Modelado y análisis de un ciclo rankine orgánico destinado a la producción de energía eléctrica en un proceso industrial

Abstract

Los ciclos Rankine orgánicos constituyen actualmente una de las tecnologías más usadas para el aprovechamiento de calores con limitada capacidad térmica y con temperaturas bajas o medias. En este trabajo se describe un modelo numérico simplificado que permite simular el funcionamiento estacionario de un generador eléctrico basado en estos ciclos termodinámicos. Se considera particularmente un ciclo subcrítico, con o sin recuperador de calor, lo cual abarca a la gran mayoría de las aplicaciones. Este modelo permite valorar la potencialidad de diversas fuentes térmicas (en el ámbito industrial o en otros) y también posibilita el estudio de aspectos inherentes al diseño, control y optimización del ciclo termodinámico para alguna aplicación específica. Los modelos se simularon numéricamente. Se caracterizó el funcionamiento de los generadores y la influencia de las condiciones operativas del ciclo, el fluido de trabajo empleado y las características de la fuente caliente. Como casos de estudio se analizó una posible aplicación en una planta del complejo petroquímico Puerto General San Martín (Santa Fe, Argentina). Como resultado de tal aplicación, se muestra que utilizando parte de la energía actualmente liberada al medio a través de condensadores es posible obtener ~200 kW de potencia eléctrica para inyectar en la red de la planta.

Organic Rankine cycles are currently one of the most used technologies to take advantage of residual heat, with limited thermal capacity and with low/medium temperatures. In this work, a simplified model is described for the stationary operation of an electric generator based on these thermodynamic cycles. Particularly, a subcritical cycle (with or without heat recovery) is modeling, which covers the vast majority of applications. This model allows the assessment of the potential of several thermal sources and enables the study of design, control, and optimization of these thermodynamic cycles for a specific application. The models were simulated numerically. The operation of the generators, the influence of the operating conditions, the impact of the used working fluid, and the characteristics of the hot source were considered. Then, a specific application in a plant of the Puerto General San Martín petrochemical industrial complex (Santa Fe, Argentina) was analyzed. As a result, it is shown that using part of the residual energy currently released in condensers it is possible to obtain ~ 200 kW of electrical power to supply the plant grid.