Termoeconomía y optimización energética

Temario 1. Introducción 2. Revisión de termodinámica 3. La exergía 4. Determinación de exergía 5. Balances y Álgebra lineal 6. El coste exergético 7. Análisis termoeconómico 8. Optimización termoeconómica 9. Integración energética

Puntos de vista Its very usual to consider that the inputs of a process is a resource and the outputs are products. In this 4 examples we will see that this is not necessarily this way.

Puntos de vista 13 11 12 5 1 Purga 6 Ceniz. 7 Comb. 2 Aire 3 Humos 4 8 Caldera (1) (3) 13 11 12 5 1 Purga 6 Ceniz. 7 Comb. 2 Aire 3 Humos 4 8 9 10 Agua de reposición (2) Its very usual to consider that the inputs of a process is a resource and the outputs are products. In this 4 examples we will see that this is not necessarily this way.

Puntos de vista 2+3-7 8-13 CT 10-6 11 Humos 4 Aire 3 5 Comb. 2 8 Caldera (1) (3) 13 11 12 5 1 Purga 6 Ceniz. 7 Comb. 2 Aire 3 Humos 4 8 9 10 Agua de reposición (2) Its very usual to consider that the inputs of a process is a resource and the outputs are products. In this 4 examples we will see that this is not necessarily this way.

Entradas  Recursos Salidas  Products R/P/I Motor Térmico Bomba Calor Q0 Q Ambiente To T > To W Reserv. térmico W Q T > To Q0 Entradas  Recursos Salidas  Products Pérdidas Ambiente To Calefactor eléctrico Refrigerador – A.C. Q Ambiente To T > To W Q Ambiente To T < To W Its very usual to consider that the inputs of a process is a resource and the outputs are products. In this 4 examples we will see that this is not necessarily this way. Q0

R/P/I Comb. Gas de proceso. Aire C C T Humos E Fluido térmico CC Its very usual to consider that the inputs of a process is a resource and the outputs are products. In this 4 examples we will see that this is not necessarily this way. E Fluido térmico

Balance de coste exergético Humos 4 Aire de combustión 3 5 Caldera Vapor vivo 2 Combustible 6 Purgas 1 7 Agua de alimentación Cenizas

Bal. Exergético con álgebra. Humos 4 Aire de combustión 3 5 Caldera Vapor vivo 2 Combustible 6 Purgas 1 7 Agua de alimentación Cenizas ¿Faltan 6 ecuaciones?

Coste exergético unitario n > m n ≥ m + 1 1 2 3 4 5 (1) (2) (3) (4)

ϰ* crece aguas abajo e (1) 1 (2) 2 Balances exergéticos Balances de coste exergético 1: 2: Global: Equipo 2:

Representación R/P/I Salidas Entradas Balance exergético: Recursos Productos Productos Superficie de control Residuos y pérdidas (salidas) Balance exergético:

Ejemplo: Intercambiador de calor 1 2 4 3 5 Enfoque físico: Entradas o salidas Enfoque económico: Recursos, productos, residuos o pérdidas

El coste exergético (2) Cálculo de los costes exergéticos Rendimientos Ecuaciones adicionales Matriz de producción Vector de costes exergéticos asignados Matriz de costes Vector de costes exergéticos imputados Rendimientos Formalismo matricial R/P/I Formación de los costes exergéticos

Bifurcaciones Balance de coste exergético 1 2 Superficie de control Ecuación adicional a) Dos productos principales: b) Un subproducto: c) Un residuo:

Evaluación de residuos 1 Sistema principal Sistema de evacuación 3 2 Balance de coste exergético Equipo de evacuación: Sistema principal: Sistema ampliado:

Bifurcaciones internas (1) 2 E 3 Ejemplos: 2 y 3 producto : 1 y 3 recurso :

Bifurcaciones internas (2) Se supone que 1 es entrada al sistema: Balances: Exergético: (1) De coste exergético: (2) (3) 2 y 3 producto: De (1), (2) y (3): La exergía destruida se reparte entre las salidas 2 y 3 en proporción a sus respectivas exergías

Bifurcaciones internas (3) 1 y 3 recurso: (4) (2) Balance de coste exergético: De (2) y (4): Del balance exergético: y La destrucción de exergía en el equipo es recogida íntegramente por el coste exergético del producto 2. El coste exergético de la salida 3, que es recurso, no es afectado por la destrucción de exergía en el equipo

Ecuaciones necesarias Entrada Salida de A Salida de E A E C Superficie de control Salida de B Bifurcación B D Todo equipo tiene, al menos, una salida. Las salidas que excedan de una se computan como bifurcaciones. Las entradas procedentes de otro equipo han sido ya computadas como salidas o bifurcaciones del equipo de procedencia. Han de añadirse al cómputo de corrientes las entradas al sistema, que atraviesen la superficie de control.

Ecuaciones adicionales n-m = e+b ecuaciones adicionales Matriz de producción (n-m)xn : Entradas, subproductos y residuos: Bifurcaciones: Vector de costes exergéticos definidos (n-m)x1: Entradas: Subproductos: Residuos: Bifurcaciones:

Balance de coste exergético. Matriz de incidencia Vector nulo Vector de costes exergéticos definidos Matriz de producción Vector de costes exergéticos Matriz de costes Vector de costes exergéticos imputados

Rendimientos E Superficie de control del sistema Balance exergético: Rendimiento exergético o racional: Consumo exergético unitario:

Ratios de ineficiencia exergética Ratio de pérdidas de exergía: Ratio de destrucción de exergía: Relación con el rendimiento: Ratio de rechazo Ratio de pérdidas con más detalle:

Coste exergético unitario Coste exergético unitario de una corriente i: Ejemplo simple: sólo interviene la termodinámica e (1) 1 Equipo 1:

Formulación R/P/I

Bal. Ex. en representación R/P/I

Balance de coste R/P

Costes exergéticos unitarios (I) Balances del equipo: de coste exergético: Exergético:

Costes exergéticos unitarios (II) Relación entre los costes exergéticos unitarios de producto y recurso: Consumo exergético unitario: Sobrecoste exergético unitario del equipo:

Esquema ANÁLISIS EXERGÉTICO TERMOECONOMÍA Exergía Energía utilizable TERMODINÁMICA: ANÁLISIS EXERGÉTICO Exergía Energía utilizable Análisis Evaluación Rendimientos Recurso ENFOQUE ECONÓMICO ECONOMÍA: Coste exergético TERMOECONOMÍA Coste unitario (Coste por unidad de exergía) Coste de recursos (Variable) (Fijos) Otros costes (Capital, O. & M.,…) Análisis Evaluación Optimización Coste termoeconómico Coste de productos