Este documento resume un proyecto de investigación que analiza una planta desalinizadora compuesta por una unidad de compresión térmica de vapor y una unidad de ósmosis inversa, ambas conectadas a una central de ciclo combinado. El proyecto tiene como objetivos integrar ambas plantas con la central, realizar un análisis paramétrico y de costes de cada planta, y determinar las producciones posibles y el impacto ambiental. Para ello, se desarrollan modelos matemáticos de cada unidad y se estiman los costes de
Análisis de planta desalinizadora acoplada a central de ciclo combinado
1. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Análisis de una planta desalinizadora compuesta
por una unidad de compresión térmica de vapor y
una unidad de ósmosis inversa, ambas conectadas
a una central de ciclo combinado.
Autor: Martin Folch Calvo
Director: Antonio Rovira De Antonio
Convocatoria: Septiembre 2015
2. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Introducción
•El agua es un recurso escaso; sólo el 1,2% está disponible
para el consumo humano. Y su masa representa un 0,02%.
•Debido al desarrollo económico el grado de sobreexplotación
WSI se concentra en la franja situada en la latitud Norte.
•Desglose uso agua en España (2014):
75% agricultura, 13% industria y 12% doméstico.
•A ello se une el crecimiento de la población y el cambio climático.
WSI = utilización efluente superficial
vs su capacidad menos los
requerimientos mínimos para
evitar su deterioro.
Cuenca Mediterránea > 70%
3. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Introducción
Bebidas , alimentos y bienes Litros de agua Bebidas , alimentos y bienes Litros de agua
Agua embotellada (l) 4 Leche (l) 1.000
Taza de café (l) 1.200 Copa de vino (l) 960
Vaso de zumo de naranja (l) 850 Vaso de cerveza (l) 300
Manzana (kg) 70 Pan (kg) 1.300
Azúcar (kg) 1.500 Queso (kg) 5.000
Huevos (kg) 3.300 Maíz (kg) 1.800
Arroz (kg) 4.500 Soja (kg) 2.000
Hamburguesa (kg) 16.000 Zapatos de piel (kg) 16.600
Microchip (kg) 17.000 Carne de ternera (kg) 15.500
Pollo (kg) 5.300 Fertilizante Nitrogenado – Fosfatado
(kg)
220
Acero (kg) 260 Aluminio (kg) 480
Caucho sintético (kg) 450 Pantalones vaqueros (u) 10.850
•Crecimiento de las necesidades futuras:
•Una solución es desalinizar agua. España ocupa el 5º puesto
en capacidad productiva, pero no es suficiente.
•De acuerdo con la WHO no se deben superar las 500 ppm.
4. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Introducción
Procesos de desalinización actuales:
Procesos térmicos Separaciones por membrana
1.- Multi – stage flash (MSF) 1.- Osmosis inversa (RO)
2.- Multiple effect boiling (MEB) 2.- Electrodiálisis (ED)
3.- Vapor compression (VC)
4.- Congelación
5.- Humidificación - De-humidificación
6.- Destilación
Proceso térmico Utilizar el calor latente de evaporación-condensación
Separación por membrana Utilizar la presión o un campo eléctrico
Peformance Ratio (PR) destilado obtenido vs vapor aportado
Recovery Ratio (RR) permeato obtenido vs alimentación tratada
5. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Introducción
Comparativa entre procesos de desalinización:
Característica Membranas comerciales de Osmosis Inversa
SWC4+ SWC5 TM820-400 SW30HR-LE SW30HR-XLE
Superficie (m2
) 37 37 37 37 37
Flujo de permeato (m3
/d) 24,6 34,1 24,6 26,5 34,1
Rechazo salino RS 99,80 99,80 99,75 99,75 99,70
RS = 1-concentración permeato/ concentración alimentación
Proceso Con cambio de fase Sin cambio de fase (Membrana)
Naturaleza Proceso térmico: MSF, MEB;TVC Gradiente de concentración.
Presión: RO
Tamaño poro - 5·10-3
a 10-4
mµ
Temperatura en la alimentación 60º C - 120º C < 45º C
Característica de la energía
suministrada
Térmica mediante vapor y
mecánica para bombeo.
Mecánica / Eléctrica
principalmente para bombeo a
presión.
Energía requerida
(por kg producto obtenido)
TVC 40% inferior MSF
TVC 35% inferior MEB
inferior a procesos térmicos
(20% recuperación energía)
Producción Plantas de gran capacidad
1000 – 800.000 m3
/ d
Plantas de media capacidad
1000 – 200.000 m3
/ d
Calidad obtenida < 20 ppm 150 - 500 ppm
TVC y RO surgen como procesos más eficientes.
6. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Introducción
Centrales de ciclo combinado en España:
•Hay 51 CCC (2014) con 1.712 horas anuales de utilización promedio
un factor de carga respecto del nominal del 50,8% y una
disponibilidad del 91,3%; contribuyendo con un 8,7% a la
demanda total de energía y representando el 24,8% de la potencia
instalada.
•Las causas de este descenso se centran en:
• La recesión económica, el consumo eléctrico del 2014
es del mismo nivel que en el 2005.
•El RD 134/2010.
•Centrando el objetivo en plantas
de 400 MW, para facilitar su
modelización establecer
que operan 7000 h año con:
•2000 horas al 80% (~3 meses)
•2000 horas al 50% (~3 meses)
•3000 horas paradas (~6 meses)
Evolución mensual demanda en centrales de ciclo combinado de 400 MW por
encima de 3000 h en el 2014
con respecto de su capacidad máxima (GWh)
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000Enero
Febrero
M
arzo
Abril
M
ayo
Junio
Julio
Agosto
Septiem
bre
Octubre
Noviem
bre
Diciem
bre
7. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Objetivos
•Integrar una planta TVC y una planta RO con una CCC de 400 MW
•Para ello:
•Parámetros central ciclo combinado en punto de diseño y fuera
del punto de diseño determinando el coste de la energía cedida.
•Análisis paramétrico, (térmico y coste) de la planta TVC.
•Análisis (operación y coste) planta RO.
•Producciones posibles y coste.
•Incidencia ambiental.
8. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Sistemas
•¿Por qué un proceso TVC?
•Proceso TVC, tiene características de procesos MSF y MEB
Multi Stage Flash (MSF) Multi Effect Boiling (MEB)
•Evaporación súbita (flash).
•Presión cámara inferior a la
presión de vapor.
•Requiere muchas etapas (40).
•Tanto evaporación súbita (flash)
como ebullición (boiling).
•Presión cámara inferior a la
presión de vapor.
•Requiere menor número de etapas.
•PR 20% a 50% superior a MSF.
9. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Sistemas
•Proceso TVC es más eficiente que el proceso MEB.
Thermal Vapor Compression (TVC)
•Se puede trabajar con Ts menores,
evitar deposición salina y corrosión.
•No hay que superar 80.000 ppm
(8%) de contenido salino en
la corriente de salida.
•PR 44% superior a MEB
•El contenido salino del destilado es
prácticamente nulo.
•Elemento diferenciador el eyector
que permite recircular el destilado
de la última etapa, aprovechando
el calor latente.
10. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Sistemas
•Configuraciones de la unidad térmica:
•La alimentación directa (FF) es más eficiente
y mejora aun más con la incorporación de
los precalentadores intermedios PI de la
corriente de alimentación (FF-FH)
•Se pueden combinar procesos (TVC-MEB)
pero un solo proceso TVC en configuración
FF-FH posee ventajas en mayor PR, menor
necesidad de aporte de calor y menor area
de intercambio.
11. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Sistemas
•¿Por qué un proceso RO?
•Proceso RO aporta un permeato con contenido salino, 80 a 200 ppm.
•Hay un flujo de agua de la fase diluida a
la fase concentrada hasta que se igualan
los potenciales químicos.
•Ecuación de Van`t Hoff
•Un agua de mar con 36.000 ppm a 15ºC
presenta una presión de 2,7 MPa
•Se trabaja a presiones de 8 Mpa y flujos
de membrana cruzados para reducir
los efectos de la polarización por
concentración y la resistencia en las
membranas.
12. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Sistemas
•Configuración: esquema en paralelo
•Se evitan paradas en caso de
avería en los sistemas de
bombeo.
•Las emisiones de concentrado
pueden mezclarse reduciendo
el impacto ambiental, al reducirse
el contenido salino de la emisión
al mar respecto de la unidad
TVC. (Estaría en el orden de
50.000 ppm (5%)).
•Se trabaja con valores de
concentraciones adecuadas
para evitar corrosión y
precipitación salina.
13. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Modelos
•Ecuaciones en punto de diseño y fuera de diseño de la CCC, al 80%
y 50%, 3 niveles de presión y recalentamiento.
•Balances de materia y energía (punto de diseño).
•Método NTU (Número de Unidades de Transferéncia).
para la caldera de recuperación de calor (fuera del punto de diseño).
14. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Modelos
•Ecuaciones de la unidad de osmosis inversa.
•Balances de materia y energía.
•Presiones osmóticas y de trabajo en lado alimentación, rechazo y
permeato.
•Rechazo salino. (Cantidad de sal que la membrana no deja pasar).
actualmente por encima del 99,5%
•Balance salino
•Transporte de agua y salino.
•Las areas deben ser iguales
•Determinación del número de módulos.
Transporte de agua
Transporte salino
Salinidad media lado
alimentación:
15. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Modelos
•Ecuaciones en punto de diseño y fuera de punto de diseño de la unidad
TVC.
•Balances de materia y energía.
•Incrementos en puntos de ebullición.
•Eyector.
Ra presenta un mínimo en 1,5 MPa
Mev es máximo
•Evaporación súbita.
•Areas de intercambio.
16. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Modelos
•Estimación de costes.
•Central de ciclo combinado: costes de inversión,indirectos, operativos
(amortización, combustible, operación y mantenimiento y emisión CO2)
Coste de la energía cedida (infrautilización).
•Osmosis inversa: costes de inversión, indirectos, operativos
(amortización, operación y mantenimiento, reemplazamiento módulos,
tratamiento químico y energía).
•TVC: costes de inversión, indirectos, operativos (amortización,
operación y mantenimiento y energía).
Fijos Variables
Costes operación
Fijos Variables
Infrautilización
17. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Resultados
•Central de ciclo combinado, nominal y fuera de diseño.
Parámetro Situación A Situación B
Coste generación (7000 horas) (c€/kWh) 4,886 4,886
Infrautilización (M€) 0 0
Rendimiento 53,3 53,0
Potencia (MW) 400 398,2
Relación de compresión 21 21
Caudal másico combustible (kg/s) 16 16
Caudal másico gas (kg/s) 666 666
Temperatura entrada turbina gas 1569 1569
Potencia turbina gas (MW) 260 260
Rendimiento turbina gas 35,1 35,1
Presión de baja (bar) 5 5
Pinch Point de baja (K) 7 7
Caudal másico baja (kg/s) 15,26 11,59
Presión intermedia (bar) 50 30
Pinch Point intermedia (K) 7 7
Temperatura vapor intermedia (K) 760 775
Caudal másico intermedia (kg/s) 18,01 37,48
Presión de alta (bar) 145 180
Pinch Point de alta (K) 7 7
Temperatura vapor de alta (K) 843 860
Caudal másico de alta (kg/s) 82,8 61,85
Parámetro Situación A
80%
Situación A
50%
Situación B
80%
Situación B
50%
Coste generación (2000 horas)
(c€/kWh)
5,103 5,916 5,101 5,940
Infrautilización (M€) 8.73 9,70 8,74 9,69
Rendimiento 50,9 43,3 50,9 43,6
Potencia (MW) 320 200 320 200
Relación de compresión 20,5 19,4 20,5 19,4
Caudal másico combustible (kg/s) 13.54 9,85 13,54 9,85
Caudal másico gas (kg/s) 663,54 659,85 663,54 659,85
Temperatura entrada turbina gas 1448 1259 1448 1259
Potencia turbina gas (MW) 215 141,5 215 141,5
Rendimiento turbina gas 33,9 30,6 33,9 30,6
Presión de baja (bar) 5 5 5 5
Caudal másico baja (kg/s) 18 13 15 13
Presión intermedia (bar) 40 25 25 25
Temperatura vapor intermedia (K) 716 651,5 691 651,2
Caudal másico intermedia (kg/s) 26 18 37 18
Presión de alta (bar) 130 83 150 83
Temperatura vapor de alta (K) 691 667,6 723 667,1
Caudal másico de alta (kg/s) 74 41 65 44
18. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Resultados
BB80 AA80
Alta
BB80
A
A80
Intermed.
El incremento de entalpía es más
acusado en B80 a B nominal que en A80
a A nominal.
19. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Resultados
•Planta TVC, tanto en 4 efectos como en 8, es suficiente una iteración y
y una sola evaporación intermedia F para recuperar calor.
Parámetro Producción Coste unitario
xb (ppm)
dM∆ → ∆ VCCdδ∆ →
xf (ppm)
dMδ → ∆ VCCdδ δ→
mM (kg/s) dM∆ → ∆ VCCdδ∆ →
Pm (bar) Máx. a 14 - 15 bar Mín. a 14 – 15 bar
Ts (ºC)
dMδ → ∆ VCCdδ δ→
Tb4 (ºC)
dM∆ → ∆ VCCdδ∆ →
t1 (ºC)
dM∆ → ∆ VCCdδ∆ →
∆TPI (ºC)
dMδ → ∆ VCCdδ δ→
Tcw (ºC) ∼ no afecta
VCCdδ δ→
nº efectos
dM∆ → ∆ VCCdδ∆ →
dism. Ts dism Ps ec. eyector dism Ra aumenta Mev
aumenta energía aportada
disminuyen los flujos de alimentación y salmuera,
más energía disponible
aumento temperatura de la alimentación
aumenta Tv4 y Pev ec. eyector dism Ra aumenta Mev
a menor gradiente menor pérdida de destilado por
condensacion.
4 a 8 efectos aumento PR orden del 60% al 65%
20. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Resultados
•Unidad de ósmosis inversa.
Parámetro Producción RO Coste unitario
xf (ppm) xp∆ → ∆ ROCdδ δ→
pM (kg/s) -----
ROCd∆ →≅
Pf (kPa)
pM∆ → ∆ ROCd∆ → ∆
Pp (kPa)
pMδ → ∆ VCCdδ δ→
Ta (ºC) pMδ → ∆ VCCdδ δ→
aumento presión trabajo aumenta producción
aumento concentración alimentación, aumenta la
del permeato, e incrementa el coste de operación
disminución presión lado permeato mejora la
influencia de la presión de trabajo
una disminución de la temperatura ambiente,
produce un efecto parecido al de disminución de
presión en el lado del permeato (dismimuye la
pérdida de presión al reducirse la agitación
molecular)
21. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Resultados
Hasta completar
capacidad nominal
22. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Resultados
Costes TVC (6):
3,4$/t (1200 m3/d)
Costes RO:
1,34$/t (3500 m3/d)
1,36$/t (5000 m3/d)
23. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Resultados
•Planta que podría ser operativa prácticamente todo el año, cubriendo
las distintas posibilidades de funcionamiento de la CCC.
2,49 €/t tipo A
2,41 €/t tipo B
3,2 años tipo A
4 años €/t tipo B
24. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Resultados
•Pérdidas exergéticas
•Una planta TVC (de entre 22 MW a 55 MW) duplica aproximadamente
la destrucción exergética de una planta equivalente en potencia de
ósmosis inversa.
TVC 4 efectos (22 a 55 MW) TVC 8 efectos (22 a 55 MW)
Eyector 39% 39%-41%
Total efectos 29% 20%-22%
Condensador IC 15% 13%-11%
Retorno al mar 17% 27%-26%
•La destrucción exergética mayoritaria se genera en el eyector.
•Al incrementarse el número de efectos se incrementa su eficiencia al
aprovecharse el salto térmico.
•La destrucción específica de exergía por kg/s de destilado o permeato
(plantas entre 22 MW a 55 MW).
es de:
TVC 4 efectos 130 kW/kg/s
TVC 8 efectos 84-87 kW/kg/s
RO 10,4-10,5 kW/kg/s
25. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Resultados
•Análisis de sensibilidad
•Un incremento del 10% en el precio del gas natural produce un 8,5%
de incremento en el coste de la energía cedida por la CCC.
•Afectando a las unidades TVC y RO en:
Hasta completar
capacidad nominal
•Una variación en la temperatura del mar del 21% afecta un 1,7% en
instalaciones de 4 efectos y un 0,4% en instalaciones de 8.
•La variación de la temperatura ambiente no afecta a instalaciones
de ósmosis inversa.
26. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Ambiental
•Incidencia ambiental. Emisión de concentrados.
•En una planta que pueda funcionar todo el año se emiten 15.000 t/dia
de sal al mar, ( equivalente a una concentración de 50.000 ppm).
•Afecta a poblaciones de:
• Posidonia con un S25,lim de 40.000 ppm.
•Otras especies poseen S25,lim de 50.000 ppm.
•Moluscos (Mejillon) posee S25,lim de 70.000 ppm.
•Una solución es la emisión submarina, pero hay que efectuar el estudio
de impacto ambiental recogiendo la dinámica de la dispersión, la toxicidad
para la flora y fauna afectada y el compendio de elementos emitidos y
posibles radionúclidos.
•Obtener sal por secado, posee un bajo rendimiento (4 L/m2 dia).
•Unir a la emisión de plantas de tratamiento de aguas (EDAR).
•En investigación su aplicación en piscifactorías.
•Se estima un coste de entre el 5% al 12% del coste de desalinización.
27. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Conclusiones
•Conclusiones:
•Producir agua desalinizada, de acuerdo con el escenario anual,
con una producción diaria entre 75.000 a 84.000 m3 y suministrar a
una problación de 200.000 habitantes.
•Se ha profundizado en el conocimiento de la unidad térmica TVC.
Al efectuar su modelización y análisis parámétrico ( del cual no hay
prácticamente estudios previos).
•No es preciso trabajar a temperaturas superiores a 70ºC en la alimentación.
•Se ha analizado el funcionamiento de la unidad RO.
•Por unidad de alimentación (agua de mar 37.000 ppm) la producción de
la unidad TVC es un 90% superior a la unidad RO y por unidad de potencia
aplicada es más eficiente la planta RO (20% ERD).
•Optimización de este tipo de plantas.
28. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Infrautilización Ejemplo
•Se basa en modelos de imputación racional de costes fijos.
•Ejplo: Una planta tiene una capacidad nominal para producir 1000 piezas
al año y sus costes fijos son de 1000 € / año.
•Si produce a capacidad nominal del 100% el coste estandard
de la pieza es de 1 €/año y no hay infrautilización.
Beneficio=Ventas-Costes=1500-1000= 500 €
Resultado Fábrica=Producción-Costes-infrautilización=1000-1000-0= 0 €
•Si produce a capacidad del 50% el coste estandard de la pieza
es de 1 €/año y posee una infrautilización de 500 € / año.
Beneficio=Ventas-Costes=750-500-infrautilización= -250 €
(PGC: Resultado=Ingresos-Gastos=750-1000= -250 €)
Resultado Fábrica=Producción-Costes-infrautilización=500-500-500= -500 €
Nota: Precio mercado, 1,5 € / pieza.
29. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
RD 134/2010
•Prioridad funcionamiento unidades de producción de energía eléctrica
basadas en fuentes primarias autóctonas. (Carbón).
•España es el 9º productor europeo de carbón. Pero el grado de
dependencia energética del exterior es del orden del 70%.
•Hasta un máximo del 15% de la cantidad de energía primaria total.
•En 2013 y 2014:
• potencia instalada 11% respecto del total.
•cobertura de la demanda 15,9% y 17,3%
•en el 2013 era de un 16%
30. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Tasa emisión
•Coste tasa emisión CO2 de acuerdo con el mercado de Derechos de Emisión
en la Unión Europea de acuerdo con la Directiva Europea (Directiva 2003/87/CE).
•La cotización del Derecho de Emisión durante los primeros años alcanzo y llegó a
superar los 30 €/t CO2 , durante los últimos 2 años (2011 y 2012), el coste ha
descendido a niveles inferiores a los 8 €/t CO2.
•España todavía está un 20% por encima de los compromisos de Kioto, por este motivo la
asignación de las cuotas de emisión gratuitas se reduce y por tanto las empresas emisoras de
CO2 que están en esta situación deben acudir al mercado de Derechos de Emisión,
comprando y vendiendo EUA’s (European Union Emission Allowances) ó CER’s (Certified
Emissions Reductions).
En el 2013, se está
cumpliendo el compromiso
de Kioto.
España ocupa la 12ª posición
de los paises emisores de
gases a nivel mundial.
32. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
CCC España 2
Evolución mensual demanda en centrales de ciclo combinado de 400 MW por
encima de 3000 h en el 2014
con respecto de su capacidad máxima (GWh)
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
Enero
Febrero
M
arzo
Abril
M
ayo
Junio
Julio
Agosto
Septiem
bre
Octubre
Noviem
bre
Diciem
bre
Evolución mensual demanda en centrales de ciclo combinado en 2014
respecto de su capacidad máxima (GWh)
0
5.000
10.000
15.000
20.000
Enero
Febrero
M
arzo
Abril
M
ayo
Junio
Julio
Agosto
Septiem
bre
O
ctubre
Noviem
bre
Diciem
bre
Todas
las CCC
Solo CCC
de 400 MW
por encima de
3000 h
33. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Evolución precio agua. (Fundación Aqualogy
2013) (Estudio AEAS-AGA 2013)(INE2012)
•Conceptos
incluidos en la
factura del agua
en España
(2012), según
provincia
•Abastecimiento
20% a 80%
•Saneamiento
30% a 40%
•Tasa residuos
15% a 25%
•Otros
2% a 20%
•IVA
10%
Precio medio:
1,72 €/m3
34. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Evolución precio agua. (Fundación Aqualogy
2013) (Estudio AEAS-AGA 2013)(INE2012)
•Precio del agua desglosado por provincias en España (2013) (AEAS-AGA):
35. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Evolución precio agua. (Fundación Aqualogy
2013)
Comparación entre paises:
14º lugar
36. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Método NTU
•Permite determinar el flujo de calor y las temperaturas de salida de los
fluidos caliente y frio.
Hay que determinar el flujo de calor máximo, para ello:
La diferencia de temperaturas máxima en un intercambiador de calor es
la diferencia entre las temperaturas de entrada correspondientes a la corriente
caliente (gas) y la corriente fría (vapor)
El flujo de calor será máximo cuando:
1.- el flujo de fluido frio (vapor) se caliente hasta la temperatura de entrada del
fluido caliente (gas).
2.- el flujo de fluido caliente (gas) se enfríe hasta la temperatura de entrada del
fluido frio (vapor).
gas caliente entra
gas frio sale
vapor frio entra
vapor caliente sale
Ambas condiciones sólo son posibles simultáneamente, cuando
las capacidades caloríficas de ambas corrientes sean iguales.
37. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Método NTU
•En una situación normal las capacidades caloríficas no son iguales y entonces el
fluido que posee menor capacidad calorífica es el que presenta el mayor cambio
en temperatura. Este se corresponde con el flujo de calor máximo posible:
gas caliente entra
gas frio sale
vapor frio entra
vapor caliente sale
•El valor NTU es:
siendo:
•Para un intercambiador a contra corriente:
•Y el flujo actual de calor es:
38. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Barcelona RO. What If
•Planta RO en el Prat de LLobregat (Fuente Comisión Europea)
•200.000 m3/dia coste de 222 M€ (80% financiado por la UE)
con un RR de 0,45
2,02 €/t tipo A
1,90 €/t tipo B
4,5 años tipo A
5,3 años €/t tipo B
A 80% a nominal B 80% al 90% AyB 50% al 70% A y B al 20%
Etapas Etapas Etapas Etapas
Coste generación
(c€/kWh)
4,886
2000 horas
4,920
2000 horas
5,400
2000 horas
6,960
3000 horas
TVC 8 8 8 8
dM (m3
/dia) 7.880 parada 7.880 7.880
Potencia (MW) 22 parada 22 22
Cd (€/t) 5,318 parada 5,674 6,178
Inversión
(M€)
7,3 7,3 7,3 7,3
RO
pM (m3
/dia) 75.750 75.750 75.750 75.750
Potencia (MW) 25 25 25 25
Cp (€/t) 1,65 1,65 1,72 1,62
Inversión
(M€)
62,1 62,1 62,1 62,1
xp (ppm) 122 122 122 122
MIX
dpM (m3
/dia) 83.630 75.750 83.630 83.630
Potencia (MW) 50 25 50 50
Cdp (€/t) 2,0 1,65 2,1 2,0
Inversión
(M€)
69,4 69,4 69,4 69,4
xp (ppm) 112 122 112 112
xb (ppm) 67200 67200 67200 67200
39. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
Barcelona RO. What If
•Evolución parámetros permeato:
40. Trabajo de Fin de Máster en Investigación en
Tecnologías Industriales
ERD
•Dispositivo ERD