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

Exergía interna bint bfísica bquímica b = bint + bk + bp Estado Actual (T, p) Slide Comments: Estado ambiental TO ,pO Estado Muerto TO ,pOO

Exergía física. bint = bfísica + bquímica According what we have just seen, a substance exergy is the sum of the Physical and Chemical exergy. Internal exergy consist of the physical and the chemical components La exergía química sólo interesa cuando haya reacciones, ó cambios de composición, en el sistema estudiado.

Bfis. Gases ideales puros. Excluding steam, it is a great quantity of gases which can be modelled as ideal gases at least in first order. Regarding the physical exergy equation we have to calculate in each case the enthalpy and entropy differentials.

Bfis. Sustancias incompresibles Slide Comments:

Bfis. Gases reales puros Gas real puro Gas ideal 2 1 Residual properties method. Difference between the ideal and real value of a property. We make allowance for the behaviour between the two gas types. h’ = ideal value h = real value

Bfis. Mezclas de gases Mezcla gases ideales Slide Comments:

Bfis. Disoluciones. Ideal Potencial químico No ideal Slide Comments: Coeficientes de actividad

Sustancias de referencia Bquim. Introducción bint Estado Ambiental TO ,pO Slide Comments: bchemical Estado Muerto TO ,pOO Sustancias de referencia Equilibrio con el AER

Bquim. Casos simples Sustancia gaseosa contenida en el AER Mezcla gaseosa This slide can be used to explain what the equations mean. For Example: in the Gaseous Mixture there is an inherent negative term due to ln xi. That is when we mix gases always exists an exergy destruction. Combustible

Exergías químicas estándar Tablas de exergías químicas de sustancias comunes To, po AER 25 ºC 1 atm Cambio de exergía en una reacción química en condiciones ambientes (T0 p0) Slide Comments:

bint = bfísica + bquímica+ ¿bmezcla? Exergía total. bint = bfísica + bquímica+ ¿bmezcla? According what we have just seen, a substance exergy is the sum of the Physical and Chemical exergy. Internal exergy consist of the physical and the chemical components

Bquim con valores Estándar. Ej. Calcular la exergía química estándar de la alúmina 2 Al + 3/2 O2  Al2O3 Datos: Slide Comments:

Bquim con valores Estándar. Ej. Combustión adiabática y completa de metano con un 20 % de exceso de aire. Condiciones ambientes: 25 ºC y 1 atm Combustión de CH4 (To,po): CH4 + 2O2 =CO2 + 2H2O (l) ; Vaporización de H2O (To,po): Slide Comments: H2O(l) = H2O(g) ; Calores molares medios para el rango de temperaturas de 0 ºC a 2 000 ºC (JK-1mol-1 ): CO2 H2O(g) O2 N2 54.18 42.89 33.47 33.05

DBquim en una combustión. Ej. Temperatura de llama – Ley de Hess CH4+2.4 O2 + 9.03 N2 = CO2 + 2H2O(g) + 0.4 O2 + 9.03 N2 Adiabático + 1er principio Reactivos (298 K) Productos (Tg) Slide Comments: Productos (298 K)

DBquim en una combustión. Ej. Temperatura de llama CH4+2.4 O2 + 9.03 N2 = CO2 + 2H2O(g) + 0.4 O2 + 9.03 N2 t=1791 K Slide Comments:

DBquim en una combustión. Ej. Exergía física Slide Comments:

DBquim en una combustión. Ej. Tablas Exergía Slide Comments:

Aproximaciones Dbq, líq comb . Szargut y Styrylska Lloyd-Davenport

Aproximaciones Dbq, sólido comb . Szargut y Styrylska O/C<0,667 0,667 < O/C < 2,67 Subramaniam

Aproximaciones Dbquim, combustibles b0= PCI en gases b0= PCS en sólidos y líquidos; a b Hulla 1,09 1,03 Lignito 1,17 1,04 Coque 1,06 Fuelóleo 1,07 0,99 Gasolina Gas natural (CH4 predominante) Gas de la coquización 1,00 0,89 Gas de alto horno 0,98 0,97 Madera 1,15 1,05 Azufre 2,05 b0= a x PCI = b x PCS High Heating Value: standard heat of combustion referenced to water of combustion as liquid water. Solid and Liquids Fuels Low Heating Value(net heat of combustion): standard heat of combustion referenced to water of combustion as water vapour. (excluding the latent heat of condensation/vaporisation of water). Gas fuels Approximately LHV is 5 % lower than HHV. For fuels that do not contain hydrogen LHV=HHV.