Annotated data structures

Se tiene estudios realizados sobre el dimensionamiento de un equipo de refrigeración por absorción de Bromuro de Litio/Agua (A. Castillo, F. Cortes 2007) [5], [6] donde se realizan los balances de energía de cada componente (Absorbedor, Generador, Condensador, Evaporador, etc.), se cuenta con las propiedades termodinámicas de los fluidos tanto del absorbente como del refrigerante. En esta tesis se hará el balance de energía de cada equipo que forma parte del sistema de recuperación de calor en forma global.

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Con los datos estadísticos que se ha estado utilizando del horno industrial de la empresa Ternium S.A. se va a estimar la capacidad de generación de refrigeración que se puede obtener de los gases de combustión que se desperdician por la chimenea. Utilizando el programa Thermoflex V.17 que permite evaluar proyectos de este tipo de una manera muy completa (se toma en cuenta caídas de presión, eficiencia de los equipos, balance de energía, etc. Ver figura 4.10) se tiene el siguiente esquema:

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De la figura 4.12 se puede observar los equipos necesarios para obtener agua fría a partir de los gases de combustión que se tiran por la chimenea, además se puede obtener el balance de energía de cada equipo que permite analizar los consumos energéticos y los valores de entrada y salida de presión, temperatura y flujos másicos. Para obtener resultados lo más real posible es importante considerar aspectos limitantes de diseño y operación, se debe tener buenas mediciones de la presión atmosférica del lugar de operación así como también datos de caída de presión de los equipos, se debe considerar las pérdidas por tubería; la temperatura de salida de los gases de combustión no puede ser menor a 150 °C (para evitar condensación del vapor de agua).

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Con los resultados obtenidos de la figura 4.13, se puede realizar el dimensionamiento y diseño de los diferentes equipos (intercambiador de calor, chiller de absorción, torre de enfriamiento, ventilador, bombas, motores, etc.) y de esta manera poder evaluarlos económicamente.

El software proporciona el balance de energía así como también tablas de los valores termodinámicos de los fluidos participantes (gases de combustión, agua caliente, agua fría y agua de la torre de enfriamiento, ver tabla 4.13).

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El software Thermoflex V.17 versión educacional permite realizar simulaciones para diferentes escenarios y ver cómo influyen en el consumo energético de los diferentes equipos (ver figura 4.13), esto es muy importante a la hora de determinar los costos de inversión y de operación del proyecto.

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De la figura 4.14 se observa que cuando aumenta la demanda de agua fría en el sistema, aumenta la capacidad de enfriamiento, aumenta la demanda de la torre de enfriamiento (carga térmica y carga eléctrica), la temperatura de salida de los gases de combustión empiezan a disminuir a medida que aumenta la demanda de agua de fría, en este se debe tener como limitante de diseño la temperatura de 150 °C. Si bien lo más aconsejable es tener el máximo de recuperación de los gases de combustión, hay que considerar el aumento en los costos de los equipos en especial de la torre de enfriamiento. Este punto importante se verá más adelante.

Ahora véase porqué se hace atractivo hacer este tipo de recuperación de calor en especial. En la empresa industrial Ternium se ha visto que se tiene un área de

Comentarios: Se debe observar que se necesita de energía eléctrica adicional para hacer funcionar las bombas y motores que se requieren para el

funcionamiento del sistema de

recuperación de calor, además el equipo de absorción utiliza bombas que también deben ser considerados para evaluar económicamente los consumos energéticos del sistema.

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oportunidad de recuperación de calor haciendo énfasis en la generación de refrigeración por absorción. La empresa tiene una capacidad instalada de 1,000 Toneladas de Refrigeración (3.5 MW) que los utiliza para el aire acondicionado de los diferentes edificios que se tiene en toda la planta, utiliza equipos de refrigeración por compresión; si se asume un COP de 4, una operación anual de 3,000 hr/año y un precio de la electricidad de 0.8 $/kW.h se tiene un gasto de 2,110,200 $/año (150,728 U$D/año) para el funcionamiento de estos equipos, de ahí el interés en particular de la empresa en aprovechar el calor de los gases de combustión para generar refrigeración por absorción. Entonces se debe buscar si se tiene el calor necesario (en las chimeneas de los equipos industriales) para generar esta capacidad de refrigeración que se gasta en la planta.

4.5 Modelación Termodinámica del Sistema de Recuperación de Calor para Refrigeración por Absorción para diferentes escenarios

Se ha visto la forma de evaluar termodinámicamente el sistema de recuperación de calor para un caso en particular de un horno industrial considerando que se tiene un flujo y temperatura de los gases de combustión constantes en el tiempo, como se muestra en la fig. 4.3, esto se logra colocando una derivación en la chimenea para extraer el flujo de gases de combustión que se requiera; ahora en esta sección se analiza el caso en que el flujo y la temperatura de salida de los gases de combustión son una variable en el tiempo, es más se considera también que se tiene una variación en el exceso de aire, cualquiera de estos tres parámetros puedo ser seleccionado asumiendo que los otros dos permanecen constantes; esto permite dar mayor flexibilidad de cálculo y amplia el rango de aplicación del modelo para equipos que tengan otras características operativas.

El modelo está realizado en Excel 2003 con programación realizada en Visual Basic [9] (que ya viene incluido dentro de Excel) para la variación de diferentes parámetros (temperatura y flujo de los gases de combustión y exceso de aire) y la visualización de gráficas. Excel es un programa ampliamente manejado y conocido por los ingenieros y es un software de fácil acceso, económicamente el uso del software no representa un mayor gasto para el proyecto a comparación de los programas como Thermoflex V.17 (www.thermoflow.com) o el EES (www.fchart.com) cuyos valores oscilan entre los 5,000 a 1,000 U$D/año respectivamente.

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Se ha observado que en los equipos térmicos industriales que se tienen en Ternium, los consumos de combustible (gas natural) en su mayoría son monitoreados y se cuenta con una base de datos, se conoce también la composición del gas natural y el exceso de aire para la combustión, por otro lado, otros equipo tienen registros de las mediciones de la composición de los gases de combustión; viendo estas variables, el modelo cuenta con dos opciones de datos a ser introducidos:

→ Opción 1: Se tiene datos de la composición y flujo del Gas Natural y del exceso de aire.

→ Opción 2: Se tiene datos de la composición y flujo de los Gases de Combustión. El usuario podrá seleccionar la opción que mejor se adapte a los datos disponibles del equipo.

Se hizo la verificación y validación de los resultados que da el modelo realizado en Excel. Los resultados fueron comparados con Thermoflex V.17 e EES que son programas termodinámicos conocidos y utilizados en el ámbito ingenieril, así como también con ejercicios resueltos de diferentes libros de termodinámica [7], [8]. Se encontró una variación en los resultados en un rango de 0.05% al 1%, esto debido a que se tiene una variación en los valores de las propiedades termodinámicas (peso molecular, entalpía, entropía, etc.) de los diferentes elementos utilizados en esta tesis; esta variación no representa un mayor problema para confiabilidad de los resultados que da el modelo.