Costos exergéticos de una turbina de gas considerando los gases de escape como pérdida o residuo variando la relación de presiones

Exergy costs of a gas turbine considerations exhaust gases as loss or waste by varying the pressure ratio

En este trabajo se realiza un análisis paramétrico a una turbina de gas, para conocer el comportamiento de los costos exergéticos de las corrientes energéticas en función de la relación de presiones en el compresor, considerando a los gases de escape como pérdida o residuo. Considerando a los gases de escape como una pérdida, su costo exergético asociado es cero; y si se consideran como residuo, su costo exergético es mayor que cero. El mayor costo exergético se tiene en la corriente que sale de la cámara de combustión, y como consecuencia es la más afectada, cuando la corriente de los gases de escape es una pérdida o un residuo. Por ejemplo, para la relación de presiones óptima para obtener la eficiencia térmica máxima, 40.05; cuando los gases de escape son una pérdida, el costo exergético de la corriente que sale de la cámara de combustión es de 787618 kW; y si los gases de escape se consideran como residuo, el costo exergético de la corriente de salida de la cámara de combustión se incrementa en 15.66%.

Introducción

En sus orígenes, se empleó el término “termoeconomía” para hacer alusión a la combinación del análisis exergético y económico. En 1983, George Tsatsaronis propuso la utilización de la palabra exergoeconomía para dar más precisión y no tener una generalización de la combinación de estos análisis [1]. De esta manera, la exergoeconomía es un método de estudio que, por un lado, permite evaluar y optimizar el diseño y funcionamiento de los sistemas energéticos; y por otro lado, identifica y cuantifica el origen de las pérdidas de exergía, irreversibilidades y residuos, mediante la asignación de costos exergéticos [2]. En la década de los años 1960, M. Tribus y R. B. Evans, desarrollaron los primeros trabajos en este tema [3]. Actualmente, C. Torres, A. Valero, D.J. Kim y I. Dincer,entre otros investigadores han aplicado el análisis exergoeconómico a escala industrial, en elanálisis, diagnóstico y optimización de sistemas energéticos [4]-[6].

Por otra parte, en los sistemas energéticos, además de tener un producto final, existen corrientes de energía generadas no deseadas. Éstas se conocen como residuos y representan una pérdida de exergía que tiene un costo inherente, que se debe cargar a los componentes del sistema, y por tanto afectan a los costos exergéticos de las corrientes. Además, es importante identificar en qué lugar se encuentra el residuo y en dónde se forma su costo dentro del sistema, de tal manera que, la descripción del proceso de formación del costo del residuo es una herramienta para la mejoraen la eficiencia del sistema y en la asignación correcta del costo de las corrientes de salida del sistema. Entonces, si un proceso genera o contribuye a generar un residuo, el proceso debe compartir la responsabilidad de la eliminación del mismo. El procedimiento detallado de contabilidad de costos exergéticos se conoce como el proceso de formación de costos del residuo [2], [7].

Conocer el costo exergético del residuo, permite cuantificar el efecto de las irreversibilidades acumuladas en la generación dela corriente de exergía. Este costo se puede formar en el propio equipo, en el que se produce la corriente, pero también a lo largo de la cadena de las corrientes y de los equipos del proceso de producción que generan el residuo [8]-[11]. Por tal razón,en este trabajo se desarrolla la metodología de costos exergéticos para el estudio de la corriente de salida, considerándola como pérdida o residuo en la turbina de gas.