Untuk menjelaskan sifat projek penyelidikan, adalah relevan untuk sebelumnya mengungkap konsep realiti semasa, ini adalah Pengurusan Tenaga. Ini boleh memberi makna yang berbeza kepada orang yang berbeza, tetapi falsafahnya sekarang memfokuskan pada penggunaan tenaga yang bijaksana dan berkesan untuk memaksimumkan hasil tenaga dan meminimumkan kos ekonomi. Semasa mengkaji sumber tenaga, dua aspek dipertimbangkan: satu, fokus pada pemuliharaan mereka dan penjimatan ekonomi yang dapat diperoleh dari penggunaannya, dan yang lainnya, ditujukan untuk alam sekitar, berkenaan dengan penggunaan rasional mereka dan pengurangan efluen terma dan / atau toksik.
Cogeneration mewakili konsep tenaga yang mempertimbangkan gandingan dua kitaran termodinamik di mana salah satunya berfungsi dengan sisa termal yang lain. Dalam kes khusus kami, kami mengkaji gandingan antara enjin pembakaran dalaman yang menggerakkan penjana elektrik di satu pihak, dan peralatan penyejukan penyerapan air litium bromida dan air di sisi lain, yang terakhir bekerja dengan sisa termal dari motor.
Karya ini didedikasikan untuk penyampaian asas-asas dan alat-alat yang bersifat teori yang diperlukan untuk pengembangan dan penafsiran model kogenerasi. Ia dimulakan dengan anteseden kogenerasi untuk memahami kepentingan sejarahnya, kemudian berusaha untuk memahami nisbah kecekapan enjin pembakaran dalaman serta penjana elektrik yang digabungkan dengan enjin pembakaran ini, peralatan pemulihan haba yang diproyeksikan. oleh enjin, dan akhirnya sistem penyejukan penyerapan litium bromida dan air.
ANTEKEDEN KOPERASI.
Penggabungan bukan proses baru, penerapannya berasal dari awal abad kelapan belas di mana bentuk yang paling representatif adalah kilang kecil yang dipasang di dalam cerobong asap.
Pada pertengahan abad kesembilan belas, postulat Sadi Carnot (Refleksi tentang kekuatan motif api) mendorong tindakan memanfaatkan sepenuhnya sisa buangan dari enjin wap, di mana konsep pemulihan pada dasarnya adalah untuk pemanasan di Kemudahan industri. Dekad terakhir abad yang sama menyaksikan kelahiran industri elektrik dan penemuan enjin pembakaran dalaman, yang menyebabkan pengembangan pasaran penjanaan tenaga dan haba gabungan.
Penghasilan bersama dalam evolusinya pada masa lalu tidak disebabkan oleh keperluan untuk menjimatkan tenaga, tetapi untuk tujuan memastikan bekalan elektrik dan panas, yang pada tahun-tahun itu tidak mencukupi dan tidak dapat diandalkan. Sejajar dengan penggunaan turbin dalam penjanaan elektrik, mesin pembakaran dalaman alternatif (ICM) juga sedang dikembangkan, kerana keperluan untuk sistem penjanaan yang lebih kecil dan serba boleh dengan pelaburan awal yang lebih rendah. Tetapi penghasilan bersama dalam mesin ini difokuskan pada penggunaan sisa haba untuk memanaskan bangunan, sama ada memanaskan udara atau air.
Pada masa ini, penggunaan haba sisa mempelbagaikan dengan membuat kitaran gabungan untuk penggunaan tenaga primer terbaik, dengan mengambil contoh penggabungan ICM dengan kitaran penyejukan penyerapan.
HURAIAN MODEL KOPERASI
Rajah 1 secara grafik mewakili sistem kogenerasi yang sedang dikaji. Ini dapat dilihat bahawa sistem ini terdiri daripada gandingan dua kitaran, satu motor dan satu lagi sistem penyejukan penyerapan, yang dijelaskan melalui gambarajah carnot.
Rajah 1 Skema sistem Cogeneration
Hubungan antara dua kitaran dilakukan oleh sistem pemulihan haba yang mengambil sebahagian kecil tenaga yang dibuang oleh mesin, untuk itu memberi makan penjana kitaran penyejukan.
Dengan cara ini, menurut apa yang disajikan dalam gambar 1, persamaan berikut dicadangkan yang akan menjadi dasar untuk pengembangan model:
Q ° f = m ° f. ΔHf "Tenaga termal bahan bakar yang digunakan" (1)
W ° = ηt. Q ° f "Kuasa mekanikal" (2)
Ge ° = ηg. W ° = ηg. ηt. Q ° f "Kuasa Elektrik" (3)
Q ° d = Q ° f - W ° "Kuasa sisa haba" (4)
Dari set persamaan ini, kecekapan kitaran gabungan, η sisir, dari segi kuasa penyejukan, Q ° r, dan kuasa elektrik, G ° e, ditentukan berkaitan dengan apa yang perlu dilaburkan, ini kuasa termal bahan bakar yang dihantar ke mesin, Q ° f, dinyatakan seperti berikut:
η sisir = (Q ° r + G ° e) / Q ° f (5)
Dalam kes kami, sisir η mewakili faktor kualiti kuasa yang akan berfungsi sebagai kaedah perbandingan antara sistem. Faktor ini sangat ciri kerana menyatukan dua jenis tenaga, satu terma dan satu lagi elektrik, khas dari konsep Cogeneration.
Rajah 2 menunjukkan litar bendalir yang mengangkut tenaga termal ke bahagian sistem yang berlainan, ini tidak lebih daripada campuran air dan bahan tambahan. Sistem pemulihan haba yang disebut dalam gambar 2, terdiri dari dua penukar haba, satu di mana kemungkinan haba pendam di jaket mesin dipulihkan dan yang lain di mana kemungkinan haba pendam dari gas ekzos dipulihkan.
Dari Gambar 1 dan 2, dapat dilihat bahawa untuk mencirikan kitaran kogenerasi, secara keseluruhan, perlu mencirikan ICM, penukar haba, dan kitaran penyejukan sebelumnya; aspek-aspek ini akan dikembangkan di bawah.
Gambarajah 2 Litar Bendalir sistem Cogeneration
JENIS KOMBUSAN DALAMAN
Dalam kes khusus kami, enjin yang perlu dipertimbangkan adalah mesin timbal balik yang digerakkan oleh gas asli sebagai bahan bakar, di mana pembakaran campuran udara-bahan bakar dimulai dengan percikan busi.
- Kitaran Termodinamik Teori
Karya ini menggunakan kitaran Otto sebagai kitaran termodinamik perwakilan enjin timbal balik, berdasarkan pertaliannya dengan gas asli sebagai bahan bakar untuk operasinya. Untuk analisis termodinamik motor ini, kita mulai dari model teoretikal atau kitaran Otto Air standard, yang ditunjukkan dalam gambarajah PV gambar 3, yang terdiri daripada peristiwa berikut:
Rajah 3. Kitaran Otto teori
Kitaran bermula pada titik "1" atau pusat mati bawah (PMI), dan diteruskan dengan proses pemampatan isentropik "1-2", sehingga berakhir di pusat mati atas (TDC) di mana haba ditambahkan pada isipadu tetap "2 -3 ", atau pencucuhan oleh percikan bahan bakar yang ada di dalam silinder, menghasilkan pembakarannya dan dengan demikian melepaskan tenaga yang digunakan dan digunakan oleh sistem dalam proses pengembangan isentropik atau strok daya, di mana kerja positif nyata dilakukan pada engkol mesin. Selepas pengembangan, aliran ekzos atau pengusiran gas pasca pembakaran bermula, di mana sebahagian besar produk dikeluarkan dari silinder dan haba dipindahkan ke medium.
Pertimbangan terakhir ini adalah (Panas dipindahkan ke persekitaran), di mana karya ini akan memberi perhatian khusus, untuk menganalisis potensi tenaga untuk digunakan dalam kitaran lain dengan keperluan terma.
Kecekapan terma, h t, dari kitaran Otto teoritis, ditakrifkan sebagai karya produktif (Kesan yang diinginkan) dibahagikan dengan tenaga termal yang dihantar oleh bahan bakar (kos kesan tersebut), tetapi jika kita mengaitkannya mengikut nisbah mampatannya, ia adalah dapat:
η t = W ° / Q ° f = 1 - 1 / ŗ 1- k (6)
Ini membolehkan kita membuat kesimpulan bahawa kecekapan terma enjin Otto teoretikal tetap pada enjin dengan nisbah mampatan yang sama. Dalam rajah 4 tingkah laku tersebut dijelaskan dan pada masa yang sama ia dibandingkan dengan kecekapan terma motor sebenar.
- Pertimbangan enjin sebenar
Tidak seperti model teori mesin Otto, kerugian tenaga termal yang tidak dapat dipulihkan yang menjadi ciri enjin Otto sebenar disebabkan oleh geseran mekanisme konstitutif enjin, yang memaksa untuk menghasilkan kerugian dengan pemindahan haba ke media penyejukan dan ekzos. pembakaran. Ini memungkinkan untuk menunjukkan bahawa kecekapan terma enjin Otto sebenarnya berubah-ubah bergantung pada keadaan operasi enjin.
Kenyataannya relevan, bahawa enjin ideal dan nyata menunjukkan prestasi yang lebih tinggi apabila nisbah mampatan meningkat, tetapi persoalan praktikal nisbah ini menarik, seperti ditunjukkan di bawah:
a) Dalam mesin sebenar, nisbah mampatan dibatasi oleh suhu keadaan 2 (gambar 3), jika suhu ini tinggi, campuran bahan bakar udara akan menyala secara spontan pada waktu yang salah.
b) Jika di bawah nisbah campuran bahan bakar yang sama, peningkatan nisbah mampatan (lihat gambar 5) mendorong peningkatan suhu dan tekanan pada titik 3 (gambar 3), ini membawa kepada reka bentuk mesin yang sangat menuntut ciri suhu tinggi dan tekanan kerja, serta kepentingan sistem penyejukan enjin dan kehilangan tenaga haba melalui jaket enjin, dengan kata lain peningkatan nisbah mampatan bermaksud bahawa terdapat peningkatan kawasan dinding silinder dan suhu rata-rata, dalam pengertian ini, semakin besar kadar aliran bahan pendingin yang akan digunakan, tetapi dibatasi oleh titik didih bahan pendingin, kestabilan filem minyak pada dinding silinder dan sifat bahan pembuatan.
Rajah 5 Kesan nisbah pencampuran dan keadaan T 3 dan P 3
c) Ketika mempertimbangkan pengaruh suhu T 4 atau suhu gas pasca pembakaran, diperhatikan pada gambar 6 bahawa suhu T 4 tersebut menurun ketika nisbah mampatan meningkat, disebabkan oleh pengembangan gas yang besar di dalam silinder semasa proses ekzos.
Rajah 6 Kesan nisbah pencampuran pada keadaan T 4
- Imbangan Tenaga Motor
Penggabungan dalam enjin pembakaran dalaman dianggap dua jenis sisa termal: 1) kerugian termal melalui gas ekzos, 2) kerugian termal melalui sistem penyejukan, selebihnya kehilangan terma kurang relevan, kerana kualiti rendah bertenaga. Penggabungan tidak hanya mempertimbangkan sisa tenaga termal, tetapi juga kekuatan mekanikal yang dihasilkan oleh enjin, dengan kata lain, kemampuan sistem untuk menukar potensi tenaga bahan bakar menjadi manifestasi tenaga lain.
Bermula dari keseimbangan tenaga di motor (Gambar 7), kita memperoleh:
Q ° f = W ° + Q ° d (7)
Q ° d = Q ° f - W ° (8)
Dengan mempertimbangkan persamaan 2, dan menggantikannya dalam persamaan 8, kami memperoleh:
Q ° d = Q ° f - W ° (9)
Q ° d = Q ° f - (ηt. Q ° f)
Q ° d = Q ° f. (1 - ηt) (10)
Rajah 7. Imbangan tenaga enjin pembakaran dalaman
Melanjutkan dengan gambar 7, ditunjukkan bahawa jumlah sisa termal terdiri dari kekuatan termal yang akan dikirimkan ke lingkungan, oleh: pendingin di kemeja Q ° ac, gas ekzos dan sisa Q ° ge, antara yang disebutkan: sistem pelinciran mesin dan radiasi mesin.
Persamaan menyatakan bahawa:
Q ° mc = Kuasa maksimum yang ditukarkannya, jika kawasan pertukaran itu Tidak Terbatas
Q ° mc = Cmin
Dari definisi NUT 2, persamaan yang memungkinkan untuk mengira kawasan pemindahan A 2 diperoleh, memandangkan pekali pertukaran haba global U 2 antara air jaket dan cecair kerja, seperti berikut:
A 2 = (NTU 2. C min) / U 2 (29)
SISTEM PENYEDIAAN UDARA PENGECUALIAN
Seperti yang ditunjukkan pada gambar 2, hasil proses pemulihan sisa termal dari mesin pembakaran dalaman yang terkandung dalam bendalir kerja, merupakan tenaga terma yang dipulihkan dan dibawa ke penjana sistem penyejukan penyerapan litium bromida. dan air.
Sistem penyejukan ini adalah yang paling sesuai untuk pengkondisian persekitaran, kerana menggunakan air sebagai bahan pendingin dan pada masa yang sama ia bukan cecair pencemar untuk alam sekitar, tekanan kerjanya baik di penjana dan di penyerap lebih rendah daripada tekanan atmosfera dan untuk alasan ini, spesifikasi reka bentuk peralatan ini tidak menuntut seperti yang dapat disediakan oleh sistem amonia dan air.
Sistem penyerapan litium bromida dan air menggunakan tenaga haba berkualiti rendah untuk menaikkan tekanan bahan pendingin dalam penjana, yang dalam kes kita adalah air; dan tekanan rendah yang diperlukan dalam penyerap dikekalkan dengan penggunaan bahan lain yang disebut penyerap, yang tidak lebih daripada garam litium bromida.
Dalam gambar 12, bahagian yang berlainan yang membentuk litium bromida dan peralatan penyejukan penyerapan air dijelaskan, menunjukkan bahawa kedua-dua penjana dan penyerap merupakan dua bahagian pentingnya; Penjana mewakili sisi tekanan tinggi dan penyerap sisi tekanan rendah
Pengoperasian sistem penyejukan litium bromida dan penyerapan air akan bergantung pada daya dengan mana haba dihantar ke penjana, Q ° pergi berbeza-beza kekuatan dengan mana haba diekstrak baik oleh kondensor dan oleh penyerap
Gambarajah 12 BrLi khas dan sistem penyerapan air
Keseimbangan tenaga dalam sistem penyerapan
Dalam Rajah 13 dapat dilihat bahawa, untuk menjalankan keseimbangan tenaga dalam sistem penyejukan, dua sumber tenaga terma penting diperhatikan, satu adalah tenaga terma yang akan diekstrak dari air ais atau Panas kandang, Q ° r, dan yang lain adalah tenaga haba yang diperlukan oleh penjana, Q ° g. Sebaliknya, tenaga haba yang akan diekstrak dihargai, baik oleh kondensor Q ° c dan oleh penyerap Q ° ab.
Rajah 13 Imbangan tenaga sistem penyejukan Penyerapan
Mengingat postulat undang-undang termodinamik pertama, kami memperoleh:
Q ° g + Q ° r = Q ° c + Q ° ab, (30)
dan yang lain, dengan mempertimbangkan jumlah air yang tersejat dalam penyejat, ia ditentukan: (raja, 1984. hlm 179)
Q ° r = m ° e. h fg pa, (35)
Di mana ia dipenuhi:
m ° e = kadar aliran jisim air yang tersejat di penyejat
h fg pa = entalpi pengewapan pada tekanan penyerap
dari persamaan sebelumnya, ia mengikuti
m ° e = Q ° r / h fg pa = m ° ah. Cp ah. ∆T ah / h fg pa (36)
Untuk menentukan prestasi penyerapan atau prestasi pasukan, didefinisikan sebagai pekali prestasi, COP , hubungan antara haba yang diserap oleh penyejat dan penjana haba yang dipindahkan:
COP = Q ° r / Q ° g (37)
KARAKTERISASI SISTEM KOLENERASI
Berdasarkan persamaan yang dikembangkan di atas di mana mereka mencirikan sistem kogenerasi, dapat ditunjukkan bahawa kekuatan mekanik yang dihasilkan oleh mesin adalah fungsi dari Prestasi Termalnya, yang sudah ditunjukkan dalam persamaan 2 dan 1, di mana:
W ° = ht. Q ° f = ht. m ° f. ΔHf, (38)
Sementara daya mekanikal yang ada di poros digunakan untuk menghasilkan elektrik dengan memasangkannya ke penjana elektrik, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2 dan dihitung dengan persamaan 15; Oleh itu kuasa elektrik G ° e, adalah:
Gºe = Wº * hg = ht . hg. m ° f. ΔHf (39)
Sebaliknya, haba buangan Q ° d berkaitan dengan prestasi terma motor seperti yang ditunjukkan dalam persamaan 2 dan 4, seperti berikut:
Q ° d = Q ° f - W ° = Q ° f - ηt. Q ° f = Q ° f. (1 - ht) (40)
Dalam proses pemulihan haba sisa, hanya sebahagian atau pecahan, fr, mungkin untuk mengambilnya dan mengaturnya sebagai sumber termal untuk peralatan penyejukan Q ° g, seperti yang ditunjukkan di bawah:
Q ° g = Q d . fr (41)
Bermula dari persamaan 37, kapasiti penyejukan Q ° r peralatan penyejukan dapat ditentukan, di mana:
Q ° r = COP. Q ° g = COP. Q d . fr = COP. Q ° f. (1 - ht). fr
Qr = COP. (m ° f . ΔHf). (1 - ht). fr (42)
Dan dari persamaan di atas, anda dapat mengetahui aliran massa bahan bakar m ° f yang digunakan oleh enjin pembakaran dalaman:
m ° f = Q ° r / COP. ΔHf. (1 - ht). fr (43)
Untuk mengira prestasi kitaran gabungan, h comb, dari persamaan 6 yang telah ditentukan di atas, yang sui generis menunjukkan prestasi kitaran gabungan, yang dalam kes kita adalah sistem Cogeneration:
h sisir = (G ° e + Q ° r) / Q ° f
h sisir = + (44)
RUJUKAN BIBLIOGRAFI
- AGUER, Mario dan JUTGLAR, Luis (2004) El Ahorro Energético, Ediciones Díaz de Santos, Sepanyol. BONNY, Antonio (2000) Tenaga Alternatif, Editorial Acento España BURGHARDT, David (1984) Kejuruteraan Termodinamik, edisi ke-2, Editorial Harla4 . CAPERHART, Barney and TURNER, Wayne (2000) Panduan Pengurusan Tenaga. Akhbar Fairmont, Amerika Syarikat 5 . CENGEL, Yunus (1998) Heat Transfer pendekatan Praktikal. Edisi Antarabangsa McGraw hill, Amerika Syarikat 6 . SURUHANJAYA NEGARA UNTUK PENJIMATAN TENAGA, CONAE (1999) Kecekapan tenaga dalam sistem perindustrian, Mexico. GIUSEPPE GRAZZINI, (1999) Ottimizzazione thermodinamica di frigoriferi, Pitagora editrice, Bolgna, Itali8 . HOLMAN P. , (1998) Pemindahan Haba, bukit Mc Graw, Sepanyol9 . KING, Guy, (1980) Bukit McGraw Refrigeration Moden, Amerika Syarikat10 . PAYNE, William (1997) Panduan rujukan pengurusan kogenerasi. The Fairmont press, USA PIZA, Ezquerra (1998) Peranti dan Sistem untuk Penjimatan Tenaga. Editor Marcombo Boixareu, Sepanyol 12 . PITA, Edgard (1997) Prinsip dan Sistem Penyejukan, Limusa Noriega Editores, Mexico. STOCKER, WF (1965) Penyejukan dan Penyaman Udara, McGraw Hill, Sepanyol. MANOHAR, Kadambi(1984) Penukaran tenaga, Jilid 2, Editorial Limusa, México15 . ROGOWSKI, Augustus (1973) Elemen Enjin Pembakaran Dalaman, McGraw Hill, USA THUMANN, Albert (1987) Panduan Jurutera dan Pengurus Loji untuk Tenaga The Fairmont press, USA18 . KATALOG YORK MILLENNIUM (2000) Penyejuk Penyerapan Cecair. Model YIA, Steam & Air Panas Satu Tahap. ZEMANSKY, Mark and DITTMAN, Richard (1981) Panas dan termodinamik edisi ke-6, McGraw Hill, Mexico
