Revista Cogeneración Octubre
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Eficiencia y Ahorro en EnergíaCogeneración
Volumen 5Número 56Oct. 2013
El Ciclo TermodinámicoMiller de Alta Eficiencia.
l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l
www.electriz.com.mx
El ciclo Miller es una evolución del ciclo termodinámico Otto, el sistema tradicional
de operación de los motores a combustión interna. Desde el punto de vista de los
componentes mecánicos los motores que funcionan con los dos ciclos son
prácticamente iguales; el Ing. Milller observó que una parte importante de la
potencia generada en la fase de explosión/expansión (que es la fase en la cual se
genera la potencia del motor) se utiliza en la sucesiva fase de compresión y, con el
objetivo de disminuir esta parte de potencia necesaria para el funcionamiento del
motor y no disponible al usuario final, modificó el momento de cierre de la válvula
de admisión del motor, retardándolo. En conclusión, una parte de combustible se
regresa sin participar en la generación de potencia pero se utiliza una cantidad
menor de potencia en la fase de compresión: calibrando oportunamente el cierre
de la válvula de admisión equilibrando la potencia “perdida” (menor combustible
introducido) con la menor potencia utilizada en la compresión, se obtiene una
“ganancia” en términos de eficiencia, por otro lado es posible obtener una cierta
recuperación de la potencia “perdida” introduciendo más combustible en el motor
con un compresor específicamente diseñado.
El mismo principio se aplica en los motores rotativos con el ciclo Atkinson.
Motores que funcionan con el ciclo Miller antes descrito, son actualmente aplicados
en automóviles y en microcogeneradores representando por lo tanto una ventaja
adicional a las que ofrece de sí la propia Cogeneración.
El Ciclo Termodinámico Miller de Alta Eficiencia.
l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l
Eficiencia y Ahorro en EnergíaCogeneración
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Ciclo Miller
Microcogenerador con Ciclo Miller
Ciclo Otto
Ciclo Miller
Admisión
Admisión
Compresión
Sin Compresión Compresión
Explosión
Explosión
Escape
Escape
$/G
J$
/GJ
Diesel @ 9,403 kcal/l (incluye $ 0.13 de flete)
Gas LP, Zona 92 @ 6,416 kcal/l, 4.1868 J/cal
Gas natural, Tarifa Doméstica @ 8,460 kcal/l (Molécula + 41.57 $/gJ de comercialización)
Gas natural Tarifa Industrial @ 8,460 kcal/l (menos de 10,000 gcal/año ó 41,868 gJ/año, consumo aprox 200 m3/h)
Gas natural Tarifa Industrial @ 8,460 kcal/l (más de 10,000 gcal/año ó 41,868 gJ/año, consumo aprox. 1500 m3/h)
Gas natural Molécula adicional notificado @ 8,460 kcal/l
Precio del Combustóleo a 37.71 GJ/mt3 (CFE) $/kW
Precio del Gas Natural (CFE) $/kW
Diesel (CFE) a 38.7 GJ/mt3 en $/kW Carbón importado (CFE) $/kW
Carbón Nacional (CFE) $/kW
Combustóleo, Precio al público de productos petrolíferos
Combustibles
* Precios por kW de combustible3** Gas natural tarifa industrial (zona centro y 200 m /h)
TIPO DE COMBUSTIBLEPRECIO
$ UNIDAD GJ/mt3 $/GJ *$/kW
PRECIO ACTUALOctubre 2013
PODERCALORIFICO
DIESEL
GAS NATURAL (Industrial)**
GAS L.P.
GAS NATURAL (Doméstico)
COMBUSTÓLEO
12.27
77.00
5.85
134.13
7.16
$/lt
$/GJ
$/lt
$/GJ
$/lt
36.2158
0.03542
25.7907
0.03542
39.3999
295.66
77.00
226.96
134.13
181.82
1.06
0.28
0.82
0.48
0.65
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Eficiencia y Ahorro en EnergíaCogeneración
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Precios de combustiblesGas LP, Gas Natural, Diesel
Índice de combustiblesDiesel, Combustóleo, Gas Natural, Carbón Importado y Nacional
Ahorro por el Autoabastecimiento con Motores de Combustión Interna
Horas
PeríodoGeneraciónen $/kWh
Por kW Por kW anualTarifa
HMInvierno Verano
TotalHr/año
Ahorro
Base
Intermedio
Punta
Total
1232
1980
484
3696
1699
3065
300
5064
2931
5045
784
8760
$1.1013
$1.3173
$2.1246
$1.3173
$0.661
$0.661
$0.661
$0.661
$0.4401
$0.6561
$1.4634
$0.6560
$1289.98
$3310.10
$1147.32
$5747.40
Para el cálculo de ahorro se considera un equipo de 1200 kW y un consumo de 130 000 GJ anuales incluyendo $0.10 por mantenimiento.Ahorro por generación con gas natural.
NOTA: HM zona central, costo sin mantenimiento, depreciación, etc.
Tarifa HM Base Tarifa HM Intermedio Tarifa HM Punta
Tarifa HM ponderada 24 hrs Generación diesel combustión interna Generación gas combustión interna
B I P
Po D GN
Nov
12
Dic
12
Ene
13
Feb
13
Mar
13
Abr
13
May
13
Jun
13
Jul 1
3
Ago
13
Sep
13
Oct
13
Electriz-CHP Index
7.00
6.00
5.00
4.00
=
UNIDAD $/kW Oct.13 RELACIÓN
kWe 1.4322
kWt 0.2795
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Eficiencia y Ahorro en EnergíaCogeneración
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Energía Eléctrica
Tarifa Media Tensión más de 100 kW (HM) vs Costo de Generación
DemandaFacturable
HM
$ 176.23
= 5.12
Consumo anual hasta (GJ/año) 41 868 125 604 125 604
Consumo anual de (GJ/año) 17 000 52 000 130 000
Se toma un costo de gas natural a Octubre de 2013 de: Tarifa con molécula incluida $ 77.00 $ 65.57 $ 61.02 $/gJ
Se toma un costo de gas LP a Octubre de 2013 de: $ 226.96 $/gJ
La red de gas natural de presión media baja comercialmente disponible suministra hasta 200 mt3/h a: 0.350 kg/cm2
La red de gas natural de presión alta difícilmente disponible suministra sin límite de gasto a: 1 kg/cm2
El consumo de gas en motores de combustión interna supone un poder calorífico del gas natural de: 35.42 MJ/m3
Hasta (GJ/año)
MG 065
64
35.39%
51.93%
87.32%
181
0.65
18.40
0.78
0.62
0.10
0.88
57
37
-
94
82
69
-
151
131
157
-
288
205
179
-
384
312
244
-
556
297
1.07
30.19
0.78
0.62
0.10
0.88
567
2.04
57.63
0.79
0.63
0.10
0.89
0.75
0.59
0.10
0.85
776
2.79
78.87
0.76
0.60
0.10
0.86
1 085
3.91
110.28
MG 105
105
35.37%
50.84%
86.21%
MG 200
199
35.11%
50.79%
85.90%
MG 300
283
36.42%
49.48%
85.90%
MG 400
401
36.97%
51.24%
88.21%
-
0.218
-
0.015
-
0.218
-
0.015
-
0.218
-
0.015
-
0.218
-
0.015
-
0.218
-
0.015
DESEMPEÑO DE LAS UNIDADES DE COGENERACIÓN OCTUBRE 2013
440 / 480Tensión
Modelo
Potencia ISO
Eficiencia Eléctrica
Eficiencia Térmica
Eficiencia Total
kW
GJ/h
m3/h
G N $/kWh@17 000 Gj año
G N $/kWh@130 000 Gj año
Mtto $/kWh
Total $/kWh G N
kW
kW a 120°C
kW
Total kW
Energía Térmica
Motor
Escape
Aceite Lub.
Total
Costo
de
Generación
V
kWe
%
%
%
psig min
psig max
bar min
bar max
Presión de Gas
Requerida
PARÁMETRO UNIDAD MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA
Consumo
de
Combustible
COMBUSTIBLE
NUMERO DE METANO
EMISIONES NOX
GAS NATURAL
MN80
3< 500 mg / Nm
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Eficiencia y Ahorro en EnergíaCogeneración
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Sistemas de Cogeneración
Con el objetivo de que los datos presentados en éste Boletín de Cogeneración le sean de utilidaden su actividad profesional y con la mejor disposición de ampliar la información técnica sobre el tema,lo invitamos a ponerse en contacto con nosotros al correo: [email protected] y con muchogusto atenderemos cualquier duda o requerimiento en cuanto a aplicaciones y posibilidades de ahorrode Energía.
440 / 480 4 160 / 13 800
297
383
-
680
1 459
5.25
148.29
D600
600
41.10%
46.60%
87.70%
D800
800
41.50%
46.20%
87.70%
1 930
6.95
196.16
0.67
0.53
0.13
0.80
382
510
-
892
615
595
-
1210
798
792
-
1590
987
1016
-
2003
970
1563
320
2853
1289
2097
430
3816
2 782
10.02
282.76
0.64
0.51
0.11
0.75
3 625
13.05
368.44
0.65
0.51
0.10
0.75
0.64
0.50
0.10
0.74
4 632
16.68
470.78
0.64
0.51
0.10
0.74
0.64
0.50
0.09
0.72
6 897
24.83
700.99
9 194
33.10
934.46
D1200
1 200
43.10%
43.50%
86.60%
D1600
1 550
42.80%
43.90%
86.70%
D2000
2 000
43.20%
43.20%
86.40%
D3000
3 000
43.50%
41.40%
84.90%
D4000
4 000
43.50%
41.50%
85.00%
190
257
-
447
0.67
0.53
0.19
0.86
0.67
0.53
0.15
0.82
971
3.50
98.69
D400
400
41.20%
46.00%
87.20%
0.290
2.901
0.020
0.200
0.290
2.901
0.020
0.200
0.290
2.901
0.020
0.200
0.290
2.901
0.020
0.200
0.290
2.901
0.020
0.200
0.290
2.901
0.020
0.200
0.725
4.351
0.050
0.300
0.725
4.351
0.050
0.300
Tensión
Modelo
Potencia ISO
Eficiencia Eléctrica
Eficiencia Térmica
Eficiencia Total
kW
GJ/h
m3/h
G N $/kWh@17 000 Gj año
G N $/kWh@130 000 Gj año
Mtto $/kWh
Total $/kWh G N
kW
kW a 120°C
kW
Total kW
Energía Térmica
Motor
Escape
Aceite Lub.
Total
Costo
de
Generación
psig min
psig max
bar min
bar max
Presión de Gas
Requerida
PARÁMETRO UNIDAD MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA
Consumo
de
Combustible
COMBUSTIBLE
NUMERO DE METANO
EMISIONES NOX
GAS NATURAL
MN80
3< 500 mg / Nm
V
kWe
%
%
%
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