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4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 78 4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO En este capítulo se tratan conjuntamente los resultados obtenidos del análisis termodinámico y económico mediante procedimientos que serán explicados a continuación. En primer lugar se expone la teoría en que se basa el análisis termoeconómico y los resultados que se obtienen de dicho análisis. En los apartados posteriores se aplican esos procedimientos a los datos obtenidos en los capítulos relativos al análisis termodinámico y económico. 4.1 TEORÍA PARA EL ANÁLISIS Y EVALUACIÓN TERMOECONÓMICA 1 La termoeconomía es una rama de la ingeniería que combina el análisis exergético con principios económicos con el objeto de optimizar el diseño de un sistema térmico o la operación de éste con información no disponible a través del análisis energético convencional, y que es crucial para un buen diseño y operación con una ótima relación coste-efectividad. El análisis termoeconómico está basado en el concepto de exergía como ayuda fundamental para la minimización de costes debido a que gracias a él se obtiene una información más completa del proceso térmico que se quiere analizar. Para sistemas con más de un producto, como la planta de cogeneración motivo de este proyecto, el objetivo es obtener el coste de producción de cada uno de ellos. Este es un problema común a plantas químicas y térmicas donde la potencia eléctrica, el agua enfriada, aire comprimido y vapor a diferentes presiones son generados en un departamento y vendidos o traspasados a otro. El operador de la planta desea conocer el coste real de cada una de las utilidades generadas. Los costes son entonces evaluados según el uso que se le da a cada corriente, teniendo en cuenta las ineficacias del proceso. De acuerdo con lo expuesto, el objetivo de un análisis termoeconómico debe ser: 1) Calcular los costes de cada producto generado en la planta. 2) Comprender la formación de costes y flujos monetarios en el sistema. 3) Optimizar variables específicas asociadas a cada uno de los componentes. 4) Optimizar el sistema completo. 1) La teoría expuesta en el apartado 4.1 se obtiene en su totalidad de las referencias [1] y [2] de este capítulo
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4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 78
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICOEn este capítulo se tratan conjuntamente los resultados obtenidos del análisis
termodinámico y económico mediante procedimientos que serán explicados a
continuación. En primer lugar se expone la teoría en que se basa el análisis
termoeconómico y los resultados que se obtienen de dicho análisis. En los apartados
posteriores se aplican esos procedimientos a los datos obtenidos en los capítulos
relativos al análisis termodinámico y económico.
4.1 TEORÍA PARA EL ANÁLISIS Y EVALUACIÓN TERMOECONÓMICA1
La termoeconomía es una rama de la ingeniería que combina el análisis
exergético con principios económicos con el objeto de optimizar el diseño de un
sistema térmico o la operación de éste con información no disponible a través del
análisis energético convencional, y que es crucial para un buen diseño y operación con
una ótima relación coste-efectividad.
El análisis termoeconómico está basado en el concepto de exergía como ayuda
fundamental para la minimización de costes debido a que gracias a él se obtiene una
información más completa del proceso térmico que se quiere analizar.
Para sistemas con más de un producto, como la planta de cogeneración motivo
de este proyecto, el objetivo es obtener el coste de producción de cada uno de ellos. Este
es un problema común a plantas químicas y térmicas donde la potencia eléctrica, el agua
enfriada, aire comprimido y vapor a diferentes presiones son generados en un
departamento y vendidos o traspasados a otro. El operador de la planta desea conocer el
coste real de cada una de las utilidades generadas. Los costes son entonces evaluados
según el uso que se le da a cada corriente, teniendo en cuenta las ineficacias del proceso.
De acuerdo con lo expuesto, el objetivo de un análisis termoeconómico debe ser:
1) Calcular los costes de cada producto generado en la planta.
2) Comprender la formación de costes y flujos monetarios en el sistema.
3) Optimizar variables específicas asociadas a cada uno de los componentes.
4) Optimizar el sistema completo.
1) La teoría expuesta en el apartado 4.1 se obtiene en su totalidad de las referencias [1] y [2] de estecapítulo
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Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 79
4.1.1 Fundamentos de Termoeconomía
Antes de exponer los procedimientos en que se basa el análisis termoeconómico
es necesario definir algunos conceptos que caracterizan los diferentes tipos de flujo
exergético que pueden darse en la instalación: fueles, productos, exergía perdida y
exergía destruida.
Se define el producto de un equipo como el resultado deseado, la finalidad para
la que se adquiere y para la que opera. El fuel de un equipo está constituido por los
recursos utilizados para generar dicho producto. La exergía perdida de un componente
es la exergía asociada a las corrientes exergéticas que salen de él sin ser aprovechadas
por otro equipo de la instalación. Por último, la exergía destruida por un equipo es
aquella que se calculó en el análisis termodinámico a través de la ecuación de
Gouy-Stodola.
Por claridad y a modo de ejemplo, en la figura 4.1 de la página siguiente se
muestran las diferentes posibilidades para la definición de los productos y fueles que se
pueden dar en una máquina genérica.
En general, los fueles y productos de un equipo están definidos por corrientes
exergéticas simples o compuestas. Las corrientes simples son flujos de materia, calor o
trabajo que entran o salen de la máquina (corrientes 1i y 8e), mientras que las corrientes
compuestas están definidas por la variación de potencia energética entre una entrada y
una salida (corrientes 2i-2e y también 7e-7i). En el caso de reacciones químicas, los
reactantes se consideran fueles y los productos como productos (3i y 4i son fueles y 5e
y 6e son productos). El primer paso del análisis termoeconómico debe ser definir cuáles
son los fueles, los productos y las corrientes de exergía perdida para todos los equipos
de la instalación conforme a sus definiciones y teniendo en cuenta la situación y función
de cada equipo dentro de la planta. Nunca se debe estudiar un equipo con una visión
reducida, es importante analizar la instalación desde un punto de vista global que
permita distinguir el papel de cada una de las corrientes exergéticas. El tratamiento de
corrientes de un mismo equipo difiere en función del sistema en que ese componente
está integrado.
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Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 80
F
E1•
F
iE 2• F
eE 2•
F
iE 3• P
eE 5•
F
iE 4•
P
eE 6•
P
iE7•
P
eE 7•
P
E 8•
Figura 4.1
En un análisis económico convencional, el balance de costes que generalmente
se aplicada a un sistema que opera en modo estacionario adquiere la forma que se
muestra en la ecuación 4.1:OM
tot
CI
tottotFtotP ZZCC••••
++= ,, ec. 4.1
El balance contable anterior expresa: el coste de los productos de un sistema es
igual a la suma de costes debidos a los fueles más los costes asociados la inversión de
capital y los costes de operación y mantenimiento. Los costes de los productos y fueles
OMCM
ZZZ•••
+=
D
E•
L
E•
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Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 81
son costes exergéticos temporales, se asocian a cada corriente del sistema y su
formación se explica en el siguiente apartado. Los costes de capital junto con los de
operación y mantenimiento, no son costes exergéticos, y se calculan dividiendo la
contribución anual total de estos costes por el número de horas al año que la planta se
encuentra funcionando. La suma de esos dos costes dan lugar a una variable
fundamental para el análisis termoeconómico:OMCI
ZZZ•••
+= ec. 4.2
Este coste no exergético que se denota por•
Z se obtiene para cada uno de los
componentes en que se divide la planta. Son costes temporales [€/tiempo], e indican
cuánto cuesta mantener funcionando un equipo concreto por unidad de tiempo de
funcionamiento. La forma en que se calculan se explica más adelante.
4.1.2 Costes exergéticos temporales
Para sistemas que funcionan de forma estacionaria, existe un número concreto
de entradas y salidas asociadas a un aporte o cesión de materia y energía a través de los
límites de cada equipo o componente con su entorno. Asociada a estas transferencias de
materia y energía existe una transferencia de exergía de entrada o salida, al igual que
una destrucción de exergía debida a las irreversibilidades internas del sistema. El
motivo por el que se usa la exergía para la asignación de costes en sistemas térmicos
reside en que es el valor termodinámico que realmente mide las ineficiencias de cada
proceso.
Es por ello que se han obtenido en el análisis termodinámico las exergías
asociadas a cada corriente del sistema, ya sea de entrada o salida, debida a un flujo de
calor o de trabajo. El coste exergético temporal de una corriente genérica i es el
producto de dos valores:
iii EcC••
⋅= ec. 4.3
donde:
iC•
es el coste exergético temporal de la corriente i en [€/tiempo],
ci es el coste exergético unitario de la corriente i [€/unidad exergética],
iE•
es la potencia exergética de la corriente i [exergía/tiempo], obtenida mediante el
análisis termodinámico.
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 82
4.1.3 Ecuación básica de la Termoeconomía: balance exergético contable
Una vez comprendidos cada uno de los términos del balance de costes se puede
establecer la ecuación que se plantea para cada equipo de la instalación:
kkeks ZCC•••
+= ,, ec. 4.4
donde:
ksC ,
•
es el coste exergético temporal de todas las salidas del k-ésimo equipo,
keC ,
•
es el coste exergético temporal de todas las entradas del k-ésimo equipo,
kZ•
es el coste temporal no exergético debido a los costes de operación y mantenimiento
más los costes de capital del equipo k-ésimo.
La ecuación 4.4 indica que el coste total de las corrientes exergéticas de salida es
debido al coste de todas la corrientes exergéticas de entrada más los costes temporales
de capital y operación y mantenimiento de un componete genérico k de la instalación, o
lo que es lo mismo, se atribuyen a las salidas todos los costes en que se incurren para
producirlas. No se diferencia entre fueles, productos y pérdidas, que serán considerados
en el siguiente subapartado.
4.1.4 Relaciones auxiliares necesarias para la resolución del problema
termoeconómico
Cuando se comienza el análisis termoeconómico, los datos disponibles son las
potencias exergéticas iE•
de cada corriente másica y energética del sistema junto con
los costes no exergéticos kZ•
asociados a cada uno de los equipos.
Cuando se aplica el balance exergético contable a cada uno de los equipos del
sistema, se obtienen tantas ecuaciones como número de equipos componen la planta.
Sin embargo el número de incógnitas del problema, que son los costes exergéticos
unitarios ci, es mayor que el número total de ecuaciones. Por este motivo, es necesario
establecer una serie de ecuaciones adicionales que permitan completar el sistema de
ecuaciones y de esta forma poder resolver el problema termoeconómico.
Una vez identificadas las funciones de cada corriente de la instalación y
establecidos los balances exergéticos contables para cada equipo, es necesario realizar
hipótesis para el planteamiento de las ecuaciones auxiliares. De los posibles
planteamientos existentes, el más habitual es el que se propone a continuación:
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 83
1) Cuando el producto es una única corriente exergética, el coste exergético
unitario de esa corriente se calcula directamente de la ecuación de balance exergético
contable planteada anteriormente. Las ecuaciones auxiliares se formulan para el resto
corrientes exergéticas de salida, dependiendo de que hayan sido consideradas fuel o
exergía perdida.
2) Cuando el producto incluye m corrientes de salida hay que establecer m-1
ecuaciones adicionales que relacionen los costes exergéticos unitarios de las corrientes
de los productos. Para ello, la ecuación utilizada se basa en considerar constante el
incremento de los costes exergéticos para todas las corrientes de productos:
)( salidaPctec P ∈∀=∆ ec. 4.5
Esta ecuación supone admitir que cada unidad de exergía aportada a un producto
tiene el mismo coste medio para todas las corrientes.
3) Cuando la definición de fuel implica la diferencia entre dos corrientes de la
misma materia, el incremento del coste exergético unitario es nulo, o sea, es el mismo
coste para las dos corrientes. Se expresa a través de la siguiente ecuación:Fe
Fs
F ccc =⇒=∆ 0 ec. 4.6
Esta ecuación supone admitir que el coste total asociado con la disminución de
la exergía debe ser igual al coste medio de suministro de esa exergía aguas arriba del
componente analizado.
Estas son las hipótesis generalmente más adoptadas para la caracterización del
coste exergético unitario de fueles y productos, pero no basta con ellas para completar el
problema termoeconómico. Para tener tantas ecuaciones como incógnitas, es necesario
valorar la exergía perdida en cada componente. Esto se explica más adelante.
4.1.5 Costes exergéticos unitarios promedio de fueles y productos
Una vez fijadas las corrientes de fuel, producto y pérdidas, se definen los costes
exergéticos unitarios promedio de fueles y productos para un componente o un sistema.
El coste exergético unitario promedio del fuel representa el coste medio al que es
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 84
suministrada cada unidad de exergía a ese componente. Aplicando la definición a la
máquina de la figura 4.1 del subapartado anterior, el coste se obtendría como se indica
la ecuación 4.7.
F
i
F
i
F
e
F
i
F
Fii
F
iiFee
Fii
F
F
FF
EEEEE
EcEcEcEcEc
E
Cc43221
4433222211
)(•••••
••••
•
•
++−+
⋅+⋅+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅−⋅+⋅
== ec. 4.7
El coste exergético unitario promedio del producto se define como el coste
medio de la unidad de exergía generada por un componente o un sistema. La ecuación
5.8 muestra la obtención de tal coste para la máquina de la figura 5.1.
PP
i
P
e
P
e
P
e
PP
ii
P
ee
P
eePee
P
PP
EEEEE
EcEcEcEcEc
E
Cc87765
8877776655
)(
)(•••••
•••••
•
•
+−++
⋅+⋅−⋅+⋅+⋅== ec. 4.8
La obtención de los costes exergéticos unitarios promedio de fueles y productos
para cada una de las máquinas permite apreciar el encarecimiento de la unidad
exergética en cada componente, factor importante a tener en cuenta a la hora de tomar
decisiones sobre el diseño final de un sistema térmico.
4.1.6 Caracterización termodinámica y valoración de las exergías destruidas y
perdidas
Una vez que se han caracterizado los costes exergéticos unitarios de las
corrientes de fueles y productos, es necesario atribuir un coste a la unidad de exergía
perdida para poder resolver el problema termoeconómico.
La figura 4.1 que representa una máquina genérica puede ser simplificada a
partir de los costes promedio de fueles y producto anteriormente obtenidos, resultando
la figura 4.2, que va a ser utilizada para la caracterización termodinámica y la
asignación de costes exergéticos unitarios de las exergías destruidas y perdidas, así
como de los productos, conocidos los datos de los fueles y de los costes temporales
anualizados mantenidos y de operación y mantenimiento de la máquina (•
Z ).
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 85
Figura 4.2
BALANCE EXERGÉTICO:••••
=++ FLDP EEEE ec. 4.9
donde:•
E es la potencia exergética,
y las letras P,D,L,F asocian una magnitud al producto, exergía destruida, exergía
perdida y fuel respectivamente.
BALANCE CONTABLE:••••
+=+ ZCCC FLP ec. 4.10
donde:•
C es el coste temporal asociado a la categoría indicada por el superíndice.
Mediante el balance energético se caracterizan todas las exergías involucradas,
estableciendo una relación entre las cuatro potencias exergéticas que intervienen. Las
exergías perdidas y destruidas influyen de igual forma en el rendimiento energético,
definido como se muestra en la ecuación 4.11.
F
P
E
E•
•
=ε ec. 4.11
OMCM
ZZZ•••
+=
DD
cE ,•
FF
cE ,•
PP
cE ,•
LL
cE ,•
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 86
Sin embargo, desde un punto de vista técnico y económico –incluso ambiental-,
ambas ineficiencias no son equivalentes. La exergía destruida es una magnitud
imputable directamente a la máquina, mientras que la exergía perdida es un subproducto
no utilizado y por tanto no debe ser imputada a la máquina sino al sistema en su
conjunto. Si otra máquina se introdujera en el sistema para aprovechar una corriente de
exergía anteriormente perdida, ésta se correspondería con una corriente de fuel de la
nueva máquina. En cambio, la exergía destruida es, como su propio nombre indica,
posteriormente inutilizable.
La valoración de estas exergías ofrece diferentes alternativas. Uno de los
objetivos del análisis termoeconómico es comprender la formación de costes y flujos
monetarios del sistema además de optimizar el funcionamiento de cada componente y el
sistema en su conjunto. Por ello, cada corriente exergética perdida o destruida debe ser
valorada económicamente como una posibilidad de incremento de la eficiencia del
sistema, y por tanto su valoración económica mediante la asignación de un coste
exergético unitario debe cumplir estos objetivos.
Como se ha dicho, un componente no debe ser penalizado por su exergía
perdida, sino todo el sistema. Un criterio utilizado para esta valoración consiste en
suponer que la exergía perdida tiene como consecuencia una reducción de la exergía del
producto y de esta forma debe ser valorada, suponiendo que el coste exergético unitario
promedio del producto permanece constante cuando varía la exergía perdida. La
siguiente expresión expresa esta consideración:
kLkPkL EcC ,,,
••
⋅= ec. 4.12
donde:•
kLC , es el coste temporal de la exergía perdida asociada al equipo k,
kPc , es el coste exergético unitario promedio del producto asociado al equipo k,•
kLE , es la potencia exergética perdida en el k-ésimo equipo.
Otra forma de valorar la exergía perdida por un componente es suponer que la
pérdida de exergía en un determinado componente se cubre mediante el suministro de
más fuel, manteniéndose constante el coste exergético unitario promedio del fuel al
variar la exergía perdida. La ecuación 4.13 expresa este criterio:
kLkFkL EcC ,,,
••
⋅= ec. 4.13
donde kFc , es el coste exergético unitario promedio del fuel asociado al k-ésimo.
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 87
Por último queda considerar el criterio convencional usado para la consideración
de corrientes no aprovechadas, que consiste en no atribuir ningún coste a estas
corrientes. Este tipo de consideración no debe ser utilizada ya que penaliza al producto
de ese equipo con las ineficiencias que son responsabilidad del sistema en su conjunto.
Una vez valoradas las corrientes de exergía perdida de cada componente, junto
con los datos termodinámicos y económicos, y asumidas las hipótesis explicadas en el
apartado 4.1.4, se pueden obtener los costes exergéticos unitarios promedio de los
productos del sistema. Se obtiene de esta forma un coste temporal para cada corriente de
la instalación. Posteriormente, el coste asociado a las corrientes de exergía perdida de la
instalación debe ser imputado al sistema. Esto se consigue repartiendo
proporcionalmente entre los productos las perdidas económicas derivadas de tales
corrientes.
El coste asociado a la exergía destruida por un componente o proceso es un coste
oculto, pero muy importante, que solamente se pone de manifiesto con el análisis
termoeconómico. La influencia de la exergía destruida, que sí es imputable a la
máquina, se puede calcular despejando del balance exergético de la máquina la potencia
energética del fuel y sustituyéndola en la ecuación de balance económico, donde la
potencia exergética perdida está ya valorada al coste exergético unitario promedio del
producto. De esta forma la exergía destruida aparece valorada al coste exergético
unitario promedio del fuel.
kDkFkD EcC ,,,
••
⋅= ec. 4.14
donde:•
kDC , es el coste temporal de la exergía destruida en el equipo genérico k.
La ecuación 4.14 se establece suponiendo que el coste exergético unitario
promedio del fuel es independiente de la exergía destruida, y permite interpretar el coste
de la exergía destruida como el coste adicional del fuel que hay que introducir en el
k-ésimo equipo para obtener el producto deseado, teniendo en cuenta la exergía
destruida. De esta forma la destrucción de exergía supone un aumento del consumo de
fuel para la misma cantidad de producto.
Existe otra forma de valorar la exergía destruida, que se obtiene despejando de la
ecuación de balance exergético la potencia energética del producto y sustituyéndola en
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 88
la ecuación de balance económico, con lo que la exergía destruida aparece valorada al
coste exergético unitario promedio del producto.
kDkPkD EcC ,,,
••
⋅= ec. 4.15
Esta valoración se hace suponiendo que el coste exergético unitario promedio
del fuel es independiente de la exergía destruida, y permite interpretar el coste de la
exergía destruida como la pérdida económica que supone la reducción en la exergía del
producto cuando la exergía del fuel permanece constante y aumenta la exergía
destruida.
Las ecuaciones 4.14 y 4.15 son aproximaciones plausibles del coste de la exergía
destruida, la primera de ellas proporciona una estimación inferior al valor real, mientras
que la segunda da un valor superior al real.
Existe la opción de valorar a coste nulo la exergía destruida, pero esta visión
elimina posibilidades de mejora que son importantes en el diseño de un sistema térmico.
En este proyecto, el coste de la exergía destruida se considera a coste exergético
unitario del fuel, decisión que se justifica teniendo en cuenta que para conseguir una
determinada potencia exergética en el producto, el aumento de la exergía destruida
conduce irremisiblemente a un aumento en la potencia exergética del fuel, y por lo tanto
parece lógico valorar esa destrucción de exergía como el coste adicional de fuel que es
necesario aportar para obtener la misma cantidad de producto.
Por último, un aspecto importante que hay que tener presente es que la
importancia económica de la exergía destruida y perdida en un componente depende de
la posición relativa de dicho componente con respecto al fuel y al producto del sistema.
Así, un cambio en la exergía destruida y perdida en un componente cercano al producto
final, generalmente tiene un mayor impacto en el fuel suministrado que un cambio de la
misma magnitud en un componente cercano al equipo en que el fuel es suministrado a
todo el sistema.
4.1.6 Variables termoeconómicas para la evaluación del sistema
Una vez que se ha calculado el coste exergético unitario y el coste temporal de
todas las corrientes se definen una serie de parámetros termoeconómicos que permiten
realizar una evaluación del sistema. Los parámetros termoeconómicos utilizados en este
proyecto son los siguientes:
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 89
1) RELACIÓN DE EXERGÍA DESTRUIDA
Es la relación entre la potencia exergética destruida y la potencia exergética del
fuel de un componente genérico k.
kF
kDkD
E
E
,
,, •
•
=ρ ec. 4.16
2) RELACIÓN DE EXERGÍA PERDIDA
Es el cociente entre la potencia exergética perdida y la potencia exergética del
fuel total de la planta.
F
kLkL
E
E•
•
= ,,ρ ec. 4.17
3) RENDIMIENTO EXERGÉTICO
Se define como la relación entre la potencia exergética del producto y la
potencia exergética del fuel de cada equipo.
kF
kPk
E
E
,
,•
•
=ε ec. 4.18
4) DIFERENCIA RELATIVA DE COSTE EXERGÉTICOS UNITARIOS
PROMEDIO
Se define como el aumento relativo del coste exergético unitario promedio entre
el fuel y el producto según la ecuación 4.19.
kF
kFkPk c
ccr
,
,, −= ec. 4.19
Teniendo en cuenta la definición de los costes unitarios promedio del fuel y
producto, la expresión anterior puede expresarse de la siguiente manera:
•
•
•
••
⋅+
+=
kPkF
k
kP
kDkLk
Ec
Z
E
EEr
,,,
,,ec. 4.20
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 90
La ecuación 4.20 pone de manifiesto que el aumento del coste exergético
unitario promedio del producto respecto al fuel en el equipo k, es decir, el incremento
del coste de la unidad de exergía, se debe a tres factores, que son: la exergía destruida,
la exergía perdida y los costes de inversión y de operación y mantenimiento del k-ésimo
equipo.
5) FACTOR EXERGOECONÓMICO
Se define como el cociente entre los costes temporales anualizados, suma de los
costes mantenidos más los costes de operación y mantenimiento, y la suma de los
anteriores más los costes temporales de las exergías destruidas y perdidas, valoradas al
coste exergético unitario promedio del fuel y del producto respectivamente.
•••
•
⋅+⋅+
=
kLkPkDkFk
kk
EcEcZ
Zf
,,,,
ec. 4.21
El factor exergoeconómico así definido es la fracción de los costes no
exergéticos respecto a los costes totales. En este parámetro se tiene en cuenta el criterio
adoptado para la definición del coste temporal de las exergías perdidas y destruidas, es
decir, la exergía perdida se valora al coste unitario promedio del producto y la perdida al
coste coste exergético unitario promedio del fuel.
Estos parámetros unidos a los costes exergéticos unitarios promedio de fueles y
productos y el coste temporal de la exergía destruida en cada equipo permiten obtener
una serie de conclusiones que constituyen el resultado final del análisis y evaluación
termoeconómica.
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 91
4.2 PLANTEAMIENTO DE LAS ECUACIONES Y RESULTADOS
TERMOECONÓMICOS
El análisis termoeconómico utiliza como datos de entrada los costes anualizados
de combustible, los costes anualizados de operación y mantenimiento y los costes
mantenidos anualizados, además de los costes de adquisición de equipos, resultados
todos ellos del análisis económico. Del análisis termodinámico se obtienen las potencias
exergéticas de todas las corrientes y las potencias exergéticas destruidas en cada equipo.
Con todos estos datos, mediante el análisis termoeconómico se calcula el coste de la
unidad de exergía de cada corriente, además de la unidad de exergía perdida y destruida
en cada equipo.
Las ecuaciones y las hipótesis utilizadas son las expuestas en el apartado
anterior. A continuación se plantean las ecuaciones particularizadas para cada equipo y
para la planta de cogeneración completa. Las conclusiones se exponen en el capítulo 5.
En primer lugar se obtienen los costes temporales no exergéticos de cada uno de
los equipos, posteriormente se analiza uno por uno cada componente y finalmente se
exponen los resultados para toda la planta en conjunto.
4.2.1 Cálculo de los costes temporales no exergéticos [1]
Los costes no exergéticos son aquellos costes debidos a los costes de operación y
mantenimiento junto con los costes mantenidos. Estos costes se atribuyen a cada uno de
los equipos de forma proporcional al coste de adquisición de cada uno de ellos. La
ecuación 4.22 expresa esta atribución de costes para cada uno de los componentes del
sistema:
kLL
k PECFCPECCCOMZ ⋅⋅+
=• )( ec. 4.22
donde:•
kZ es el coste temporal no exergético asociado al equipo k,
OML es el coste anualizado de operación y mantenimiento de la planta de cogeneración,
CCL es el coste mantenido anualizado,
PEC es el coste de adquisición de todos los equipos que forman la planta,
PECk es el coste de adquisición del equipo k,
FC es el factor de capacidad de la planta.
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 92
El factor de capacidad es el parámetro que indica el número de unidades de
tiempo que la planta opera en un año.
Como se explicó en el capítulo del análisis económico, se tomaron variables
algunos parámetros, y en función de su valor se obtuvieron distintos resultados
económicos. Esta diferencia en los resultados económicos, concretamente en los gastos
mantenidos hace que se obtengan diferentes valores para los coste no exergéticos
asociados a los equipos. En la tabla de la página siguiente se muestran los resultados
económicos para los diferentes casos posibles, junto con los valores de los costes no
exergéticos obtenidos para cada uno de los equipos.
Los resultados muestran que la vida útil ejerce una influencia importante en los
resultados económicos (VAN y TIR), pero en cambio, los costes no exergéticos de los
equipos no se ven afectados prácticamente al variar la vida útil.
La tasa de interés afecta significativamente tanto en los resultados económicos
como termoeconómicos, es decir, al aumentar el interés el coste temporal no exergético
de los equipos se ve incrementado de forma importante.
Por último, es importante decir que los ingresos por energía vendida, ya sea
calor o energía eléctrica, no tienen influencia termoeconómica. Esto no se puede saber
con la interpretación de la tabla 4.1 solamente, pero para un cambio en los ingresos se
obtienen mayor valor actualizado neto (VAN) y una menor tasa interna de rentabilidad
(TIR) mientras que no se aprecia variación para los costes temporales no exergéticos ya
que los costes mantenidos no dependen de los ingresos.
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 93
ICT VIDA ÚTIL VARIABLES In= 5% In= 6% In= 10%
VAN / € 456 927 318 686 <0TIR / % 11 10 7 (<10)L.C. / €
(€/MWh)573 224
(62)618 600
(67) 820 466
Zgasif / (€/h) 28,22 30,53 40,84Zmot / (€/h) 16,07 17,38 23,25Zvap / (€/h) 7,95 8,60 11,50
Zagua / (€/h) 10,67 11,54 15,44
15AÑOS
Zhum / (€/h) 8,59 9,29 12,43VAN / € 882 498 676 548 63 084TIR / % 14 13 11L.C. / €
(€/MWh)570 891
(62)617 085
(67)823 524
(90)Zgasif / (€/h) 28,08 30,43 41,03Zmot / (€/h) 15,99 17,33 23,36Zvap / (€/h) 7,91 8,57 11,56
Zagua / (€/h) 10,61 11,50 15,51
ICT1
2 473 683 €
20AÑOS
Zhum / (€/h) 8,54 9,26 12,48VAN / € 306 639 164 183 -316 762TIR / % 8 8 5L.C. / €
(€/MWh)599 985
(65)647 935
(70) 861 672
Zgasif / (€/h) 29,85 32,31 43,36Zmot / (€/h) 17,00 18,40 24,68Zvap / (€/h) 8,41 9,10 12,21
Zagua / (€/h) 11,28 12,21 16,39
15AÑOS
Zhum / (€/h) 9,08 9,83 13,19VAN / € 765 914 530 760 <0TIR / % 12 11 9 (<10)L.C. / €
(€/MWh)596 513
(65)645 321
(70) 863.938
Zgasif / (€/h) 29,64 32,16 43,49Zmot / (€/h) 16,88 18,31 24,76Zvap / (€/h) 8,35 9,05 12,25
Zagua / (€/h) 11,20 12,15 16,44
ICT2
2 776 917€
20AÑOS
Zhum / (€/h) 9,02 9,78 13,23
Tabla 4.1. Costes no exergéticos en función de los parámetros económicos.
Para el análisis termoeconómico se ha tomado un caso particular. Se han
considerado los resultados obtenidos para ICT1= 2 473 683 €, tasa de interés del 6% y
una vida útil de 15 años. Los resultados para este caso se muestran en la tabla 4.2.
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 94
VAN / € 318 686
TIR / % 10
L.C. / €(€/MWh)
618 600
(67)
Zgasif / (€/h) 30,53
Zmot / (€/h) 17,38
Zvap / (€/h) 8,60
Zagua / (€/h) 11,54
Zhum / (€/h) 9,29
Tabla 4.2. Resultados considerados para el análisis termoeconómico.
Una vez que se tienen los costes temporales no exergéticos para cada equipo, se
plantean las ecuaciones de balance exergético y balance contable para cada uno. Con
estas ecuaciones, además de las relaciones auxiliares necesarias, se calculan todos los
costes temporales implicados en la instalación.
A continuación se analizan cada uno de los equipos.
4.2.2 Gasificador
El gasificador utiliza como fuel la biomasa aportada. También se consideran
fueles la electricidad necesaria para el funcionamiento de los accesorios electrónicos y
el condensado de retorno de la máquina de absorción con vapor. Todos se valoran con
igual coste exergético unitario conforme a las hipótesis realizadas. Los productos son el
gas de síntesis y el vapor generado en el enfriamiento del gas.
Los costes exergéticos unitarios y las exergías implicadas en el funcionamiento
del gasificador aparecen en la figura 4.3 de la página siguiente.
Las ecuaciones que definen la exergía del producto y del fuel del gasificador sonla 4.23 y 4.24.
gasifelbio
F
gasif
condvaportg
P
gasif
EEE
EEEE
−
•••
••••
+=
−+= )(sin ec. 4.23 y 4.24
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 95
ELECTRICIDAD
ce, •
−gasifelE
GAS DE SÍNTESISBIOMASA
cbio, •
bioE cgsint, •
tgE sin
CONDENSADO ccond, •
condE VAPOR cvapor, •
vaporE
Figura 4.3 Caracterización termoeconómica del gasificador
Las ecuaciones de balance para el gasificador son las ecuaciones 4.25 y 4.26.
BALANCE EXERGÉTICO:
gasifelbio
L
gasif
D
gasifcondvaportg EEEEEEE −
•••••••
+=++−+ )(sin ec. 4.25
El gasificador no posee corrientes de exergía perdida ( 0=• L
gasifE ).
BALANCE CONTABLE:
gasifgasifelgasifelbiobiocondcondvaporvaportgtg ZEcEcEcEcEc•
−
•
−
••••
+⋅+⋅=⋅−⋅+⋅ )(sinsin ec. 4.26
Es necesaria, además de estas dos ecuaciones, la ecuación derivada de la
hipótesis hecha para las corrientes de producto de un mismo equipo, mediante la que se
obtiene el coste exergético unitario de la exergía asociado a los productos del
gasificador:
)( salidaPctec P ∈∀=∆ tg
condvapor
condcondvaporvapor cEE
EcEcsin=
−
⋅−⋅••
••
ec. 4.27
Con las ecuaciones expuestas se obtienen todos los costes exergéticos unitarios
de las corrientes implicadas en el gasificador, y a través de ellos los costes temporales.
GASIFICADOR
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 96
4.2.3 Sistema de generación eléctrica
En el análisis de este componente se considera que sólo hay un fuel, el gas de
síntesis, cuyo coste exergético unitario es ya conocido. Los productos son varios,
electricidad, agua caliente y gases de combustión.
En la siguiente figura aparecen los costes exergéticos unitarios y las potencias
exergéticas asociadas al sistema de generación eléctrica.
GAS DE SÍNTESIS
cgsint, •
tgE sin ELECTRICIDAD
cel-mot, •
−motelE
REFRIGERACIÓN GASES AUXILIAR ESCAPE
caux2; 2auxE•
REFRIGERACIÓN cgcomb, •
gcombE PRINCIPAL
caux1; 1auxE•
crp1 crp2
1rpE•
2rpE•
Figura 4.4 Caracterización termoeconómica del sistema de generación eléctrica
Las ecuaciones 4.27 y 4.28 muestran la definición de la exergía del producto y
del fuel para el sistema de generación de energía eléctrica.
)( 21 rprpgcombmotel
P
mot EEEEE•••
−
••
−++= ec. 4.27
tg
F
mot EE sin••
= ec. 4.28
A continuación aparecen las ecuaciones de balance para el sistema de generación
de energía eléctrica.
BALANCE EXERGÉTICO:
tg
D
motauxauxrprpgcombmotel EEEEEEEE sin2121 )()(•••••••
−
•
=+−+−++ ec. 4.29
SISTEMA DEGENERACIÓNELÉCTRICA
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 97
La exergía perdida en este equipo es: 21 auxaux
L
mot EEE•••
−=
BALANCE CONTABLE:
mottgtgauxauxauxaux
rprprprpgcombgcombmotelmotel
ZEcEcEc
EcEcEcEc••••
•••
−
•
−
+⋅=⋅−⋅
+⋅−⋅+⋅+⋅
sinsin2211
2211
)(
)( ec. 4.30
Además de los dos balances, es necesaria la relación auxiliar para los productos
derivada de la hipótesis )( salidaPctec P ∈∀=∆ ; de la que se obtiene el coste
exergético unitario asociado a los productos del sistema de generación eléctrica:
21
2211
rprp
rprprprpgcombmotel
Pmot
EE
EcEcccc ••
••
−
−
⋅−⋅=== ec. 4.31
donde Pmotc representa el coste exergético unitario de la unidad de exergía asociada a los
productos del sistema de generación eléctrica.
Para la exergía perdida se considera la valoración a coste de producto:
Pmot
auxaux
auxauxauxaux cEE
EcEc=
−
⋅−⋅••
••
21
2211 ec.4.32
Con estas ecuaciones se puede obtener el valor de todos los costes exergéticos
unitarios de las corrientes del sistema de generación eléctrica y con ellos todos los
costes temporales relacionados.
Se ha considerado que la exergía intercambiada por el agua de refrigeración del
circuito de lubricación es exergía perdida por no ser aprovechada posteriormente en
ningún otro proceso. Sin embargo, para el correcto funcionamiento del motor es
imprescindible que se establezca la diferencia de exergía )( 21 auxaux EE••
− , y por lo tanto
el sistema considerado necesita de otro equipo que evacue el calor del agua de
refrigeración auxiliar. La consideración correcta para el análisis de este componente
sería incluir también el equipo encargado de disminuir la exergía del agua. Esta
disminución de exergía se puede conseguir mediante otro componente que destruya
exergía o que la utilice para otro proceso. Como consecuencia de no incluir en la
instalación tal equipo, los costes que se obtienen para los productos son más bajos de
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 98
los que se obtendrían considerando el sistema completo, ya que no se está teniendo en
cuenta el coste kZ•
asociado al componente encargado de la disminución de la exergía
del agua.
4.2.4 Máquina de absorción con vapor
Los costes exergéticos unitarios y las potencias exergéticas que intervienen en la
máquina de absorción con vapor se muestran en la siguiente figura:
VAPOR
CONDENSADO ccond, •
condE cvapor, •
vaporE ELECTRICIDAD
cwtvap1; 1wtvapE•
cel.vap; vapelE −
•
AGUA DE TORRE
cwtvap2; 2wtvapE•
AGUA
cwfvap1; 1wfvapE•
FRÍA cwfvap2; 2wfvapE•
Figura 4.5 Caracterización termoeconómica de la máquina de absorción con vapor
A continuación se definen las exergías del producto y del fuel para la máquina
de absorción con vapor.
)( 21 wfvapwfvap
P
vap EEE•••
−= ec.4.33
)( condvaporvapel
F
vap EEEE••
−
••
−+= ec. 4.34
Los balances de exergía y económico aplicados a la máquina de absorción con
vapor son las ecuaciones 4.35 y 4.36 respectivamente.
BALANCE EXERGÉTICO:
vapelcondvapor
D
vapwtvapwtvapwfvapwfvap EEEEEEEE −
••••••••
+−=+−+− )()()( 2121 ec. 4.35
donde la exergía perdida es: 21 wtvapwtvap
L
vap EEE•••
−= ec. 4.36
MÁQUINA DEABSORCIÓN CON
VAPOR
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 99
BALANCE CONTABLE:
ec. 4.37
En el caso de la máquina de absorción con vapor, se reciben fueles con distinta
procedencia. El vapor proviene del gasificador, mientras que la electricidad se valora a
coste de producto del motor alternativo. Esos costes unitarios ya están por tanto
caracterizados. Para los productos, agua fría y condensado, se aplica la hipótesis de
incremento constante del coste exergético unitario, y la exergía perdida se valora a coste
exergético unitario de producto.
)( salidaPctec P ∈∀=∆ 21
2211
wfvapwfvap
wfvapwfvapwfvapwfvapPvap
EE
EcEcc ••
••
−
⋅−⋅= ec. 4.38
donde Pvapc representa el coste exergético unitario de la unidad de exergía del producto
de la máquina de absorción con vapor.
Y para la exergía perdida de esta máquina se considera:
Pvap
wtvapwtvap
wtvapwtvapwtvapwtvap cEE
EcEc=
−
⋅−⋅••
••
21
2211 ec. 4.39
De esta forma se caracteriza termoeconómicamente la máquina de absorción con
vapor; todos los costes exergéticos unitarios y costes temporales se obtienen de las
ecuaciones anteriores.
Considerar la disminución de exergía del agua del circuito de condensación
como exergía perdida tiene ciertas implicaciones que es necesario mencionar. Al igual
que el motor requiere de un equipo que evacue el calor del agua de refrigeración, para el
correcto funcionamiento de la máquina de absorción es necesario un equipo que
disminuya la exergía del agua de condensación, ya sea destruyéndola o utilizándola para
otro proceso. Al no considerar los costes temporales no exergéticos asociados a la torre
de condensación, los costes que se obtienen para los productos son más bajos de lo que
serían si se analizara el sistema completo.
vapvapelvapelcondcondvaporvapor
wtvapwtvapwtvapwtvapwfvapwfvapwfvapwfvap
ZEcEcEc
EcEcEcEc•
−
•
−
••
••••
+⋅+⋅−⋅=
=⋅−⋅+⋅−⋅
)(
)()( 22112211
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 100
Exactamente igual ocurre con las corrientes asociadas al agua de condensación
de las otras dos máquinas de absorción.
4.2.5 Máquina de absorción con agua caliente
La máquina de absorción con agua caliente utiliza como fuel la diferencia de
exergía entre las corrientes de agua que evacuan el calor del motor además de la
electricidad necesaria para el accionamiento de los dispositivos electrónicos. Los costes
relativos a los fueles son todos conocidos de los análisis de las máquinas anteriores. El
producto, como en el resto de máquinas de absorción es agua fría. La exergía perdida es
la diferencia disminución de exergía experimentada por el agua de torre; han de tenerse
en cuenta las implicaciones derivadas de esta consideración expuestas en el subapartado
anterior.
A continuación se muestra un diagrama donde aparecen todos los costes
exergéticos unitarios y exergías relacionadas con la máquina de absorción con agua
caliente.
AGUA REFRIGERACIÓN
crp2, •
2rpE crp1, •
2rpE ELECTRICIDAD
cwtag1; 1wtagE•
cel.ag; agelE −
•
AGUA DE TORRE
cwtag2; 2wtagE•
AGUA
cwfag1; 1wfagE•
FRÍA cwfag2; 2wfagE•
Figura 4.6 Caracterización termoeconómica de la máquina de absorción con agua
Las definiciones del producto y del fuel para la máquina de absorción con agua
aparecen en las ecuaciones 4.40 y 4.41.
)( 21 wfagwfag
P
ag EEE•••
−= ec. 4.40
)( 21 rprpagel
F
ag EEEE••
−
••
−+= ec. 4.41
MÁQUINA DEABSORCIÓN CON
AGUA
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 101
Las ecuaciones de balance para este componente son:
BALANCE EXERGÉTICO:
agelrprp
D
vapwtagwtagwfagwfag EEEEEEEE −
••••••••
+−=+−+− )()()( 212121 ec. 4.42
donde la exergía perdida es: 21 wtagwtag
L
ag EEE•••
−= ec. 4.43
BALANCE CONTABLE:
agagelagelrprprprp
wtagwtagwtagwtagwfagwfagwfagwfag
ZEcEcEc
EcEcEcEc•
−
•
−
••
••••
+⋅+⋅−⋅=
=⋅−⋅+⋅−⋅
)(
)()(
2211
22112211 ec. 4.44
Las relaciones auxiliares necesarias afectan sólo al producto, ya que los costes
exergéticos unitarios de los fueles eran ya conocidos de las máquinas anteriores.
)( salidaPctec P ∈∀=∆ 21
2211
wfagwfag
wfagwfagwfagwfagPag
EE
EcEcc ••
••
−
⋅−⋅= ec. 4.45
donde Pagc representa el coste exergético unitario de la unidad de exergía del producto de
este equipo.
Para la exergía perdida se considera:
Pag
wtagwtag
wtagwtagwtagwtag cEE
EcEc=
−
⋅−⋅••
••
21
2211 ec. 4.46
Con estas ecuaciones se pueden conocer todos los costes exergéticos unitarios
relacionados a las corrientes exergéticas de la máquina de absorción con agua caliente, y
por tanto todos los costes temporales asociados.
4.2.6 Máquina de absorción con gases de combustión
La máquina de absorción gases de combustión utiliza como fuel los gases de
escape del motor alternativo, además de la electricidad necesaria para el accionamiento
de los componentes electrónicos. Los costes exergéticos unitarios de estos fueles son ya
conocidos. El producto es agua fría. La exergía perdida en este componente no es sólo
la disminución exergética del agua de torre, también se considera exergía perdida los
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 102
gases de combustión después de su paso por la máquina, ya que contienen un exergía
que no es aprovechada.
En el diagrama de la página siguiente se muestran los costes exergéticos
unitarios de cada corriente junto con las potencias exergéticas.
La potencia exergética del fuel es:
gcombhumel
F
hum EEE•
−
••
+= ec. 4.47
y la del producto:
)( 21 wfhumwfhum
P
hum EEE•••
−= ec. 4.48
La exergía perdida en esta máquina es:
gcfríoswthumwthum
L
hum EEEE••••
+−= )( 21 ec. 4.49
En este caso existe, además de la disminución de exergía sufrida por el agua de
condensación, otra corriente de exergía perdida, la de salida de los gases de combustión.
La exergía contenida en estos gases sí es propiamente exergía perdida, ya que su
posterior utilización o cesión al ambiente no influye en el comportamiento de la
máquina de absorción y del resto del sistema.
GASES DE COMBUSTIÓN GASES FRÍOS cgcfríos; gcfríosE•
cgcomb; gcombE•
ELECTRICIDAD
cwthum1; 1wthumE•
cel-hum; humelE −
•
AGUA DE TORRE
cwthum2; 2wthumE•
AGUA
cwfhum1; 1wfhumE•
FRÍA cwfhum2; 2wfhumE•
Figura 4.7 Caracterización termoeconómica de la máquina de absorción con gases
Los balances exergético y contable aplicados a la máquina de absorción con
gases de combustión vienen expresados a través de las ecuaciones 4.50 y 4.51.
MÁQUINA DEABSORCIÓN CON
GASES ESCAPE
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 103
BALANCE EXERGÉTICO:
humelgcomb
D
gasgcfríoswthumwthumwfhumwfhum EEEEEEEE −
••••••••
+=++−+− )()( 2121 ec.4.50
BALANCE CONTABLE:
humhumelhumelgcombgcombgcfríosgcfríos
wthumwthumwthumwthumwfhumwfhumwfhumwfhum
ZEcEcEc
EcEcEcEc•
−
•
−
••
••••
+⋅+⋅=⋅+
+⋅−⋅+⋅−⋅ )()( 22112211 ec. 4.51
Para valorar el producto se aplica la siguiente relación auxiliar:
)( salidaPctec P ∈∀=∆ 21
2211
wfhumwfhum
wfhumwfhumwfhumwfhumPhum
EE
EcEcc ••
••
−
⋅−⋅= ec. 4.52
donde Phumc representa el coste exergético unitario del agua fría producida por la máquina
de absorción.
Para la exergía perdida se considera:
Phumgcfríos
wthumwthum
wthumwthumwthumwthumLhum cc
EE
EcEcc ==
−
⋅−⋅= ••
••
21
2211 ec. 4.53
Con todas las ecuaciones expuestas se resuelven los costes exergéticos unitarios
y los costes temporales de la máquina de absorción con humos, y con ello todo el
sistema.
4.2.7 Resultados termoeconómicos
Una vez que se han planteado todas las ecuaciones pertinentes, se pueden
obtener todos los costes temporales de cada una de las corrientes exergéticas de la
planta. Para la valoración de las exergías destruidas se ha considerado el coste
exergético unitario del fuel para cada uno de los equipos.
En la tabla 4.3 de la página siguiente aparecen todos los costes exergéticos
unitarios y todos los costes temporales que se han obtenido para cada corriente
exergética. Se encuentran en negrita los costes asociados a los productos de la
instalación.
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 104
En la tabla se incluyen los costes de todas las corrientes de la planta. No se han
considerado las exergías destruidas ya que su valor es independiente del resto de
potencias exergéticas y no influyen en los resultados anteriores.
Solamente recordar que las potencias exergéticas perdidas o no aprovechadas no
deben penalizar a la máquina de la que se obtienen si no al sistema en su totalidad.
Aunque están valoradas económicamente al mismo coste exergético unitario que los
productos de ese componente, es conveniente repartir los costes proporcionalmente a las
potencias exergéticas de los productos de la instalación. De esta forma se ven
incrementados los productos con mayor potencia exergética; la electricidad generada
por el motor alternativo es la que ve incrementada de forma más importante su coste
temporal.
CORRIENTE •
E / kW c /(€/MJ) •
C /(€/h)
biomasa 3235 0,001048 12,21
electricidad gasif. 58 0,01434 3,01
gas de síntesis 2301 0,005225 43,28
vapor-condensado 130,55 0,005225 2,46
electr. motor 700 0,01434 33,12
gases escape 351,8 0,01434 18,16
refrig. principal 106 0,01434 5,47
refrig. auxiliar 17,27 0,01434 0,89
electr. VAPOR 2,3 0,01434 0,12
agua fría VAPOR 33,81 0,06101 7,43
agua torre VAPOR 17,07 0,06101 3,75
electr. AGUA 1,15 0,01434 0,59
agua fría AGUA 33,16 0,0529 6,32
agua torre AGUA 56,48 0,0529 10,76
electr. HUMOS 1,15 0,01434 0,59
agua fría HUMOS 29,9 0,02687 2,89
agua torre HUMOS 38,17 0,02687 3,69
gases fríos 216,3 0,02687 20,92
Tabla 4.3. Costes exergéticos unitarios y temporales de la planta de cogeneración.
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 105
El coste total de la exergía perdida en la instalación se obtiene sumando los
diferentes costes temporales de exergía perdida:
wtHUMOSwtAGUAwtVAPORauxrefrgasesfríosL CCCCCC••••••
++++= . ec. 4.54
donde los sumandos representan el coste temporal de cada una de las corrientes de
exergía perdida.
Las cuatro ecuaciones siguientes muestran cómo se ven incrementados los costes
de los productos al imputarles los costes de las pérdidas:
wfHUMOSwfAGUAwfVAPORmotorel
motorelLmotorelmotorel
EEEE
ECCC •••
−
•
−
••
−
•
−
•
+++⋅+=2, ec. 4.55
wfHUMOSwfAGUAwfVAPORmotorel
wfVAPORLwjVAPORwfVAPOR
EEEE
ECCC •••
−
•
••••
+++⋅+=2, ec. 4.56
wfHUMOSwfAGUAwfVAPORmotorel
wfAGUALwfAGUAwfAGUA
EEEE
ECCC •••
−
•
••••
+++⋅+=2, ec. 4.57
wfHUMOSwfAGUAwfVAPORmotorel
wfHUMOSLwfHUMOSwfHUMOS
EEEE
ECCC •••
−
•
••••
+++⋅+=2, ec. 4.58
donde el subíndice 2 representa el nuevo coste asociado al producto en cuestión.
De esta forma se obtienen nuevos costes temporales para los productos. Se han
representado en la tabla 4.4.
PRODUCTO •
C /(€/h)
electricidad 68,27
agua fría VAPOR 9,12
agua fría AGUA 7,98
agua fría HUMOS 4,39
Tabla 4.4 Coste temporal modificado de los productos.
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 106
Se observa cómo las pérdidas exergéticas, que son corrientes utilizables no
aprovechadas, suponen un incremento del coste de producción de los productos de la
planta y por tanto un coste económico extra a soportar por la entidad responsable. Se
entiende que la disminución de la exergía perdida en una instalación es siempre un
objetivo importante a tener en cuenta.
La información más directa que se obtiene de los resultados del análisis
termoeconómico es la relativa al proceso de formación de costes o proceso de
encarecimiento de los productos. Desde el fuel inicial (biomasa) a los productos finales,
la unidad de exergía se va encareciendo debido a los costes de capital y de operación y
mantenimiento y por la pérdida de exergía. Para poner este hecho de manifiesto, se
compara el coste exergético unitario promedio del fuel y del producto para cada uno de
los componentes de la planta. En la tabla 4.5 se representan estos costes para los cinco
equipos de la instalación.
EQUIPO cf /(€/GJ) cp /(€/GJ)
gasificador 1,048 5,225
sistema de generación
eléctrica5,225 22,77
absorción VAPOR 5,382 74,95
absorción AGUA 14,34 66,85
absorción HUMOS 14,34 40,82
Tabla 4.5. Costes exergéticos unitarios promedio de fueles y productos.
En los diagramas 4 y 5 de la carpeta de los diagramas aparecen representados los
costes temporales asociados a cada flujo exergético de la planta de cogeneración. El
primer diagrama es el resultado del análisis termoeconómico que se ha descrito. El
segundo diagrama corresponde al problema termoeconómico resuelto bajo la hipótesis
de coste nulo para la unidad de exergía perdida. Como se aprecia claramente, un análisis
realizado bajo esta hipótesis en lugar de asignar un coste diferente de cero a la exergía
perdida, no elimina simplemente ese coste, sino que lo atribuye directamente al
producto de la máquina en que se produce esa pérdida. Esto se deriva de la expresión de
balance económico o contable de cada equipo (ec. 4.10).
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 107
Como se ha explicado anteriormente, no se deben imputar los costes por exergía
perdida al componente que las produce, ya que se trata de un subproducto no utilizado.
Todo esto simplemente indica que valorar la exergía perdida a coste nulo se
corresponde con un análisis que no representa de forma objetiva las posibilidades de
mejora de la instalación.
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 108
4.3 VARIABLES TERMOECONÓMICAS
Una vez resuelto el problema termoeconómico, lo que se calcula a continuación
son las variables que permiten realizar una evaluación termoeconómica de la planta. Las
variables termoeconómicas asociadas a cada uno de los componentes son: rendimiento
exergético, la relación de exergía destruida respecto a la exergía del fuel total de la
planta, diferencia relativa de costes y factor exergoeconómico.
Todas las variables termoeconómicas fueron definidas en el apartado 4.1. En la
tabla 4.6 se muestran las variables termoeconómicas relacionadas directamente con la
exergía destruida en el componente.
EQUIPOD
E•
/ kW xη / % D
C•
/(€/h)Dρ / %
gasificador 861,5 73,84 3,25 26,63generacióneléctrica 1126 50,32 21,18 34,81
absorciónVAPOR 81,97 25,45 1,59 2,53
absorciónAGUA 17,51 30,95 0,90 0,54
absorciónHUMOS 68,58 8,47 3,54 2,12
Tabla 4.6. Potencia exergética destruida, rendimiento exergético, coste temporalde la exergía destruida y relación de destrucción de exergía de cada equipo.
La potencia exergética destruida toma valores diferentes para cada equipo,
adquiriendo el valor máximo para el motor alternativo. De la exergía total introducida
mediante la biomasa, un 66,63% se destruye en los diferentes equipos, y sólo el 24,64%
se encuentra en los productos obtenidos. Un alto valor de la exergía destruida no
representa por sí solo un mal funcionamiento del equipo, hay que tener en cuenta el
rendimiento exergético y la relación de exergía destruida. El sistema de generación de
electricidad es el equipo que más exergía destruye y por tanto tiene el mayor valor deDρ , mientras que su rendimiento exergético es superior al de todos los componentes
excepto el gasificador.
En las máquinas de absorción la potencia exergética destruida es mucho menor,
aunque sus rendimientos exergéticos son inferiores, sobretodo en la máquina de
absorción con humos, debido a toda la exergía contenida en los gases de escape y que
no se aprovecha.
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 109
El coste temporal de la exergía destruida en cada uno de los equipos es función
de la potencia exergética destruida y del coste exergético unitario promedio del fuel de
cada componente, ya que ese ha sido el criterio adoptado para su valoración. Con
diferencia, el valor más alto se obtiene para el sistema de generación de energía
eléctrica, debido al funcionamiento del motor alternativo. Aunque la exergía destruida
es alta también para el gasificador, el coste temporal asociado es mucho más bajo
debido a la diferencia entre los costes exergéticos unitarios promedio del fuel de cada
uno de los dos equipos, es decir, el fuel del gasificador es mucho más barato por unidad
de exergía.
Para continuar con las variables termoeconómicas, se establece una clasificación
de los componentes según su valor de D
CZ••
+ . La suma del coste temporal no
exergético de cada componente y del coste temporal de exergía destruida otorga cierta
prioridad en la necesidad de mejora. En la tabla 4.7 aparecen todos los equipos
ordenados en forma decreciente según el valor adquirido esta suma. Junto a este valor se
han introducido los valores de diferencia relativa de costes y el factor exergoeconómico
para cada uno de ellos.
EQUIPO )(D
CZ••
+ / (€/h) r f / %
motor-generador 38,56 3,359 44,06
gasificador 33,78 3,983 90,38
absorción HUMOS 12,83 1,847 24,81
absorción AGUA 12,44 3,662 49,74
absorción VAPOR 10,19 12,93 61,71
Tabla 4.7. Diferencia relativa de costes y factor exergoeconómico.
Los equipos con mayor suma D
CZ••
+ son con diferencia el sistema de generación
eléctrica y el gasificador. En el caso del motor se debe esencialmente a un elevado coste
por destrucción de exergía, mientras que en el caso del gasificador se debe sobretodo a
un alto valor de •
Z . En general se consideran cambios en el diseño de la planta en
relación a los equipos en que está suma es más alta.
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 110
Los cambios a considerar dependen de los valores abtenidos para r y f en ese
componente. Un valor alto de r para un cierto componente, indica que la unidad de
exergía en ese componente se encarece más que en los demás. En nuestro caso, el valor
máximo lo tiene la máquina de absorción con vapor, pero en cambio toma el valor más
bajo para la suma D
CZ••
+ , por lo que no es excesivamente grave.
Respecto al factor exergoeconómico f, un valor alto significa una mayor
importancia de•
Z dentro de la suma LD
CCZ•••
++ para el componente en cuestión. Se
observa un valor muy alto para el gasificador, debido a que es un elemento con un alto
precio de adquisición y elevado valor de operación y mantenimiento.
Generalmente, un alto valor de la diferencia relativa de costes está asociado a un
alto valor del factor exergoeconómico. Esto se traduce en que una máquina cara, por lo
general encarece la unidad exergética del producto respecto al fuel a su paso por ella.
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 111
4.4 EVALUACIÓN TERMOECONÓMICA
La evaluación termoeconómica de la planta se realiza analizando los parámetros
y resultados anteriores para cada uno de los equipos. Se analizan los componentes por
orden decreciente de D
CZ••
+ , considerando los posibles cambios de diseño o mejoras
según convenga.
4.4.1 Sistema de generación de energía eléctrica
Este equipo posee el mayor valor de la suma de costes temporales no exergéticos
y coste temporal debido a la destrucción de exergía (D
CZ••
+ = 38,56 €/h). Del balance
exergético se obtiene un rendimiento exergético de 50,3%. Es el segundo más alto de la
instalación después del gasificador.
La diferencia relativa de costes vale 3,359, sin embargo, este elevado
encarecimiento de la unidad exergética se debe a que el coste por exergía perdida en la
instalación se imputa casi totalmente a la electricidad generada en este equipo, por ser el
producto con mayor potencia exergética asociada. Sin esta imputación extra de costes,
la diferencia relativa de costes sería de 1,8, un valor mucho más bajo que el anterior.
El factor exergoeconómico es de 0,441, que en relación al resto de componentes
no resulta excesivamente alto.
Es importante hacer notar que la tecnología de los motores alternativos es
bastante robusta. Las posibles mejoras que se pueden introducir son en relación a la
potencia del mismo, lo que influye directamente en el coste de adquisición y operación
y mantenimiento. Su rendimiento exergético y por tanto los costes por exergía destruida
no se verían alterados significativamente si fuese cambiado por otro modelo de distinta
potencia, es más, este rendimiento se puede considerar alto gracias a la aplicación de
cogeneración, que mejora considerablemente el aprovechamiento del combustible.
Además, como se ha dicho, es la imputación de los costes de exergía perdida lo que
empeora sus características termoeconómicas, mientras que los costes de exergía
perdida generada en el motor son de 0,9 €/h, valor insignificante si se compara con
otras máquinas.
Desde un punto de vista termoeconómico, se puede decir que no parece
conveniente buscar una mejora en el diseño de la planta alterando este componente.
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 112
4.4.2 Gasificador
El gasificador es el segundo elemento con mayor suma D
CZ••
+ , con un valor de
33,78 €/h. El rendimiento exergético de este componente es el más alto ( 74%), y como
es el primero desde el punto de vista del transcurso de las transformaciones energéticas,
el coste exergético unitario al que se valora la unidad de exergía destruida es mucho
más bajo que en el resto de equipos. De esta forma se obtiene queD
CZ••
>> , o lo que es
lo mismo, los mayores costes imputables al equipo se deben a un elevado coste de
adquisición y de operación y mantenimiento, que son mucho más altos que en el resto
de componentes. De estas apreciaciones se obtiene una información importante desde el
punto de vista termoeconómico: las ineficiencias es mucho mejor tenerlas al inicio del
proceso de formación de costes, porque los costes exergéticos unitarios a los que son
valoradas son más bajos. Siendo la exergía destruida poco menor que la destruida en el
motor (D
motor
D
gasif EE••
⋅= 75,0 ), su coste temporal asociado es sustancialmente más bajo
(D
motor
D
gasif CC••
⋅= 15,0 ).
Debido a los altos costes de adquisición y operación y mantenimiento, la
diferencia relativa de costes y el factor exergoeconómico son altos ( r = 3,98; f = 0,904).
Esto implica un elevado encarecimiento del producto, por lo que en el caso del
gasificador sería conveniente estudiar la posibilidad de adquirir otra máquina que
encarezca menos la unidad de exergía a costa de un peor rendimiento exergético.
4.4.3 Máquina de absorción con gases de escape
La máquina de absorción con gases de escape posee un valor de la sumaD
CZ••
+ bastante más bajo que el gasificador y el motor alternativo, por lo que posibles
modificaciones no influirán de una forma tan significativa en el global del sistema.
Para este elemento se observa un alto coste temporal asociado a la destrucción
de exergía en relación a las otras máquinas. Esto no se debe solamente aun valor alto de
la potencia exergética destruida, se debe también a una posición muy negativa para la
producción de ineficiencias, justo al final del proceso. Además su rendimiento
exergético es muy bajo ( xη = 8,5%).
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 113
Pero lo más importante es que, aunque las pérdidas exergéticas no son
achacables a ningún componente concreto sino a todo el sistema, es en este elemento
donde existen las mayores pérdidas exergéticas. Además, al ser un equipo que se
encuentra al final del proceso de formación de costes, el coste exergético unitario al que
se valoran es muy alto.
En lo referente al factor exergoeconómico y diferencia relativa de costes, hay
que decir que son los más bajos de la instalación ( r = 1,85; f = 0,248), por lo que la
unidad exergética no se encarece excesivamente a su paso por este componente en
relación al resto de elementos.
El mayor problema de esta máquina es que los gases salen de ella con excesiva
exergía. Esta potencia podría ser utilizada para otro proceso, ya que son gases a 280 ºC.
Para este componente se plantean dos posibilidades de mejora:
- Aprovechamiento de los gases en un proceso posterior.
- Adquisición de una máquina que, a costa de incrementar r y f, mejorara la
eficiencia exergética del proceso y con ello los costes asociados a las
exergías destruida y perdida.
4.4.4 Máquina de absorción con agua
La máquina de absorción con agua, al igual que la anterior, no tendrá una
influencia fuerte en el global del sistema ya que la suma de los costes temporales no
exergéticos y los costes asociados a la destrucción de exergía son bastante más bajos
que la de los elementos más importantes del sistema, concretamente 12,44 €/h.
Esta máquina tiene prácticamente el mismo valor de la suma D
CZ••
+ que la de
absorción con humos, pero su rendimiento exergético es sustancialmente más alto ( xη =
30,95%). Sin embargo, tanto la diferencia relativa de costes como el factor
exergoeconómico son altos, por lo que la unidad de exergía se encarece de forma más
importante en este caso.
Las posibilidades de mejora del diseño son para este componente justo las
contrarias que para el anterior. Convendría obtener un máquina más barata que
encarezca menos el producto a costa de mayores ineficiencias.
Hay que decir también, que tanto para esta máquina de absorción como para las
otras, se puede establecer una mejora aprovechando el calor cedido a la torre de
absorción para cualquier otro proceso. Las torres de absorción se encuentran fuera de
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 114
los límites del sistema escogido para el análisis precisamente para obtener información
acerca del efecto de un posible aprovechamiento de esas corrientes. Las torres de
absorción tienen como objetivo la disminución de la exergía, necesario en una de las
etapas del ciclo de refrigeración mediante absorción. Cualquier aprovechamiento de esa
disponibilidad térmica mejoraría la eficiencia de todo el sistema.
4.4.5 Máquina de absorción con vapor
La máquina de absorción con vapor tiene la suma D
CZ••
+ más baja de toda la
instalación, con un valor de 10,19 €/h. El mayor problema de esta máquina es que la
potencia exergética que destruye es bastante alta en relación a la exergía del producto.
Sin embargo, esta exergía está valorada a un coste relativamente bajo debido a que su
fuel es un producto del gasificador y no del motor alternativo como ocurre en las otras
máquinas de absorción, para las que el coste exergético unitario del fuel es más alto.
La diferencia relativa de coste es con diferencia la más alta de toda la instalación
(r = 12,93), lo cual indica un alto encarecimiento de la unidad exergética. El factor
exergoeconómico es también alto ( f = 0,62), por lo que los costes de adquisición son
importantes respecto a los costes asociados a la exergía perdida y destruida.
Teniendo en cuenta la escasa influencia de esta máquina en el sistema en su
conjunto, no tiene mucho sentido hacer ningún cambio. Adquirir una máquina con
menores ineficiencias a costa de mayor •
Z aumentaría r y f mientras que no disminuiría
mucho los costes por exergía destruida. Por otro lado, adquirir una máquina más barata
aumentaría los costes de las ineficiencias para disminuir poco el encarecimiento del
producto.
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 115
4.5 COMPARACIÓN CON VALORACIÓN EN BASE ENERGÉTICA
La termoeconomía tiene como objetivo principal la obtención de los costes de
producción en sistemas térmicos mediante una valoración exergética. Se atribuyen
costes a la unidad de exergía para todas las corrientes de la instalación, pudiendo
obtenerse el coste de cada uno de los productos.
Los costes de producción pueden obtenerse mediante cualquier otro criterio. En
este apartado se calculan los costes de producción mediante una valoración energética
de las corrientes de la planta.
4.5.1 Planteamiento del problema en base energética
Para una valoración en base energética, lo único que cambia respecto del análisis
termoeconómico es el uso de la energía como criterio a la hora de asignar los costes a
las corrientes en lugar de la exergía. Los costes que se obtienen son costes energéticos
unitarios, y se obtienen de aplicar las mismas ecuaciones de balance económico a cada
uno de los equipos de la planta.
Los costes temporales no exergéticos que se obtienen del análisis económico de
la instalación se mantienen puesto que son independientes de la valoración realizada.
Estos costes atribuyen a cada equipo unos costes en función de su precio de adquisición
y de operación y de combustible, pero no dependen de las potencias energéticas o
exergéticas implicadas.
A diferencia de la valoración exergética, en la que cada equipo destruye cierta
cantidad de exergía, la energía se conserva, siendo la toda la energía de entrada en un
componente transferida a una corriente de salida o disipada al ambiente.
Del balance energético en cada equipo se obtiene la energía correspondiente a
cada corriente y la potencia disipada al ambiente. En el análisis en base energética se
considera energía perdida la energía asociada a las corrientes no aprovechadas y la
energía disipada al ambiente por cada equipo, ya que toda esta energía al final acaba
cedida en forma de calor al ambiente y es susceptible de ser utilizada. De nuevo, al igual
que en el planteamiento exergético, la consideración como energía perdida del calor
cedido a las torres de refrigeración y el cedido en la refrigeración auxiliar del motor
hace que los costes obtenidos sean inferiores a los reales, ya que no se han considerado
los costes derivados de los equipos necesarios para la realización de tal función
imprescindible para el correcto funcionamiento del sistema en su conjunto.
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 116
En lo referente a las relaciones auxiliares necesarias, se realizan las mismas
hipótesis para fueles y productos. Se considera constante el incremento de costes
exergéticos unitarios para los productos, y nulo para los fueles.
De esta forma el problema energético queda totalmente caracterizado,
obteniéndose los costes energéticos unitarios para todas las corrientes y mediante ellos
los costes temporales en base energética.
4.5.2 Resultados y comparación con resultados termoeconómicos
En el diagrama 6 de la carpeta de los diagramas aparecen representados
mediante un diagrama de Sankey todos los costes temporales asociados a cada corriente
de la planta de cogeneración obtenidos mediante un análisis en base energética.
La diferencia fundamental entre los dos análisis es el distinto valor del coste de
producción obtenido para cada producto.
El coste temporal total asociado a la exergía perdida era de 40’01 €/h en el
análisis en base exergética, mientras que en base energética es de 55 €/h. En la tabla 4.8
que aparece a continuación se muestra el coste temporal de cada producto después de
haberles imputado los costes por no aprovechamiento de las corrientes.
PRODUCTO / (€/h)ANÁLISIS
TERMOECONÓMICO
ANÁLISIS EN BASE
ENERGÉTICA
ELECTRICIDAD 68,27 29,96
FRÍO ABS. VAPOR 9,123 18,87
FRÍO ABS. AGUA 7,98 21,76
FRÍO ABS. HUMOS 4,394 19,06
TOTAL 89,7 € 89,7
Tabla 4.8. Comparación de resultados termoeconómicos con valoración energética.
Como se aprecia en la tabla anterior, para un mismo coste total de la
producción, la repartición de costes es totalmente diferente. Esto se debe a diferentes
motivos.
Si analizamos por ejemplo la atribución de costes temporales a las corrientes que
intervienen en el motor alternativo, vemos que los valores de las potencias energéticas
de las diferentes corrientes son muy similares entre sí, mientras que los valores
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 117
exergéticos son más dispares. Por ello, los costes temporales asociados a las corrientes
de salida del motor son casi iguales desde el punto de vista energético, mientras que el
análisis termoeconómico atribuye un coste muy superior a la electricidad por presentar
una alta diferencia de potencia exergética respecto al resto de corrientes, como se
aprecia en la tabla 4.9. Un análisis meramente energético valora de igual manera un
kWh de calor cedido por agua que varía entre 55 ºC y 49 Cº, que un kWh de
electricidad.
CORRIENTEPOTENCIA
EXERGÉTICA/ kW
POTENCIAENERGÉTICA
/ kWELECTRICIDAD 700 kW 700 kW
AGUA REFRIG. 106 kW 633 kW
HUMOS 352 kW 501,5 kW
REFRIG. AUXILIAR 17,27 kW 207 kW
Tabla 4.9. Comparación de potencias en motor alternativo.
Bajo las mismas hipótesis para fueles y productos que en el análisis
termoeconómico, al ser la relación de las potencias totalmente diferente, los costes
temporales que se obtienen son totalmente distintos.
Lo mismo ocurre si se comparan las potencias exergéticas y energéticas de los
cuatro productos de la planta de cogeneración. Mientras que la potencia exergética de la
electricidad es igual a su potencia energética, existen grandes diferencias entre estas
potencias cuando se refieren a los productos de las máquinas de absorción.
PRODUCTOPOTENCIA
EXERGÉTICA/ kW
POTENCIAENERGÉTICA
/ kWELECTRICIDAD 700 700
FRÍO ABS. VAPOR 34 604
FRÍO ABS. AGUA 33 593
FRÍO ABS. HUMOS 30 535
Tabla 4.10. Comparación de potencias de los productos.
4. ANÁLISIS TERMOECONÓMICO
Análisis Termoeconómico de una Planta de Cogeneración con Biomasa 118
Además de haber grandes diferencias en la atribución de los costes de
producción a los productos, los costes por energía perdida se distribuyen de forma
proporcional a la potencia energética. A diferencia con el análisis termoeconómico,
donde casi el total de los costes por exergía perdida se atribuyen a la electricidad por
disponer de una mayor potencia exergética, en el caso energético la distribución de este
coste resulta ser más homogénea entre los diferentes productos.
