9. ANALISIS Y DISCUSIN En esta seccin se interpretan los datos de eficiencias encontrados durante el proceso, la finalidad es determinar los focos de ineficiencia su posible causa y una posible solucin.

9.1 DISTRIBUCIN ENERGTICA DE LA PLANTA EN GENERAL

Para dar una visin grafica de los flujos de energa a travs del sistema se realiz el diagrama Sankey, se puede observar que la entrada de combustible en la turbina de gas y las calderas de generacin de vapor equivalen al 100% de la energa que entra al sistema.

9.2 RADIO DE DESTRUCCIN DE EXERGA TOTALEn esta seccin presentaremos el porcentaje de exerga destruida de cada uno de los equipos sobre la exerga total destruida en el sistema, calculado con los datos promedios de operacin, lo cual permite tener una idea de cul es el porcentaje de destruccin de exerga y conocer cules son los equipos que ms impacto tienen en la generacin de entropa:

Es necesario enfatizar en el hecho de que el porcentaje para los gases a la atmsfera (Figura 21), no es exerga destruida (irreversibilidades), sino exerga que sale del proceso y se tratara como exerga perdida

9.3 ZONAS DE CICLO COMBINADO En esta seccin se realizara el anlisis de los resultados por zonas, todo esto con el fin de facilitar la mayor comprensin y estudio de los mismos las zonas se dividen de esta manera: zona de turbogas, zona de HRSG, zona de calderas y zona de turbovapor.

9.3.1 Zona Turbogas Se analizaran los equipos de la zona de turbogas y como vara la eficiencia del ciclo Joule-Brayton a las diferentes condiciones de operacin ofrecidas por la empresa de esta zona. La figura 22 presenta la variacin de la temperatura a la entrada de la turbina de gas, a lo largo de los 4 das de estudio, que fue calculada conociendo la temperatura de salida de la turbina de gas, la potencia elctrica generada y el factor de potencia cada 8 horas.

La temperatura a la entrada de la turbina de gas juega un papel muy importante en la produccin de energa por medio del ciclo Joule-Brayton, la figura 23 grafica la influencia de la temperatura de entrada a la turbina de gas, a diferentes eficiencias isentropicas de la turbina e igual presin a la entrada, sobre la eficiencia exergtica del ciclo Joule-Brayton, al aumentar la temperatura de entrada se obtendr una mayor eficiencia exergtica para el ciclo Joule-Brayton

El manejo inadecuado de la turbina impactara de manera negativa en la eficiencia isentropica de la misma, y a su vez esto reducira la eficiencia del ciclo Joule-Brayton.Tsatsaronis realiz un anlisis sensitivo, en donde mostro la influencia e importancia de la eficiencia isentropica de algunos equipos en el aumento de la eficiencia exergtica del ciclo Joule-Brayton, mostrando una tendencia (lineal), similar a la presentada en este trabajo (Figura 24).

Otra variable a la que se le realizo un seguimiento fue a la presin de entrada en la turbina de gas, el mximo valor de presin alcanzado en este punto es de 216 psig y el mnimo es de 178.3 psig (Figura 25)

Es importante analizar cul es la eficiencia que promedian los equipos dentro de la turbina de gas. A continuacin se presentan (Figura 26) las eficiencias energtica, exergtica y del radio de destruccin de exerga ().

La figura 27 muestra el porcentaje de energa (factor de Carnot) que puede utilizarse al quemar el combustible, notamos que al ir aumentando la temperatura de los gases de combustin, mayor ser la disponibilidad de exerga en los gases de combustin y menor la cantidad de exerga destruida.

9.3.2 Zona HRSG

La figura 28 muestra la variacin de las eficiencias energticas, exergticas y el radio de destruccin de exerga (), dentro de la caldera de recuperacin (HSRG), teniendo en cuenta cada uno de los equipos dentro de la misma y los datos promedios de operacin.

La figura 29 muestra la exerga destruida en la HRSG, de esta figura se observa que los gases que salen a la atmsfera representa un alto aporte en cuanto a prdida de exerga se refiere.

En la caldera de recuperacin HRSG, un aumento de los niveles de presin, incide directamente en la disminucin de las diferencias de temperatura, potenciando la recuperacin de energa, acercando ms el proceso a la reversibilidad, algunos estudios muestran que al aumentar los niveles de presion en la caldera HRSG se disminuyen las prdidas destruccin de exerga y afectando de manera apreciable a la eficiencia del ciclo.

9.3.3 Zona calderas Las figuras 30, 31 y 32 presentan las eficiencias energticas, exergtica y el radio de destruccin de exerga () de las calderas 103,104 y 305 del proceso real y proceso terico, para este ltimo se asumi que el intercambio de calor entre gases de combustin y agua, es adiabtico.

En los diagramas anteriores y en la tabla 16, se evidencia que las eficiencias energticas y exergticas de las calderas 103 y 104 son similares, hay que tener en cuenta que las calderas son del mismo tipo y tamao, y operan en casi condiciones similares, esto confirma la informacin suministrada en el diagrama de destruccin de exerga (Figura 21), para los cuales el aporte en cuanto a destruccin de exerga es similar en estas dos calderas.

9.3.4 Zona turbovapor. La figura 40 muestra el comportamiento de la temperatura a la entrada de la turbina de vapor, se observa que las temperaturas oscilan en un rango menor que en la turbina de gas, tienen un punto mximo a 823 F y el mnimo se encuentra a 791 F las temperaturas varan en promedio 9.64 F cada 8 horas.

La figura 41 muestra las eficiencias energticas, exergticas y el radio de destruccin de exerga en el equipo (). Se aprecia que, aunque el radio de destruccin de exerga de la turbina de vapor es mayor que el de la turbina de gas, este valor sigue siendo bajo, esto es un indicio de que estos equipos tienen tiempos considerables de vida til.

9.3.5 Resumen de eficiencias energticas y exergticas de equipos. En la figura 42 se resumen las eficiencias energtica y exergtica de los equipos de ms relevancia dentro del ciclo combinado, es importante advertir que los clculos de las eficiencias se hicieron con los valores promedios de los datos.

Se observa que las eficiencias energticas de las calderas son las ms bajas del ciclo combinado, y esto se debe a que las calderas llevan a cabo el proceso de combustin y de intercambio de calor; a pesar de esto las eficiencias se encuentran en valores aceptables en comparacin con otros ciclos.

9.3.6 Ciclo Joule-BraytonLa figura 43 presenta el cambio de eficiencia exergtica de ciclo Joule-Brayton durante las 112 horas de estudio, esta grafica brinda una informacin valiosa, ya que muestra bajo qu condiciones de operacin se presentan los puntos ms altos de eficiencia exergtica, tambin muestra que la eficiencia energtica del ciclo est por debajo de la exergtica.

Para mayor claridad en la figura 44 se plasman las eficiencias energticas y eficiencias exergticas en las condiciones mximas, mnima y promedio del ciclo Joule-Brayton.

9.3.7 Ciclo Rankine El ciclo Rankine durante las 112 horas de anlisis, presento valores muy bajos de eficiencia exergtica su tope mximo apenas fue de 12.20 % y el mnimo de 10.20 % (figura 45), adems de esto como se puede ver en la figura 46 presento un comportamiento mucho ms inestable que el del ciclo Joule-Brayton. Posiblemente estas diferencias se den, por la gran irreversibilidad que presentan las calderas que suministran calor al ciclo de Rankine, la distancia existente entre las calderas y la turbina de vapor, el mal aislamiento de las tuberas que conectan a los dos equipos, la deficiencia en la insulacin trmica en las calderas y que parte de todo el calor absorbido no va dirigido a la generacin de energa elctrica, si no que una parte va hacia otras plantas.