Análisis energético-exergético de una caldera

Abstract

Uno de los principales objetivos de la Termodinámica es el estudio de las instalaciones Termo energéticas, las mismas que comprenden una variedad de aparatos que desarrollan o requieren trabajo mecánico. La eficiencia de muchas de estas instalaciones es bastante baja, de tal manera que su perfeccionamiento representa una necesidad. Para el análisis de los procesos Termodinámica, en las cuales interviene el calor, la Termodinámica actual utilizados métodos clásicos de investigación: El método de los ciclos cuyos principios establecieron Carnot y Clausius el método de los potenciales de Gibbs. Sin embargo, a la fecha se observa el empleo más frecuente del análisis energético a base de un nuevo concepto, el de exergía (energía utilizable en las aplicaciones técnicas). El método clásico de los ciclos ganó una importancia particular en la Termodinámica Técnica, puesto que a base de la Primera y Segunda Ley de la Termodinámica es posible establecer relaciones entre los valores energéticos interna; (cantidad de calor y trabajo mecánico) y el parámetro del sistema Termodinámico. El método de los ciclos permite determinar las pérdidas debidas a la irreversibilidad del proceso analizado y la separación de estas en pérdidas internas y externas respectivamente y, con algunos cálculos suplementarios para determinar el aumento de entropía; es posible (en algunos casos) repartir las pérdidas entre los elementos separados de las máquinas o instalaciones estudiadas. Con la aparición de nuevos tipos de instalaciones de generación de potencia (nucleares, vapor-gases), máquinas y aparatos con usos caloríficos y frigoríficos, instalaciones de compresión y expansión de mezcla de gases etc. ha aumentado el número de procesos estudiados y complicado los esquemas de operación. En estos casos el método de los ciclos resulta insuficiente para resolver problemas más complicados. Descartándose en algunos casos debido a su principal desventaja que es la de no poder evaluar la capacidad de trabajo mecánico de las sustancias y flujos de energía, tomando en consideración las condiciones del medio ambiente. El método de los Potenciales de Gibbs encontró un mayor campo de aplicación en la Termodinámica química, donde tampoco las funciones características muestran la evolución de los flujos de energía y de la sustancia de trabajo fuera de las fronteras del sistema y su interacción con el medio ambiente puesto que en este método entran en discusión solamente los parámetros y procesos internos del sistema, y su relación con varios factores energéticos exteriores. Mediante el exergético de una instalación es posible obtener una imagen completa, ya que permite conocer en cada una de las partes del proceso analizado las pérdidas y recursos de energía útil, y caracteriza la capacidad de trabajo mecánico de las sustancias y flujo; de energía. La función termodinámica llamada exergía elimina mediante su empleo en las aplicaciones termo técnicas las principales desventajas del método de los ciclos, e igualmente permite la solución de los problemas de termodinámica técnica con la aplicación de las funciones características de la termodinámica química. En el presente trabajo se expone el estudio de los fundamentos y aplicaciones del método exergético, que incluye junto a los parámetros del sistema los parámetros del medio ambiente, de manera que las funciones permiten determinar en cualquier situación los recursos energética; del sistema y su capacidad de transformación en otras formas de energía en las condiciones del sistema y del medio ambiente. El trabajo se culmina con una aplicación práctica de ensayo energético - exergético del caldero pirotubular del laboratorio de máquinas térmicas de la U.N.I. El propósito de este trabajo es complementar el estudio de los procesos termodinámicos, puesto que el análisis energético resulta insuficiente para caracterizar una instalación.