DESARROLLO CONCEPTUAL PARA LA RECUPERACION DE CALOR A PARTIR DE GASES DE COMBUSTION DE TURBINAS A REACCION

Abstract

La optimización de los procesos, la eficiencia energética, la rentabilidad de las inversiones y todas aquellas variables que apunten hacia la utilización eficiente de los recursos no es tan solo una estrategia sino que la única alternativa viable para el desarrollo de la actividad industrial en Chile y en cualquier parte del mundo. El siguiente proyecto desarrolla un modelo conceptual para la recuperación de calor a partir de gases de combustión de turbinas a reacción. Una vez finalizado el desarrollo y evaluación del modelo conceptual, se optó por cuantificar con datos reales el modelo obtenido aplicándolo finalmente a la turbina “Rustone RC-3000, ubicada en las instalaciones de Enap S.A. Para la aplicación del modelo se obtienen algunos datos de diseño y parámetros de operación necesarios para la evaluación y definición de la factibilidad técnica y viabilidad del proyecto. En una etapa preliminar se definió el diseño y la configuración de los equipos que conformarían la caldera de recuperación. Se optó por una configuración estándar la que consistió en un economizador, un evaporador y un sobrecalentador con el fin de obtener vapor sobrecalentado gracias a las altas temperaturas de los gases de combustión de estas máquinas térmicas. Definido esto se obtuvieron los balance de energía, desarrollando expresiones termodinámicas para el cálculo de calores transferidos y requeridos por cada intercambiador de calor, generación de vapor máxima, coeficientes de transmisión de calor, coeficiente global de transferencia, diferencia de temperatura media logarítmica, factor de corrección, entre otras variables. Desarrollado lo anterior se especificaron conceptos importantes para el desarrollo del diseño como son los rangos de “punto de contacto”, “punto de aproximación” y la temperatura final de los gases de combustión para evitar corrosión en chimenea debido a la condensación y formación de ácido, entre otros. En una segunda etapa se recopiló información de diseño y de operación de la turbina “Rustone RC-3000” con lo cual se construyó el perfil de temperatura y se pudieron obtener parámetros reales. 4 En la etapa final de este proyecto se asumieron algunos datos empíricos de diseño como diámetros de tubos en cada intercambiador, número de pasos, etc. con el fin de obtener el área de transferencia y las dimensiones totales de la caldera de recuperación, completando con esto la información básica para la evaluación preliminar del modelo, cuyos resultados fueron satisfactorios, pudiéndose generar 27 toneladas por hora de vapor sobrecalentado a una temperatura de 670 K y una presión de 650 psi con áreas de transferencia de calor de 22.21 m2 para el economizador, 844,07 m2 para el evaporador y 111.03 m2 para el sobrecalentador. Por anterior se define entonces que el modelo planteado para el desarrollo conceptual del proceso de recuperación de calor a partir de gases de combustión de turbina a reacción, a pesar de ser un modelo básico, es consistente y por lo tanto aplicable ya que cumple con los requerimientos necesarios de la ingeniería conceptual y básica, con lo cual se podría dar curso al desarrollo del diseño y la ingeniería de detalles para su posterior evaluación económica e implementación.