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Relación de eficiencia energética y diseño de la combinación de energías en el diseño de sistemas de refrigeración con GNL

2016-04-11View Original

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A continuación se presenta un artículo que he redactado yo mismo. Acojo con entusiasmo las discusiones y las críticas constructivas de todos. Introducción: Bajo los requisitos de protección del medio ambiente y de reducción del consumo energético, la cantidad de electricidad que consumen los sistemas de refrigeración es el indicador más importante a tener en cuenta. Para el funcionamiento de las plantas de GNL, cuando los costos de los equipos son constantes, elegir procesos eficientes en términos energéticos es la forma más importante de reducir los costos y aumentar los ingresos. En el caso de los productos de aire acondicionado, la clasificación de eficiencia energética es un método para indicar las diferencias en cuanto al nivel de eficiencia energética de dichos productos. La relación de eficiencia energética se refiere a la relación entre la capacidad de refrigeración nominal y la potencia nominal (consumo de energía). De acuerdo con las **normas establecidas, el rendimiento energético de los aires acondicionados se divide en cinco categorías: 1, 2, 3, 4 y 5. Los valores correspondientes para cada categoría son: más de 3.4, de 3.2 a 3.4, de 3.0 a 3.2, de 2.8 a 3.0 y de 2.6 a 2.8. Según las normas, si un producto tiene un nivel de eficiencia energética inferior al nivel 5, que es el mínimo requerido para su comercialización, no se le permite vender en el mercado. El fondo de la marca de eficiencia energética es azul, y en la parte superior se indican datos como “nombre del fabricante” y “modelo” ; Lo más llamativo es la parte central del símbolo, donde hay marcas que indican los niveles del 1 al 5, desde el verde hasta el rojo. A la izquierda se indican las informaciones relacionadas con el consumo de energía, desde “bajo consumo” hasta “alto consumo”. En la esquina superior derecha se indica claramente el nivel de eficiencia energética del producto en cuestión. En la parte inferior de la etiqueta se indican los valores específicos de “relación de eficiencia energética”, “potencia de entrada” y “capacidad de refrigeración”. 1. Definición del coeficiente de eficiencia energética del sistema de refrigeración con GNL: El sistema de refrigeración para el GNL, es decir, el gas natural licuado, está compuesto por varios componentes principales como el compresor del refrigerante, el condensador, la válvula J-T y el tanque frigorífico. El sistema de refrigeración en el proceso de licuefacción del GNL también constituye un sistema de ciclo cerrado. Como se muestra en la imagen, el refrigerante es comprimido por el compresor de refrigerante, lo que hace que pase a un estado de alta temperatura y alta presión. Luego, pasa por el condensador, donde se enfría y se libera el calor absorbido por el refrigerante. Después, el refrigerante entra en el tanque de enfriamiento, donde intercambia calor con el gas natural purificado. El refrigerante absorbe el calor del gas natural y, a continuación, vuelve al compresor de refrigerante para ser comprimido nuevamente. De esta manera, el estado del refrigerante vuelve a su estado inicial. Relación de eficiencia energética = Calor del gas natural absorbido Q_absorbido / Trabajo realizado por el compresor W. La cantidad de calor Q_absorbido del gas natural corresponde al calor sensible liberado durante el proceso de licuefacción del gas, así como al calor latente liberado durante el proceso de cambio de fase; en otras palabras, se trata de la carga térmica efectiva que debe soportar el tanque de enfriamiento. La energía realizada por el compresor, W, es la potencia útil del compresor de refrigerante. Si se considera que una planta de procesamiento de LNG con una capacidad de 300,000 metros cúbicos por día tiene una carga térmica en el tanque de refrigeración de 3171 KW, y que la potencia activa del compresor es de 1000 KW, entonces el índice de eficiencia energética del sistema de refrigeración de LNG será de 3.171. Si la potencia del compresor es de 2000 KW, entonces el índice de eficiencia energética será de 1.58. Según los estándares de ahorro energético para sistemas de aire acondicionado, si este valor es inferior al mínimo requerido de 2.6, entonces dicho producto no puede ser vendido en el mercado. 2. Cálculo de la carga del tanque de refrigeración en el sistema de refrigeración por GNL: El tanque de refrigeración es uno de los componentes clave del sistema de refrigeración por GNL; su capacidad de carga es lo que garantiza una producción masiva de GNL. En el diagrama de ejemplo anterior, la cantidad de calor que el tanque frío absorbe por unidad de tiempo es su capacidad de carga, la cual puede expresarse en KW. La cantidad de calor que absorbe el tanque de enfriamiento por unidad de tiempo puede calcularse a partir de la cantidad diaria de gas natural que se procesa. Esto incluye el calor latente liberado durante el proceso de licuefacción del gas natural en el tanque de enfriamiento, es decir, el calor específico Q_s, así como el calor latente Q_l liberado durante la transformación del gas natural de estado gaseoso a estado líquido. Por ejemplo, en una planta de LNG que procesa 300,000 metros cúbicos estándar de gas natural al día, teniendo en cuenta que la densidad del gas natural es de 0.72 kg/nm³, su capacidad calorífica es de 2156 J/(kg•K), y la diferencia de temperatura necesaria para su licuefacción es de 260 grados, se puede calcular el valor de la energía sensible como sigue: Q_sensible = 30x10000x0.72x2.156x260/(24x3600) = 1401 KW. La energía latente de vaporización del gas natural es de 510.25 kJ/m³; por lo tanto, el valor de la energía latente para 300,000 metros cúbicos estándar de gas natural es: Q_latente = 30x10000x510.25/(24*3600) = 1771.7 KW. Así, la carga térmica total del sistema de refrigeración de LNG, con un procesamiento diario de 300,000 metros cúbicos estándar de gas natural, es de 3171.7 KW. 3. Diseño energético del sistema de refrigeración de LNG: Como se puede ver en el ciclo de estado del refrigerante mencionado anteriormente, la energía efectiva absorbida por el tanque de refrigeración, Q_absorbido, sumada a la potencia efectiva suministrada por el compresor, W, debe ser disipada mediante el condensador del refrigerante. De esta manera, se elimina la energía adicional en el refrigerante, Q_emitiido, permitiendo que el refrigerante vuelva a su estado original y pueda comenzar otro ciclo de refrigeración. Por lo tanto, la energía Q_disipada por el condensador del refrigerante debe ser igual a la carga térmica efectiva Q_absorbida por el tanque frigorífico, más la potencia activa W del compresor del refrigerante: Q_disipada = Q_absorbida + W. Si la potencia del condensador del refrigerante es insuficiente, como resultado, la capacidad de enfriamiento del sistema de refrigeración será insuficiente, y no se podrá producir la cantidad deseada de producto líquido.

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