Estudio de viabilidad sobre la implementación de un ciclo orgánico rankine en el actual sistema de generación eléctrica en el Archipiélago de San Andrés

En el presente proyecto se realiza la simulación y evaluación energético-económica para determinar la viabilidad de la implementación de un sistema de recuperación de calor, por medio de un ORC (Ciclo Orgánico Rankine) en la central de generación eléctrica de San Andrés (SOPESA). Se caracterizaron l...

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Autores:: Chinomes Zuluaga, Stephany Tatiana
Sierra Cardozo, Jesús David

Tipo de recurso:: Trabajo de grado de pregrado

Fecha de publicación:: 2021

Institución:: Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB

Repositorio:: Repositorio UNAB

Idioma:: spa

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Se caracterizaron los grupos electrógenos que están instalados en la central eléctrica de San Andrés mediante ecuaciones que modelan su comportamiento. Estas ecuaciones se obtuvieron producto de varias regresiones de datos dados por diversos fabricantes de motores (Catherpillar, Cummins y General Electric) con las cuales se determinó la temperatura de los gases de escape, flujo de salida y consumo de combustible. Se caracterizó el ORC en cada una de sus etapas (evaporador, turbina, condensador y bomba), con el fin de establecer las condiciones de trabajo del sistema. Con respecto a la selección del fluido de trabajo, se tuvieron en cuenta varias características deseables, como lo son: Temperatura y presión crítica adecuada, volumen específico pequeño, alto coeficiente de transferencia de calor, baja viscosidad, estabilidad térmica, no ser corrosivo y no tóxico, entre otras. 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MARCO TEÓRICO ................................................................................................ 14 1.1 GENERALIDADES 14 1.2 MOTOR DE COMBUSTION INTERNA 16 1.3 ENERGÍA EN MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA 17 1.4 RECUPERACIÓN DE CALOR RESIDUAL 17 1.5 CICLO ORGÁNICO RANKINE 17 1.6 INTERCAMBIADORES DE CALOR 19 1.7 MÁQUINA DE EXPANSIÓN 20 1.8 CONFIGURACIONES DE CICLOS RANKINE COMO SISTEMAS DE RECUPERACIÓN DE CALOR EN UN MCI. 21 1.9 SELECCIÓN DEL FLUIDO DE TRABAJO CICLOS RANKINE COMO WHRS EN MCI 22 1.10 SOFTWARE THERMOFLEX. 24 2. ESTADO DEL ARTE ............................................................................................. 26 3. OBJETIVOS............................................................................................................ 33 3.1 OBJETIVO GENERAL 33 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 33 4. METODOLOGIA ................................................................................................... 34 4.1 FASE CARACTERIZACIÓN DEL GRUPO ELECTRÓGENO, FLUIDOS DE TRABAJO Y ORC. 34 4.2 FASE DE SIMULACIÓN DEL SISTEMA MCI/ORC IMPLEMENTANDO EL SOFTWARE THERMOFLEX. 35 4.3 FASE DE EVALUACIÓN ENERGÉTICO-ECONÓMICA DE LA IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE RECUPERACIÓN DE CALOR. 35 5. DESARROLLO ...................................................................................................... 36 5.1 CARACTERIZACIÓN DEL GRUPO ELECTRÓGENO 36 5.2 CARACTERIZACIÓN Y SELECCIÓN DEL FLUIDO DE TRABAJO 39 5.3 CARACTERIZACIÓN DEL ORC 45 6. RESULTADOS ....................................................................................................... 50 6.1 DISPONIBILIDAD DEL RECURSO 50 6.2 SIMULACIÓN DEL SISTEMA MCI/ORC EN EL SOFTWARE THERMOFLEX 52 6.3 AHORRO DE COMBUSTIBLE 56 7. ANÁLISIS ECONÓMICO ..................................................................................... 60 7.1 COSTO NIVELADO DE ENERGÍA ORC 60 7.2 COSTO NIVELADO DE ENERGÍA MOTOR 64 7.3 COSTO NIVELADO DE ENERGÍA MCI/ORC 65 8. CONCLUSIONES .................................................................................................. 67 9. BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 68PregradoIn this project, the energy-economic simulation and evaluation is carried out to determine the feasibility of the implementation of a heat recovery system, through an ORC (Organic Rankine Cycle) in the San Andrés power generation plant (SOPESA) . The generating sets that are installed in the San Andrés power plant were characterized by equations that model their behavior. These equations were obtained as a result of several regressions of data given by various engine manufacturers (Catherpillar, Cummins and General Electric) with which the temperature of the exhaust gases, outlet flow and fuel consumption were determined. The ORC was characterized in each of its stages (evaporator, turbine, condenser and pump), in order to establish the working conditions of the system. With regard to the selection of the working fluid, several desirable characteristics were taken into account, such as: adequate critical temperature and pressure, small specific volume, high heat transfer coefficient, low viscosity, thermal stability, not being corrosive and not toxic, among others. Using Thermoflex, a software specialized in energy balances, different cases were simulated by varying the load of the motors and it was found that toluene is the fluid that obtained the best results in the energy and economic evaluation, being the most efficient fluid increasing approximately 11% the power generated by the system with the implementation of the ORC, and with a levelized cost of energy of 264,162 COP / kW and a return on investment of 1.30 years.application/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaEstudio de viabilidad sobre la implementación de un ciclo orgánico rankine en el actual sistema de generación eléctrica en el Archipiélago de San AndrésFeasibility study on the implementation of a rankine organic cycle in the current electricity generation system in the Archipelago of San AndrésIngeniero en EnergíaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABPregrado Ingeniería en Energíainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPEnergy engineeringTechnological innovationsEnergySan Andrés power plantThermoflexElectric powerElectric sectorFeasibility studiesIngeniería en energíaInnovaciones tecnológicasEnergíaEnergía eléctricaSector eléctricoEstudios de factibilidadCentral eléctrica de San AndrésThermoflexAlbuixech, M. A. (2017). Desarrollo de un modelo de ciclo orgánico Rankine. Ejemplo de aplicación para análisis de fluidos de trabajo de bajo potencial de efecto invernadero. Universitat, 129Chatzopoulou, M. A., Lecompte, S., Paepe, M. De, & Markides, C. N. (2019). Off-design optimisation of organic Rankine cycle (ORC) engines with different heat exchangers and volumetric expanders in waste heat recovery applications. Applied Energy, 253(June), 113442. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113442Desai, N. B., & Bandyopadhyay, S. (2009). Process integration of organic Rankine cycle. Energy, 34(10), 1674–1686. https://doi.org/10.1016/j.energy.2009.04.037Fitó, J., Hodencq, S., Ramousse, J., Wurtz, F., Stutz, B., Debray, F., & Vincent, B. (2020). Energy- and exergy-based optimal designs of a low-temperature industrial waste heat recovery system in district heating. Energy Conversion and Management, 211(December 2019), 112753. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.112753Jaime Sánchez. (2015). 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