¿Cómo aplicar este fenómeno a la generación de vapor?
Para aplicar este efecto de calentamiento y obtención espontánea de calor sensible se puede disponer de una batería similar a la anterior pero en forma seriada de modo que el vapor se sobrecaliente y seda el calor sensible incrementando el flujo hasta cierto valor Terminal.
Fig. 2 Esquema para la utilización del efecto Krapivin en la generación de vapor
Tal como en el diagrama se observa al Generador de vapor (1) se le suministra una cantidad inicial de calor Q, que proviene de una fuente externa y se señala con la flecha roja.
Los domos 1, 2, n y n+1 contienen el agua que se evapora a la temperatura de saturación a la presión de trabajo.
Los domos 1k, 2k y nk contienen la solución salina que provoca el sobrecalentamiento del vapor a causa del Efecto Krapivin.
¿Cuánto puede incrementarse el flujo de vapor a causa del calor sensible obtenido?
Para conocer en cuanto puede incrementarse el flujo de vapor es necesario realizar un balance térmico cuando el vapor sobrecalentado entra al domo de agua pura, momento en que se enfría a causa de evaporar una fracción de agua que se encuentra a la temperatura de ebullición, saliendo todo el vapor en estado saturado seco.
El calor total que sale del vaso de solución salina con el flujo de vapor W1k es el que llega al domo de agua (2) y será:
Este calor será igual al que sale del vaso 2 de agua pura con el flujo de vapor W2 y que se encuentra a la temperatura de ebullición.
Después de producida la evaporación secundaria del vaso 2, se ve que la evaporación del tercer vaso es igual a la evaporación del segundo vaso más un incremento a causa del Efecto Krapivin. Realizando un despeje se puede determinar la evaporación W2 que sale del vaso 2 de agua a causa de la toma de calor sensible Qk proveniente del efecto Krapivin del domo 1k:
Al término entre paréntesis del miembro derecho de la ecuación anterior se le reconocerá de ahora en lo adelante como Coeficiente de Efecto Krapivin:
Si se tiene la misma solución salina a igual concentración y presión en el próximo proceso de sobrecalentamiento se tendrá el mismo Coeficiente de Efecto Krapivin por lo que se tendría que multiplicar por el mismo coeficiente, en este caso se puede plantear que:
En un tercer paso el flujo que saldrá de un vaso, domo o recipiente de agua pura tendrá la misma forma que para el segundo vaso:
Realizando este proceso n veces, alternativamente y teniendo como final un chorro de vapor saturado se puede obtener una expresión de la siguiente forma:
Lo cual es igual a la expresión siguiente en caso de que existan caídas de presión durante los procesos continuos de calentamiento y evaporación:
Como se puede ver se ha definido un coeficiente térmico, que define el incremento adicional que obtiene el chorro de vapor después de utilizado el Efecto Krapivin.
¿Cuánto se puede disminuir el consumo de combustible aplicando este fenómeno?
El consumo de combustible de un generador de vapor (B) se calcula por la siguiente expresión:
Utilizando el Efecto Krapivin para caso ideal donde no existe caída de presión el consumo de combustible puede calcularse de la siguiente forma:
En este caso el coeficiente K hace disminuir con igual proporción la cantidad de combustible requerida, por tanto:
Teniendo en cuenta las expresiones analizadas anteriormente, se puede obtener el combustible ahorrado de la siguiente forma:
Para el caso real donde existe caída de presión:
Esta por tanto es una expresión análoga a la del crecimiento del flujo de vapor. Con lo cual el combustible ahorrado se puede calcular por la siguiente expresión:
O en caso ideal y sin pérdidas ni caídas de presión el combustible ahorrado será:
¿Cómo se mejora la eficiencia de una CTE por la aplicación del Efecto Krapivin?
Conocida la forma teórica en que disminuye el consumo de combustible a causa del uso del Efecto Krapivin solo resta determinar su influencia sobre la eficiencia de una Central Termoeléctrica. La eficiencia de una CTE puede calcularse directamente de la ecuación:
Al hacer uso del Efecto Krapivin el consumo de combustible BK disminuye según la expresión:
Teniendo esto en cuenta y llamando (k el rendimiento total de la CTE en presencia del mencionado efecto. Se tienen:
De esta ecuación sustituimos BK por la expresión anterior y obtenemos:
O lo que es lo mismo:
Como se ve, esta ecuación contiene la formula por la cual se determina la eficiencia de una CTE, por lo cual esta será directamente proporcional al Coeficiente de Efecto Krapivin que se pueda lograr en ella:
Esta última ecuación ofrece un resultado muy alentador, ya que con la ayuda del Efecto Krapivin se podrá aumentar la eficiencia de una CTE en valores superiores a los logrados actualmente.
¿Cuánto será el Ahorro Potencial que ofrece el Efecto Krapivin?
A continuación se dará un ejemplo que muestra la potencialidad de este fenómeno y para ello.
Considérese un bloque hipotético de 100 MW cuya disponibilidad es del 75 % y posee un consumo específico de 275 g/kWh, dado por un gasto de 20,6 T/h de combustible.
Considerando que se repita dos veces el Efecto Krapivin y que en cada etapa se alcance un sobrecalentamiento de
si la Termoeléctrica trabaja a una presión de vapor directo de 10.0 MPa para la cual el calor latente es r = 1317.3 kJ/kg. Se tiene:
Fig. 3 Caldera tipo P de un bloque de 100 MW de la CTE "Máximo Gómez" de Mariel.
a) Diseño normal. b) Con aprovechamiento del E.K., con tres etapas y cuatro domos en el conducto de gases para evitar las pérdidas de calor al medio.
Con lo cual.
Bajo estas condiciones; se puede hacer uso de la ecuación desarrollada para obtener el ahorro de combustible a partir del Efecto Krapivin:
O en caso ideal y sin pérdidas o caída de presión sería:
Se empleará la última y por tanto.
En este caso un Efecto Krapivin de 45ºC, fácilmente alcanzable a base de una solución de CaCl2 ha reportado un 23.47 % de ahorro de combustible con solo utilizar este efecto dos veces, permitiendo con ello un ahorro de 4.83 T/h, lo cual equivale a un ahorro de 32 256 T al año; es decir, al precio del combustible actual solo considerando 100 dólares el barril sería un ahorro de 20,97 millones de dólares y el consumo específico disminuiría desde 275 g/kWh hasta 210 g/kWh.
Después de este análisis solo queda determinar en cuanto aumenta la eficiencia de la CTE, que se supondrá, trabaja con una eficiencia del 33 %.
Como se vio la eficiencia aumenta directamente proporcional al Coeficiente de Efecto logrado y se calcula según la ecuación:
Aquí conocemos que:
Por lo que la eficiencia aumentara hasta:
Como se puede apreciar, para un efecto 
y empleándolo sólo dos veces, la potencialidad es enorme debido a que bajo estas circunstancias la eficiencia de una CTE puede incrementarse en un 10.1 %, valor que es capaz de compensar y retribuir en un corto periodo de tiempo cualquier inversión que se ejecute en este campo.
Conclusiones
El fenómeno del Efecto Krapivin puede ser empleado para disminuir los consumos de combustible en la generación de vapor, sea este en termoeléctricas o fábricas de todo tipo, lavanderías, hospitales, hoteles, etc. El empleo en la técnica de esta solución puede reportar ahorros de combustible que se pudieran enmarcar entre el 20% y más del 50% del que actualmente se emplea para tales fines.
Queda, pues en sus manos, la posibilidad de comenzar la aplicación a escale experimental de este fenómeno, que no solo tiene bondades, ya que se pueden enumerar una serie de inconvenientes que es muy importante analizar y medir su acción, tales como son: la corrosión en calderas y bombas, así como el arrastre de sales en el vapor puede provocar en las tuberías y sus accesorios problemas similares, además de problemas secundarios en las turbinas. Sin embargo, una solución posible a estos efectos está por medio del empleo de solutos orgánicos que eleven al igual que la sal la temperatura de ebullición de la solución.
Gracias, pues por ofrecerle al autor de este resumen la posibilidad de contar con la validación experimental de la investigación que le permitirá aspirar al título académico de Doctor en Ciencias, ofreciéndole al país otra vía más para alcanzar la eficiencia energética deseada
Autor:
MSc. Carlos Martínez Collado
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