Termodinámica Avanzada. Disminución de los costos de producción del aire comprimido

2. Nomenclatura
3. Introducción
4. Plantas de aire comprimido
5. Teoría del costo exergético
6. Problema científico
7. Caso de estudio
8. Optimización
9. Discusión de los resultados
10. Conclusiones
11. Recomendaciones
12. Bibliografía
13. Anexos

Síntesis

Se desarrolla un método que, haciendo uso la Termo economía, determina los costos de producción en una instalación de aire comprimido de 276 m3/h (TPN) y relación de presiones de 5. Se parte de un ejemplo de la literatura y se llega a costos exergo económicos unitarios optimizados de unos 17 $/GJ y 0,40 $/100 m3 de aire en condiciones estándar, mediante una inversión que se recupera en menos de 1 mes de tiempo.

Nomenclatura

• A Matriz característica del sistema térmico

• B Flujo exergético, kW

• B* Costo exergético del flujo exergético B, kW

• B* Vector de costos exergéticos, kW

• bi Exergía física específica en los puntos i, kJ/kg

• BW Flujo de exergía relacionado con el trabajo eléctrico o mecánico, kW

• BW* Costo exergético del flujo de exergía BW, kW.

• c Costo exergoeconómico unitario, $/GJ

• co Costo unitario de la energía eléctrica, $/GJ

• cp Calor específico del aire, kJ/(kg.K)

• E Vector de valoración externa, kW o $/s

• ir Tasa de descuento, %

• k*j Costo exergético unitario del flujo j

• m Flujo másico, kg/s

• n Número de horas de operación en un año, h

• Ny Vida útil de la instalación, años

• P Flujo de trabajo mecánico o potencia, kW

• p Presión del aire, Pa, kPa)

• po Presión del Ambiente de Referencia, bar

• si Entropía específica de los puntos i, kJ/(kg.K)

• ti Temperatura en los puntos i, °C

• To Temperatura absoluta del Ambiente de Referencia, K

• V Flujo volumétrico del aire, m3/h, m3/s

• Y Vector de costos exergéticos (kW) o de costos económicos ($/s)

• W Flujo de trabajo mecánico o eléctrico, kW

• Zj Costo económico del componente j, no relacionado con la exergía, $ (Zoj = Costo de referencia para los componentes de la instalación, $/kW)

• ? Eficiencia del compresor o del motor eléctrico, %

• ( Factor de amortización, s-1

• ?j Costo económico del flujo j, $/s

• ? Vector de costos económicos, $/s

Introducción

Los compresores son máquinas que tienen por finalidad aportar una energía a los fluidos compresibles (gases y vapores) sobre los que operan, para hacerlos fluir aumentando al mismo tiempo su presión.

En esta última característica precisamente, se distinguen de las soplantes y ventiladores que manejan grandes cantidades de fluidos compresibles (aire por ejemplo) sin modificar sensiblemente su presión, con funciones similares a las bombas de fluidos incompresibles.

Un compresor admite gas o vapor a una presión p1 dada, descargándolo a una presión p2 superior. La energía necesaria para efectuar este trabajo la proporciona un motor eléctrico o una turbina de vapor.

Fig 1. 1.- Volumen barrido en un compresor

El ciclo teórico de trabajo de un compresor ideal se entiende fácilmente mediante el estudio de un compresor monofásico de pistón funcionando sin pérdidas y que el gas comprimido sea perfecto, Fig 1.2.