se ealiza un es udio de la eacción de combus ión que ocu e en la cáma a.
Realizando un balance de ma e ia en la mic o u bina al comple o se ob iene que:
𝑛
+𝑛
=𝑛
(4)
Donde:
𝑛
, caudal mola de combus ible (kmol/s).
𝑛
, caudal mola de ai e (kmol/s).
Jo ge Luis Rome o Rome o Anexo: Cálculos
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 12
𝑛
, caudal mola de gases p oduc o de la combus ión (kmol/s).
Sabiendo que:
𝜆=𝑛
𝑛
(5)
Donde:
𝜆, elación combus ible-ai e mola .
Se puede eesc ibi la ecuación 4 como:
𝑛
=1+𝜆 (6)
T asladando es o a la eacción de combus ión, ajus ándola y sabiendo que el combus ible
empleado es uel oil, se ob iene lo siguien e:
𝜆∙ 𝐶𝐻+𝑥·𝑁 + 𝑥·𝑂 + 𝑥·𝐶𝑂 + 𝑥·𝐻𝑂
→1+𝜆
∙ 𝑥, ∙ 𝑁 + 𝑥, ∙ 𝑂 + 𝑥, ∙ 𝐶𝑂 + 𝑥, ∙ 𝐻𝑂 (7)
Donde:
𝑥, acción mola de ni ógeno en el ai e.
𝑥, acción mola de oxígeno en el ai e.
𝑥, acción mola de dióxido de ca bono en el ai e.
𝑥, acción mola de apo de agua en el ai e.
𝑥,, acción mola de ni ógeno en los gases p oduc o de la combus ión.
Anexo: Cálculos Jo ge Luis Rome o Rome o
13 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
𝑥,, acción mola de oxígeno en los gases p oduc o de la combus ión.
𝑥,, acción mola de dióxido de ca bono en los gases p oduc o de la combus ión.
𝑥,, acción mola de apo de agua en los gases p oduc o de la combus ión.
Se plan ean balances de masa elemen o a elemen o según la eacción desc i a y se ob ienen
exp esiones pa a las acciones mola es de los gases p oduc o de la combus ión, las cuales se
p esen an a con inuación:
𝑥, =𝑥
1+𝜆 (8)
𝑥, =𝑥+𝑥+𝑥
2
1+𝜆 (9)
𝑥. =12·𝜆+𝑥
1+𝜆 (10)
𝑥, =13·𝜆+𝑥
1+𝜆 (11)
No obs an e, pa a pode calcula las es as acciones mola es es necesa io conoce la elación
combus ible-ai e, la cual se calcula a a és de un balance de ene gía en la cáma a de
combus ión, esul ando la siguien e exp esión:
𝜆·ℎ
+ℎ
−1+𝜆·ℎ
=0 (12)
Donde:
ℎ
, en alpía especí ica del combus ible en la en ada a la cáma a de combus ión
(kJ/kmol).
ℎ
, en alpía especí ica del ai e en la en ada a la cáma a de combus ión (kJ/kmol).
Jo ge Luis Rome o Rome o Anexo: Cálculos
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 14
ℎ
, en alpía especí ica de los gases p oduc o de la combus ión a la salida de la cáma a
de combus ión (kJ/kmol).
Figu a 5: Volumen de con ol pa a el balance de ene gía en la cáma a de combus ión. Fuen e: Elabo ación p opia.
Pues o que las empe a u as de los es ados 3 y 4 son da os de pa ida, se puede ob ene la
elación combus ible-ai e de es a úl ima exp esión y, con ella, las acciones mola es de los
gases p oduc o de la combus ión.
2.4. Análisis del conjun o comp eso - u bina
Con es e análisis se p e ende de e mina odos los caudales que in e ienen en la mic o u bina,
así como la po encia que consume el comp eso y la que gene a la u bina. Pa a ello se plan ea
un balance de ene gía en el conjun o comp eso - u bina y se di ide la exp esión al comple o
en e el caudal mola de ai e pa a ob ene lo siguien e:
−𝑊
𝑛+ℎ
−ℎ
+1+𝜆·ℎ
−ℎ
=0 (13)
Donde:
ℎ
, en alpía especí ica del ai e en la en ada al comp eso (kJ/kmol).
ℎ
, en alpía especí ica del ai e a la salida del comp eso (kJ/kmol).
ℎ
, en alpía especí ica de los gases p oduc o de la combus ión a la salida de la u bina
(kJ/kmol).
𝑊, po encia ne a p oducida po la mic o u bina (kW).
Anexo: Cálculos Jo ge Luis Rome o Rome o
21 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
ℎ, en alpía especí ica del es ado 9 (kJ/kg).
Despejando el e ige an e en cada ecuación e igualándolas se ob iene la siguien e exp esión:
𝑄
(ℎ−ℎ)=𝑄
(ℎ−ℎ) (27)
De es a mane a, siendo da os conocidos los calo es cedidos en condensado y e apo ado , se
puede despeja la en alpía especí ica del es ado 10 y, con ella, conoce el es o de las
p opiedades del es ado.
Figu a 9: Volumen de con ol pa a el balance de ene gía en el ci cui o de e ige an e del e apo ado . Fuen e: Elabo ación
p opia.
Figu a 10: Volumen de con ol pa a el balance de ene gía en el ci cui o de e ige an e del condensado . Fuen e:
Elabo ación p opia.
Pa a los lujos de agua 13, 14 y 15 se conocen sus empe a u as, po lo que se puede calcula el
es o de sus p opiedades de o ma di ec a, mien as que pa a el lujo 16 es necesa io ealiza un
balance de exe gía en el condensado , en es e caso conside ando an o el ci cui o de e ige an e
como el de agua, ob eniendo la siguien e exp esión:
𝑚 ·(ℎ−ℎ)=𝑚·(ℎ−ℎ) (28)
Donde:
𝑚, caudal másico de agua calien e (kg/s).
Jo ge Luis Rome o Rome o Anexo: Cálculos
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 22
ℎ, en alpía especí ica del agua calien e en el es ado 16 (kJ/kg).
ℎ, en alpía especí ica del agua calien e en el es ado 15 (kJ/kg).
Figu a 11: Volumen de con ol pa a el balance de ene gía en el condensado comple o. Fuen e: Elabo ación p opia.
El caudal de agua calien e es un da o conocido, pues iene ijado po la demanda del ho el,
mien as que el caudal de e ige an e se puede ob ene de la ecuación 25, pudiéndose calcula
la en alpía del es ado 16 y, con ella, el es o de las p opiedades e modinámicas de es e lujo.
Po úl imo, se ealizan dos balances de ene gía en el ecupe ado de calo pa a calcula la
empe a u a de salida de los gases de escape de la mic o u bina y la empe a u a del agua a la
salida de es e equipo.
𝑄 =𝑛·ℎ
−ℎ
(29)
Donde:
𝑄, calo ecupe ado en el ecupe ado de calo (kW).
ℎ
, en alpía especí ica mola de los gases p oduc o de la combus ión a la salida del
ecupe ado de calo (kJ/kmol).
Figu a 12: Volumen de con ol pa a el balance de ene gía en el ci cui o de gas del ecupe ado de calo . Fuen e:
Elabo ación p opia.
𝑄 =𝑚 ·(ℎ−ℎ) (30)
Anexo: Cálculos Jo ge Luis Rome o Rome o
23 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
Donde:
ℎ, en alpía especí ica del agua calien e a la salida del ecupe ado de calo (kJ/kg).
Figu a 13: Volumen de con ol pa a el balance de ene gía en el ci cui o de agua calien e. Fuen e: Elabo ación p opia.
Pues o que el calo ecupe ado en el ecupe ado de calo es un da o, se pueden ob ene las
en alpías de salida de los gases p oduc o de la combus ión y del agua calien e.
2.7. Pa áme os de desempeño
Se calcula el endimien o global eléc ico de la mic o u bina, la e iciencia del egene ado y la
elación de abajos según las siguien es exp esiones:
𝜂=𝑊
𝑚·𝑃𝐶𝐼 (31)
Donde:
𝜂, endimien o eléc ico de la mic o u bina.
𝑚, caudal másico de combus ible (kg/s).
𝑃𝐶𝐼, pode calo í ico in e io del combus ible (kJ/kg),
𝐸 =𝑇−𝑇
𝑇−𝑇 (32)
Donde:
𝐸, e iciencia del egene ado .
Jo ge Luis Rome o Rome o Anexo: Cálculos
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 24
𝑇, empe a u a del ai e a la salida del egene ado (K).
𝑇, empe a u a del ai e a la salida del comp eso (K).
𝑇, empe a u a de los gases p oduc o de la combus ión a la salida del egene ado (K).
𝑟=𝑊
𝑊 (33)
Donde:
𝑟, elación de abajos.
Anexo: Cálculos Jo ge Luis Rome o Rome o
25 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
3. Análisis exe gé ico
Una ez e minado el análisis ene gé ico, se p ocede a de e mina las po encias exe gé icas
asociadas a cada uno de los lujos, an o másicos como de po encias mecánicas y é micas, y a
calcula la des ucción de exe gía p oducida en cada equipo.
3.1. Exe gías de lujo
La po encia exe gé ica de un lujo másico consis e en dos é minos: la exe gía ísica y la
química, como se mues a en la siguien e exp esión en é minos absolu os:
𝐵=𝐵 +𝐵 (34)
Donde:
𝐵, exe gía o al (kW).
𝐵, exe gía ísica (kW).
𝐵, exe gía química (kW).
Exp esando la ecuación an e io en é minos especí icos, se ob iene lo siguien e:
𝑏=𝑏 +𝑏 (35)
Donde:
𝑏, exe gía o al especí ica (kJ/kg).
𝑏, exe gía ísica especí ica (kJ/kg).
𝑏, exe gía química especí ica (kJ/kg).
De mane a que se cumple que:
𝐵=𝑚 · 𝑏 (36)
Jo ge Luis Rome o Rome o Anexo: Cálculos
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 26
La exp esión pa a de e mina la exe gía ísica especí ica es la siguien e:
𝑏 =(ℎ−ℎ)−𝑇(𝑠−𝑠) (37)
Donde:
ℎ, en alpía especí ica del en o no de e e encia (kJ/kg).
𝑠, en opía especí ica del en o no de e e encia (kJ/kgK).
𝑇, empe a u a del en o no de e e encia (K).
Pa a gases ideales puede exp esa se como:
𝑏 =(ℎ−ℎ)−𝑅𝑇𝑙𝑛(𝑝/𝑝) (38)
Donde:
𝑝, p esión del lujo (ba ).
𝑝, p esión del en o no de e e encia (ba ).
𝑅, cons an e uni e sal de los gases ideales (kJ/kgK).
Sin emba go, pa a el lujo gases p oduc o de la combus ión es necesa io ealiza un paso ex a.
Debido a que hay que calcula su en alpía y en opía en las condiciones del ambien e de
e e encia hay que ene en cuen a que al supone que los gases se encuen an en es e es ado las
acciones mola es de su composición a ia án, pues pa e del apo de agua se condensa. La
pa e del apo de agua que se man iene como es ado gaseoso se ob iene con la siguien e
exp esión:
𝑥,, =𝑝
𝑝(25 º𝐶)·𝑥
1− 𝑝
𝑝(25 º𝐶) (39)
Anexo: Cálculos Jo ge Luis Rome o Rome o
27 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
Donde:
𝑥,,, acción mola de apo de agua que se man iene en es ado gaseoso en las
condiciones del ambien e de e e encia.
𝑝, p esión pa cial del agua en las condiciones del ambien e de e e encia (ba )
𝑝(25 º𝐶), p esión de sa u ación del agua en las condiciones del ambien e de
e e encia (ba ).
𝑥, acción mola del es o de gases de la mezcla.
Sabiendo es o, se pueden ecalcula las acciones mola es del es o de gases p esen es en la
mezcla.
La pa e química pa a una mezcla de gases ideales se de e mina como sigue:
𝑏 =𝑥·𝑏 +𝑅·𝑇𝑥·𝑙𝑛(𝑥) (40)
Donde:
𝑏, exe gía química mola es ánda de cada elemen o de la mezcla de gases (kJ/kg).
𝑥, acción mola de cada elemen o de la mezcla.
La exe gía química mola es ánda se ob iene de la e e encia [1]. A con inuación, se adjun a la
abla en cues ión.
Jo ge Luis Rome o Rome o Anexo: Cálculos
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 28
Tabla 1: Exe gía química mola es ánda pa a a ias sus ancias según el modelo de ambien e de e e encia conside ado.
Fuen e: [1].
En cuan o a la exe gía que acompaña a una ans e encia de calo , es a se de ine como sigue:
𝐵=1−𝑇
𝑇·𝑄 (41)
Donde:
𝑇, empe a u a en la on e a a a és de la cual se p oduce la ans e encia (K).
En el caso de la exe gía asociada a un abajo, es a es odo el abajo, es deci , odo el abajo
p oducido es exe gía, o sea, po encia ap o echable.
𝐵=𝑊 (42)
Anexo: Cálculos Jo ge Luis Rome o Rome o
29 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
3.2. Des ucción de exe gía
Pa a de e mina la des ucción de exe gía de los equipos se ealizan balances de exe gía en cada
uno de ellos, según la siguien e exp esión:
𝐵𝑒
−𝐵𝑠
=𝐵𝑑 (43)
Donde:
∑𝐵
, suma o io de exe gías de en ada (kW).
∑𝐵
, suma o io de exe gías de salida (kW).
𝐵, des ucción de exe gía (kW).
A con inuación, se p esen an las exp esiones esul an es del balance de exe gía en cada equipo:
1. Comp eso :
Figu a 14: Volumen de con ol pa a el balance de exe gía en el comp eso . Fuen e: Elabo ación p opia.
𝐵, =𝐵+𝐵−𝐵 (44)
Donde:
𝐵,, des ucción de exe gía en el comp eso (kW).
𝐵, exe gía o al del ai e de alimen ación al comp eso (kW).
Jo ge Luis Rome o Rome o Anexo: Cálculos
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 30
𝐵, exe gía o al consumida po el comp eso (kW).
𝐵, exe gía o al del ai e comp imido (kW).
2. Regene ado :
Figu a 15: Volumen de con ol pa a el balance de exe gía en el egene ado . Fuen e: Elabo ación p opia.
𝐵, =𝐵+𝐵−𝐵−𝐵 (45)
Donde:
𝐵,, des ucción de exe gía en el egene ado (kW).
𝐵, exe gía o al de los gases p oduc o de la combus ión a baja p esión (kW).
𝐵, exe gía o al del ai e comp imido p ecalen ado (kW).
𝐵, exe gía o al de los gases p oduc o de la combus ión a baja p esión y empe a u a
(kW).
3. Cáma a de combus ión:
Figu a 16: Volumen de con ol pa a el balance de exe gía en la cáma a de combus ión. Fuen e: Elabo ación p opia.
𝐵, =𝐵+𝐵−𝐵 (46)
Anexo: Cálculos Jo ge Luis Rome o Rome o
37 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
𝑐, cos e exe goeconómico uni a io de los gases p oduc o de la combus ión a la salida
del egene ado ($/kWh).
𝑍, cos e ijo del egene ado ($/h).
3. Cáma a de combus ión:
𝑍 =𝐵·𝑐+𝐵·𝑐−𝐵·𝑐−𝐵·𝑐 (57)
Donde:
𝑐, cos e exe goeconómico uni a io del combus ible ($/kWh).
𝑐, cos e exe goeconómico uni a io de los gases p oduc o de la combus ión a la salida
de la cáma a ($/kWh).
𝑐, cos e exe goeconómico uni a io de los gases p oduc o de la combus ión a la salida
del ecupe ado de calo ($/kWh).
𝑍, cos e ijo de la cáma a de combus ión ($/h).
4. Tu bina de gas:
𝑍 =𝐵·𝑐−𝐵·𝑐−𝐵·𝑐−𝐵·𝑐 (58)
Donde:
𝑐, cos e exe goeconómico uni a io de la exe gía ne a p oducida po la mic o u bina
($/kWh).
𝑍, cos e ijo de la u bina de gas ($/h).
5. Recupe ado de calo :
𝑍 =𝐵·𝑐+𝐵·𝑐−𝐵·𝑐−𝐵·𝑐 (59)
Jo ge Luis Rome o Rome o Anexo: Cálculos
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 38
Donde:
𝑐, cos e exe goeconómico uni a io del agua calien e en la en ada al ecupe ado de
calo ($/kWh).
𝑐, cos e exe goeconómico uni a io del agua calien e a la salida del ecupe ado de
calo ($/kWh).
𝑍, cos e ijo del ecupe ado de calo ($/h).
6. Comp eso de e ige an e:
𝑍 =𝐵·𝑐+𝐵·𝑐−𝐵·𝑐 (60)
Donde:
𝑐, cos e exe goeconómico uni a io del e ige an e en la en ada al comp eso de
e ige an e ($/kWh).
𝑐, cos e exe goeconómico uni a io de la exe gía consumida po el comp eso de
e ige an e ($/kWh).
𝑐, cos e exe goeconómico uni a io del e ige an e a la salida del comp eso de
e ige an e ($/kWh).
𝑍, cos e ijo del comp eso de e ige an e ($/h).
7. Condensado :
𝑍 =𝐵·𝑐+𝐵·𝑐−𝐵·𝑐−𝐵·𝑐 (61)
Donde:
𝑐, cos e exe goeconómico uni a io del agua calien e a la en ada al condensado
($/kWh).
Anexo: Cálculos Jo ge Luis Rome o Rome o
39 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
𝑐, cos e exe goeconómico uni a io del e ige an e a la salida del condensado
($/kWh).
𝑍, cos e ijo del condensado ($/h).
8. Vál ula de Expansión:
𝑍 =𝐵·𝑐−𝐵·𝑐 (62)
Donde:
𝑐, cos e exe goeconómico uni a io del e ige an e a la salida de la ál ula de
expansión ($/kWh).
𝑍, cos e ijo de la ál ula de expansión ($/h).
9. E apo ado :
𝑍 =𝐵·𝑐+𝐵·𝑐−𝐵·𝑐−𝐵·𝑐 (63)
Donde:
𝑐, cos e exe goeconómico uni a io del agua calien e en la en ada al e apo ado
($/kWh).
𝑐, cos e exe goeconómico uni a io del agua calien e a la salida del e apo ado
($/kWh).
𝑍, cos e ijo del e apo ado ($/h).
Jo ge Luis Rome o Rome o Anexo: Cálculos
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 40
2.3. Cálculo de cos es ijos
Analizando el balance p esen ado en el apa ado an e io , se puede conclui que, pa a pode
esol e el sis ema, es necesa io de e mina los cos es ijos de los equipos. El cos e ijo de un
equipo se de ine según la siguien e exp esión:
𝑍=𝐶𝐹𝐴·𝐶𝐴𝐸
𝐶𝐴𝐸 ·𝑁 (64)
Donde:
𝐶𝐹𝐴, cos e ijo anual ($/año).
𝐶𝐴𝐸, cos e de adquisición de cada equipo ($).
𝐶𝐴𝐸, cos e de adquisición de equipos o al ($).
𝑁, ho as de ope ación anuales (h/año).
Po su pa e, el cos e de adquisición de cada equipo se ob iene median e ecuaciones que
dependen de los p incipales pa áme os de uncionamien o del equipo en cues ión, mien as que
el cos e de adquisición de equipos o al no es más que la suma del de cada equipo. Las
exp esiones empleadas en es e p oyec o p o ienen de la uen e [5nius] y se mues an a
con inuación:
1. Comp eso :
𝐶𝐴𝐸 =44,71·𝑚
0,95−𝜂 ·𝑟· log (𝑟) (65)
Donde:
𝐶𝐴𝐸, cos e de adquisición del comp eso de ai e ($).
𝑚
, caudal másico de ai e (kg/s).
Anexo: Cálculos Jo ge Luis Rome o Rome o
41 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
𝑟, elación de comp esión.
2. Regene ado :
𝐶𝐴𝐸 =4122·𝑛
·(ℎ
−ℎ
)
500·𝑇, (66)
Donde:
𝐶𝐴𝐸, cos e de adquisición del egene ado ($).
𝑇,, empe a u a media loga í mica en el egene ado (K).
3. Cáma a de combus ión:
𝐶𝐴𝐸 =46,03·𝑚
0,995·(𝑝−𝑝)·1+𝑒(,·) , (67)
Donde:
𝐶𝐴𝐸, cos e de adquisición de la cáma a de combus ión ($).
𝑝, p esión del ai e en la en ada a la cáma a de combus ión (ba ).
𝑝, p esión de los gases p oduc o de la combus ión a la salida de la cáma a de
combus ión (ba ).
𝑇, empe a u a de lo gases p oduc o de la combus ión a la salida de la cáma a de
combus ión ($/h).
4. Tu bina de gas:
𝐶𝐴𝐸 =301,45·𝑚
0,95−𝜂 ·log𝑝
𝑝·1+𝑒(,·) (68)
Donde:
Jo ge Luis Rome o Rome o Anexo: Cálculos
Diseño y Análisis Te moconómico de un… 42
𝐶𝐴𝐸, cos e de adquisición de la u bina de gas ($).
𝑝, p esión de los gases p oduc o de la combus ión a la salida de la u bina de gas (ba ).
No se p esen a la ecuación pa a el ecupe ado de calo , pues a es e se le asigno un cos e ijo
eniendo en cuen a la po encia é mica necesa ia pa a abas ece al ho el de ACS en la ho a de
demanda pico kW, pues a pesa de que es e alo cambia en e ano, el equipo sigue siendo el
mismo. Tampoco se p esen an las ecuaciones pa a los equipos del sis ema de comp esión,
debido a que se ha conside a que el ho el ya cuen a con es os equipos, haciendo innecesa ia su
comp a.
Sin emba go, es as exp esiones ue on elabo adas en el año 2016, po lo que se deben emplea
los coe icien es de la e e encia [4] pa a ac ualiza los has a el año 2019, el año más ecien e
pa a el que se cuen a con es a in o mación.
En cuan o al cos e ijo anual, es e depende de una se ie de ac o es, como se puede e en la
siguien e exp esión:
𝐶𝐹𝐴=𝑓 +𝑓,+𝑓, +𝑓 (69)
Donde:
𝑓, ac o de amo ización ($/año).
𝑓,, ac o de ope ación y man enimien o ijo ($/año).
𝑓,, ac o de ope ación y man enimien o a iable ($/año).
𝑓, ac o de combus ible ($/año).
El ac o de amo ización se de e mina con la siguien e exp esión:
𝑓 =(𝑖+(1+𝑖))
((1+𝑖)−1)· 𝐼𝑇 (70)
Anexo: Cálculos Jo ge Luis Rome o Rome o
43 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
Donde:
𝐼𝑇, in e sión o al ($).
𝑖, asa de in e és.
𝑛, pe iodo de amo ización (años).
La in e sión o al se puede de e mina como un ac o po el cos e de adquisición de equipos
o al, siendo es e de 6,32 pa a ins alaciones de nue a cons ucción y 4,16 pa a modi icaciones
de ins alaciones exis en es [2].
El ac o de ope ación y man enimien o ijo es una unción del núme o de pues os de abajo,
el sala io de los ope a ios y écnicos y las ho as de abajo al año, mien as que el a iable se
puede conside a como un po cen aje del ijo según la bibliog a ía consul ada [2].
𝑓, =𝑛· 𝑠· 𝑁 (71)
Donde:
𝑛, núme o de pues os de abajo.
𝑠, sala io ($/h).
El ac o de ope ación y man enimien o a iable se puede de e mina como un po cen aje del
ijo, habi ualmen e un 10%, mien as que el ac o de combus ible se de e mina con la siguien e
ecuación:
𝑓 =𝑚
·𝑃𝐶𝐼·𝑁·𝑐 (72)
Donde:
𝑐, cos e de adquisición del combus ible ($/kWh).
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Diseño y Análisis Te moconómico de un… 44
4.4. Relaciones auxilia es
A pesa de habe de e minado los cos es ijos de los equipos, el sis ema esul an e del
plan eamien o de los balances Fuel-P oduc o sigue eniendo más incógni as que ecuaciones,
haciendo que sea necesa io de ini elaciones auxilia es que pe mi an esol e lo.
Es as elaciones auxilia es no malmen e se basan en conside a que cie os lujos ienen un
cos e desp eciable en e al del combus ible, que el cos e del combus ible es conocido y que
pa a lujos que en an en un equipo, ac uando como uel, su salida end á el mismo cos e que la
en ada, pues el p oceso po el que ha pasado no ha aumen ado su alo . Teniendo en cuen a
es o, se ob iene las siguien es exp esiones pa a comple a el sis ema de ecuaciones:
𝑐=0 (73)
𝑐=𝑐 (74)
𝑐=𝑐 (75)
𝑐=𝑐 (76)
𝑐=𝑐 (77)
𝑐 =1 (78)
𝑐 =1 (79)
𝑐 =𝑐 (80)
𝑐 =𝑐 (81)
𝑐 =𝑐 (82)
𝑐 =𝑐 (83)
Anexo: Cálculos Jo ge Luis Rome o Rome o
45 Diseño y Análisis Te moeconómico de un…
4.5. Cálculo del cos e exe goeconómico uni a io de los p oduc os
Una ez o mado el sis ema de ecuaciones, es e se puede esol e pa a ob ene los cos es
exe goeconómicos uni a ios y o ales de cada lujo, den o de los cuales se encuen an los cos es
de los p oduc os. Sin emba go, en sis emas con más de un p oduc o, como es el caso de los
sis emas de cogene ación, esul a necesa io calcula un único cos e pa a odos los p oduc os, el
cual se de ine en la siguien e exp esión:
𝑐=𝐵·𝑐
∑𝐵
(84)
Donde:
𝐵, po encia exe gé ica de cada p oduc o del sis ema po sepa ado (kW)
𝑐, cos e exe goeconómico uni a io del p oduc o o al del sis ema ($/kWh).
𝑐, cos e exe goeconómico uni a io de cada p oduc o del sis ema po sepa ado ($/kWh).
∑𝐵
, suma o io de las po encias exe gé icas de los p oduc os del sis ema (kW).
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5. Comp obación de suminis o de demanda pico de ACS
En es e apa ado se calcula, según la no ma i a igen e aplicable [7], el cálculo de la po encia
é mica necesa ia pa a ACS que cada módulo debe ía se capaz de p opo ciona pa a abas ece
al ho el en la demanda de ho a pun a. La exp esión pa a el cálculo de es a po encia es la
siguien e:
𝑃 =𝑄·(𝑇 −𝑇)−𝑉 ·(𝑇−𝑇)·𝐹· 1,16
𝜂 (85)
Donde:
𝑃, po encia é mica necesa ia pa a abas ece al ho el de ACS du an e la ho a de
demanda pico (kW).
𝑄, demanda de ACS du an e la ho a de demanda pun a (l).
𝑇, empe a u a de suminis o de ACS (ºC).
𝑇, empe a u a del agua de ed (ºC).
𝑉, olumen de acumulación (l).
𝑇, empe a u a de acumulación (ºC).
𝐹, ac o de uso.
𝜂, endimien o del sis ema de p oducción de ACS.
Se supone que el sis ema cuen a con un olumen de acumulación capaz de supli el 100 % de
la demanda en la ho a pun a, pa a lo cual se ían necesa ios unos 6 de 6000 l, pues la demanda
de ho a pun a de ha es ima en un 50 % del consumo dia io, lo que esul a en 35780 l. También
se suponen un ac o de uso de 0,76 y un endimien o del sis ema de 0,75 y se conoce que la
empe a u a de acumulación es 70 ºC, la de suminis o es de 60 ºC y la de ed es de 15 ºC en el
peo de los casos en la localidad en la que se encuen a el ho el.