jueves, 19 de agosto de 2010

Calculador de la capacidad calorífica de los gases

¿Que tratará el contenido de este artículo?

Como calcular la capacidad calorífica de los gases y de una mezcla de gases y cómo se relaciona esta propiedad (capacidad calórica, capacidad calorífica o calor específico) con la temperatura.

Objetivos del artículo.

Presentar una nueva herramienta de cálculo energético online y en acceso gratuito en nuestra web www.energianow.com

Se muestra cómo calcular la capacidad calorífica de los gases y de una mezcla de gases y cómo se relaciona esta propiedad (capacidad calórica, capacidad calorífica o calor específico) con la temperatura. Se exponen conocimientos prácticos obtenidos en el ejercicio de este tipo de trabajo industrial.

En la herramienta de cálculo que aquí se presenta se han tomado en cuenta los componentes gaseosos de mayor presencia en la industria global. Dentro de este amplio universo, los gases incluidos están muy ligados a la industria engeneral, están presentes en los humos o gases generados como productos de la combustión, en la industria de los combustibles, en laatmósfera, como contaminantes atmosféricos, etc.

Esta información o dato, la capacidad calorífica de los gases, se emplea y es imprescindible contar con ella para realizar cálculos de la eficiencia del proceso de la combustión, para determinar el nivel de energía que una determinada mezcla gaseosa contiene y/o transporta,para el cálculo de otros parámetros de importancia termodinámica, como son la entalpía y la entropía, etc. Estos parámetros son necesarios y ampliamente utilizados para realizar los balances energéticos.

Para la determinación de la capacidad calorífica se utilizan expresiones empíricas. Más abajo se presentan estas ecuaciones de cálculo. Han sido escritas aquí para cada uno de los gases que se incluyen este calculador. Estas ecuaciones reportan el calor específico con un error no superior al 5 % (en la mayoría de los gases no mayor al 1 %) en el intervalo de temperaturas entre 273º y hasta 1500 ºK (1226.84 ºC). Este intervalo a su vez será el límite de empleo del calculador y valores fuera del rango no serán procesados.

¿Cómo se realizará este cálculo y el resultado sobre qué bases y unidades se reportará?

Registrando en el Formulario de entrada el valor del intervalo de temperaturas al cual se encuentra el gas o la mezcla y seleccionando el gas o los diferentes gases que forman parte de la misma mediante el registro de la fracción volumétrica de cada uno.

Para ello debe introducir en el Formulario el valor máximo de temperatura posible para el componente gaseoso o la mezcla y el valor mínimo del intervalo o temperatura ambiente. El procesador hallará el calor específico medio dentro de ese intervalo de temperaturas.

Para calcular el calor específico medio de una mezcla de gases, hay que conocer las fracciones volumétricas de los componentes que están presentes en la mezcla. Cada componente tiene un calor específico diferente y este parámetro se comporta también diferente para cada valor de temperatura. El calor específico de la mezcla será representativo de todos los componentes que lo integran y se calculará como el valor medio ponderado de la integración de los calores específicos medios de cada participante en la mezcla.

Para conocer las fracciones volumétricas se realizará un análisis de gases. El análisis de gases (análisis Orsat), se realiza con instrumentos o equipos de laboratorio. Existen procesadores electrónicos - digitales que reportan el porciento en volumen de los principales componentes. El Orsat como equipo portátil de laboratorio, es utilizado ampliamente. Existen equipos de laboratorio de mayor precisión, como son los cromatografos de gases. Generalmente se reporta el resultado como la fracción de cada componente en la mezcla, en base seca.

La fracción volumétrica se expresa en tanto por ciento o en tanto por uno y es representativa a la fracción molar (moles de cada componente en moles totales de la muestra), o fracción en volumen, (volumen de cada componente entre el volumen total de la muestra). Conocida la fracción molar o volumétrica en la mezcla se registrarán sus valores en el Formulario de entrada del sistema. El procesador se encargará de multiplicar cada una de las fracciones volumétricas por la capacidad calórica respectiva y las integrará para hallar el calor específico promedio en el intervalo de temperatura que se haya definido.

Cuando se quiere calcular el calor específico de un gas, se introducirá en el Formulario de entrada el valor fracción molar 100 % para el gas seleccionado que es equivalente al componente puro. También se registrará el intervalo e temperatura dentro del cual se requiere ese valor.

El procesador mostrará el calor específico promedio (cpm) del gas dentro del intervalo de temperatura registrado.
Si lo que se necesita es determinar el calor específico medio de una mezcla gaseosa, se introducirán las fracciones o concentraciones volumétricas de cada uno de los componentes presentes y el intervalo de temperatura en el que se requiere que el procesador muestre la capacidad calórica promedio de la mezcla. La suma de las fracciones volumétricas tiene que cumplir la condición de ser igual a 100 %, que es el total de la mezcla gaseosa. De no cumplirse esta condición absoluta, el procesador no admitirá realizar la operación de cálculo.


El análisis Orsat. Notas.
Para proceder a establecer la calidad de la combustión, es imprescindible medir cuatro características de los gases resultantes:
a) Medida del CO2
b) Medida del CO
c) Medida del H2
d) Medida de los inquemados sólidos

El aparato Orsat es un set portátil compuesto por una probeta de medición y diferentes botellas que contienen soluciones química, componentes sólidos y un pequeño horno para la quema de los gases que no hayan combustionado. Haciendo pasar la muestra de humos por las diferentes botellas y secciones del equipo, se absorben y se van separando los diferentes componentes gaseosos que forman parte de la mezcla de humos. Así se atraparán el CO2, CO, SO2, O. El N2 se calcula por diferencia. El resultado se expresa en fracción volumétrica.

¿Cómo se puede tomar una muestra de humos?

Para hacer su análisis volumétrico de los humos hay que saber tomar una muestra representativa. Para eso se utilizan unos bulbos de cristal o botellas (borboteadores toma muestras) , que se llenan de agua, evitando que quede aire u otro gas indeseable dentro de ellas.

Para estar más seguro se pueden sumergir en un recipiente con agua, evitando el contacto con el aire atmosférico. Estas botellas disponen de una entrada y una salida por el otro extremo, ambas con sus respectivas válvulas de cierre. La válvula de entrada se conecta a una manguera de goma y esta a su vez a la toma de muestra del recipiente o
conducto de tubería que contiene el gas a analizar.

Se alimenta el gas a la botella de manera de que vaya desplazando el agua que contiene en su interior. En caso que el gas esté bajo presión negativa, como es el caso de los humos que escapan a la atmósfera en la zona inferior de la chimenea, se deja escapar lentamente el agua de la botella y eso produce un vacío o presión de succión. En este
caso hay que asegurarse que el sistema es totalmente hermético, para evitar la entrada de aire atmosférico al succionar el gas en la zona a baja presión. Una entrada de aire indeseable falsearía las concentraciones de los gases presentes en la mezcla original.

Cuando se termina de completar la muestra, se cierran las dos válvulas de bloqueo y se transporta al laboratorio para realizar el análisis de su composición química. En el equipo de laboratorio se determina la fracción de cada componente en el volumen total y se expresa el resultado en tanto por uno o tanto por 100.

Mas abajo en este artículo se resumen las expresiones de cálculo en función de las temperaturas absolutas registradas aquí para determinar la capacidad calórica de cada uno de los posibles componentes gaseosos que pueden estar presentes en la mezcla. El valor es reportado a 1 atm de presión, en cal/mol grado. El procesador convierte los valores de temperatura en ºF a valores absolutos en ºK. Las unidades de salida son Btu/pie3 ºF

Expresiones empíricas para calcular la capacidad calorífica de los gases que considera el procesador.
Gas Calor específico, Btu/pie3 ºF donde th en ºF (Vol a 60 ºF-30"Hg)

CO2 1/(T2-T1)*(6.396*(T2-T1)+(1/2)*10.1004E-03*DTk2-(1/3)*3.405E-06*DTk3)
CO 1/(T2-T1)*(6.342*(T2-T1)+(1/2)*1.836E-03*DTk2-(1/3)*0.2801E-06*DTk3)
O2 1/(T2-T1)*(6.095*(T2-T1)+(1/2)*3.253E-03*DTk2-(1/3)*1.017E-06*DTk3)
H2 1/(T2-T1)*(6.947*(T2-T1)-(1/2)*0.2E-03*DTk2+(1/3)*0.4808E-06*DTk3)
SO2 1/(T2-T1)*(6.147*(T2-T1)+(1/2)*13.844E-03*DTk2-(1/3)*9.103E-06*DTk3+(1/4)*2.057E-09*DTk4)
N2 1/(T2-T1)*(6.449*(T2-T1)+(1/2)*1.4134E-03*DTk2-(1/3)*0.0807E-06*DTk3)
Hidrocarburos gaseosos.
CH4 1/(T2-T1)*(4.171*(T2-T1)+(1/2)*14.454E-03*DTk2-(1/3)*0.267E-06*DTk3-(1/4)*1.722E-09*DTk4)
C2H6 1/(T2-T1)*(1.279*(T2-T1)+(1/2)*42.464E-03*DTk2-(1/3)*16.420E-06*DTk3+(1/4)*2.035E-09*DTk4)
C3H8 1/(T2-T1)*(-1.209*(T2-T1)+(1/2)*73.7344E-03*DTk2-(1/3)*38.666E-06*DTk3+(1/4)*7.961E-09*DTk4)
C4H10 1/(T2-T1)*(-0.012*(T2-T1)+(1/2)*92.5064E-03*DTk2-(1/3)*47.798E-06*DTk3+(1/4)*9.706E-09*DTk4)
C2H4 1/(T2-T1)*(2.706*(T2-T1)+(1/2)*29.164E-03*DTk2-(1/3)*9.059E-06*DTk3)
C2H2 1/(T2-T1)*(11.942*(T2-T1)+(1/2)*4.3874E-03*DTk2-(1/3)*0.232E-06*DTk3)
C6H6 1/(T2-T1)*(-9.478*(T2-T1)+(1/2)*119.93E-03*DTk2-(1/3)*8.702E-06*DTk3)

La información es gratuita y solo requiere el registro del usuario en nuestra Base de Datos.

En nuestra web se publican también otras herramientas de cálculo que despertarán el interés por la conservación de la energía. Dentro de ellas se puede interactuar con procesadores online que facilitan cálculos energéticos diversos, muestran cifras ye imprimen indicadores sobre eficiencia, todas estas cifras de gran demanda y utilidad por los que trabajamos por mejorar el uso de la energía.

Gracias por la atención,

RenéRD
Ingeniería Energética General
info@energianow.com
www.energianow.com

miércoles, 11 de agosto de 2010

Calculador que determina la eficiencia energética de los sistemas de refrigeración que emplean amoniaco como fluido refrigerante. Compruébalo.

Recién se ha publicado en nuestra web www.energianow.com el procesador titulado Calculador Eficiencia Energética en la Refrigeración - Amoniaco

Su objetivo es evaluar los principales indicadores de comportamiento y eficiencia energética del sistema de refrigeración, utilizando como refrigerante el amoniaco, tomando en cuenta los indicadores energéticos del ciclo refrigerante exclusivamente. Si se tiene en cuenta que en este proceso cíclico se invierte gran cantidad de energía, se llega a la conclusión que el esfuerzo para operar de la manera más eficiente estos sistemas será muy positivo para todo el conjunto.

Para mostrarnos los indicadores energéticos, el procesador principal encuentra el valor de las variables termodinámicas del amoniaco líquido, saturado y recalentado del proceso real, en los puntos sensibles del sistema. Estos puntos son aquellos representativos de cada una de las etapas o procesos del ciclo de refrigeración. Los puntos de toma de medición se ubican principalmente en la descarga, succión del compresor y tanque de amoniaco líquido, los que coinciden con el inicio y final de los procesos de compresión, condensación y evaporación. Otros puntos de medición pueden complementar el trabajo energético.

Una vez encontrado los valores termodinámicos en los puntos anteriores, el procesador los muestra y reporta en unidades inglesas y en otras unidades técnicas usadas con frecuencia.

Para poder hacer los cálculos de los indicadores energéticos, además de los valores de temperatura y presión tomados, se requiere registrar otros parámetros que están vinculados con el comportamiento energético del sistema. Estos son:

Potencia eléctrica instalada, en kwe, o la energía eléctrica consumida, en kweh.
Flujo másico del refrigerante, en lb/h

Si el servicio energético que realiza el sistema es aire acondicionado - bomba de calor, el procesador es capaz de calcularnos los indicadores de eficiencia energética horario (Energy Efficiency Ratio (EER)) y estacional (Coeficiente de Comportamiento Estacional de un Aire Acondicionado o una Bomba de Calor SEER). Para este cálculo habrá que registrar como datos de entrada los siguientes:

Frigorías anuales, Btu/h-anual
Consumo anual de energía, Watt-h-anual

¿Qué indicadores se pueden determinar al emplear este calculador?

La salida del procesador abarca los siguientes índices energéticos.

Comportamiento ideal
calor absorbido en el evaporador (QB), Btu/lb
calor expulsado en el condensador (QA), Btu/lb
trabajo calculado ejercido por el compresor (W), Btu/lb
trabajo calculado ejercido por el compresor (W), kW/lb
porciento enriquecimiento del vapor succión del compresor, %
volumen especifico en la succión compresor, pie3/lb
refrigerante, lb/h-ton (por cada ton refrigeración)
coeficiente de comportamiento ideal COP, (Qb/W)

Comportamiento real
refrigeración total, ton ref.
refrigeración total, Btu/h
potencia frigorifica, (Qb) en kW_frigorifico
potencia teorica, (W) en kWe_teorico
potencia electrica real, (W) en kWe_real
Pérdidas potencia, (Wreal vs Wteorico): kw-h = kWe-(W) y en %
ton ref por kWe (ton/kWe_real)
coeficiente de comportamiento real COP, (Qb/Wreal)
Energy Efficiency Ratio (EER), (Qb)/W
Emisiones de CO2 en kg (Base F/O primario Térmoeléctrico) por kWe_teorico
Emisiones de CO2 en kg (Base F/O primario Térmoeléctrico) por kWe_real
Posibilidades de reducción de emisiones, en kg/kWe_real y en % , mejorando la eficiencia

Indicadores específicos para los Sistemas centralizados de Aire Acondicionado.

a) Coeficiente de Comportamiento Estacional de un Aire Acondicionado o una Bomba de Calor. EER=SEER * 0.85. Calculado en función del valor EER anterior, ARI 210/240 del 2008
b) SEER determinado en función de los Btu/h frigoríficos y la energía consumida en Watt-h en el mismo periodo,

Se ha preparado un artículo y convertido a pdf titulado Sistemas de Refrigeración - Evaluación de la eficiencia integral con el propósito de ofrecer una información básica a los interesados. Este documento contiene las bases técnicas necesarias para entender el procesamiento y los cálculos realizados. El material puede ser descargado libremente. Su contenido aborda las siguientes temáticas:

Resumen termodinámico para entender cómo realizar la evaluación energética
Volumen de refrigerante desplazado y capacidad frigorífica
Sistemas de Refrigeración funcionando como bomba de calor (bc) en la climatización. Diferencias respecto al Sistema de Refrigeración (f).
Pasos a dar para determinar la eficiencia energética del sistema de refrigeración

Como ya se explicó anteriormente, para evaluar la eficiencia energética de los sistemas de refrigeración que emplean amoniaco, ha sido necesario contar con la información de los parámetros y variables de estado de este refrigerante natural, por lo que ha sido necesario automatizar las Tablas del Amoniaco en las 3 fases posibles, líquida, saturada y recalentada.

Este tipo de publicaciones forma parte de un proyecto ambicioso que llevamos a cabo cuyo objetivo central es diseñar este tipo de herramientas que permiten transmitir conocimientos e informaciones actualizadas, expresar en cifras y difundir los indicadores que miden el resultado de los procesos energéticos. Las cifras en sí son más poderosas que mil palabras bien dichas. Ellas dan una idea práctica, posibilitan la toma de decisiones y sirven para medir la tendencia en el tiempo y como se comporta energéticamente un sistema. Difundirlas online posibilita su acceso y utilización por cualquier interesado y desde cualquier rincón conectado.

Para acceder a la información anterior y al Calculador Eficiencia Energética en la Refrigeración - Amoniaco debe dirigirse a www.energianow.com En la sección Calculadores_Energéticos, en el bloque tool3, encontrará la documentación con sus herramientas de cálculo. También se podrá acceder y descargar el artículo.pdf si se hace necesario. En la misma página del procesador se explica paso a paso como proceder con el Calculador Eficiencia Energética en la Refrigeración - Amoniaco. La información es gratuita y solo requiere el registro del usuario en nuestra Base de Datos.

En esa misma sección se publican otras herramientas de cálculo que despertarán el interés por la conservación de la energía. Dentro de ellas se puede interactuar con procesadores online que facilitan calcular las cantidades de CO2 que se desprenden a la atmósfera cuando empleamos combustibles líquidos, o gaseosos, ah, incluyendo la electricidad y otros con diferentes objetivos .

Gracias por la atención,

René RD
Ingeniería Energética General
info@energianow.com
www.energianow.com

martes, 3 de agosto de 2010

Diagnóstico rápido de un sistema de Refrigeración

Con el fin de poder realizar un diagnóstico rápido, sin requerir una data de información voluminosa de temperatura y presión, se puede realizar el análisis del comportamiento técnico de este tipo de sistemas, altamente consumidor de energía y por lo tanto, generador de emisiones de CO2 a la atmósfera.

En la estructura energética empresarial, territorial , nacional, definitivamente mundial, los Sistemas de Refrigeración y Climatización tienen uno de los mayores pesos en el consumo energético y en las emisiones de CO2.

Como es conocido estos sistemas se emplean para de refrigerar, conservar y mantener los alimentos, también para climatizar el aire dentro de los locales y el interior de los medios de trasporte, enfriándolo. De ahí que su utilización está en todos los lugares posibles, interactuando a diario con nosotros para brindarnos su servicio a cuenta del consumo de energía y principalmente de la energía fósil.

Entonces todo lo que podamos hacer para que este tipo de Sistema funcione con eficiencia, será un aporte directo a las mejoras del medio ambiente, por la reducción inducida en las emisiones de CO2 a la atmósfera.

El diagnóstico rápido, es una radiografía del Sistema de Refrigeración, empleando las TABLAS P-T en fase saturada de los principales refrigerantes, R22 R410 R407 R12 R134a R-717 (incluyendo el amoniaco). Este procedimiento está formado por una documentación básica, que enseña cómo proceder y un Formulario_calculador, ambos online en Internet en nuestra web www.energianow.com y en acceso gratuito. Si quiere saber más sobre este tema, vaya a esta dirección www.energianow.com y en el menú superior de la página principal de la web, active el link Calculadores_Energéticos.

En la sección Calculadores_Energéticos encontrará la documentación con sus herramientas de cálculo para el diagnóstico rápido de los Sistemas de Refrigeración, así como otras herramientas de cálculo que despertarán su interés por la conservación de la energía. Dentro de ellas podrá interactuar con procesadores online que facilitan calcular la eficiencia de operación de sistemas energéticos, o con las que pueden calcular las cantidades de CO2 que se desprenden a la atmósfera cuando empleamos combustibles líquidos, o gaseosos, ah, incluyendo la electricidad.

Gracias por la atención,

René RD

Ingeniería Energética General
info@energianow.com
www.energianow.com

lunes, 2 de agosto de 2010

Calculador de emisiones de CO2

He diseñado un calculador ecológico con formulario de entrada, donde se combinan los recursos de informática y de ingeniería energética aplicados a soluciones de concientización energética.

La utilidad de este calculador será la de mostrarnos la cantidad de CO2 (Dióxido de Carbono) emitido a la atmosfera cuando se quema en un horno, en un generador de vapor, en un motor de combustión interna o cualquier otra equipo que su funcionamiento se base en la combustión; o cuando empleamos la electricidad, la que antes de llegar a los equipos eléctricos por las redes ha sido generada en un proceso partiendo de la combustión, (Plantas Térmicas base Carbón, Fuel y Gas Natural), procesos que en estos momentos y por largo rato serán los de mayor peso en la estructura energética mundial.

Para que el calculador haga su procesamiento y muestre un resultado, se requiere que el usuario introduzca en el formulario de entrada los consumos energéticos que facturan en su empresa, compañía, residencia, edificio, centro comercial, o las estadísticas globales o territoriales, o las cifras de consumo energético que requiera. Haga sus cuentas y conozca la cantidad de kg de CO2 que se emite a la atmósfera por el uso de la energía. Las unidades de entrada para los combustibles fósiles sólidos, líquidos y gaseosos, es la tonelada y para la electricidad el GWh.

Este calculador toma en consideración los portadores energéticos que siguen:
a) tres combustibles líquidos, Fuel, Diesel y Gasolina
b) uno sólido, el Carbón
c) uno gaseoso, el Gas Natural.
d) uno transformado, la electricidad

El calculador nos entregará una cifra representativa del peso contaminante que tienen los combustibles fósiles respecto a su precio por tonelada, informándonos cuanto CO2 se emite cuando se quema un USD de cualquiera de ellos. Así, conocido los dólares de la factura energética respecto a un portador determinado, rápidamente sabremos el daño o huella dejada por esos dólares invertidos que podemos llamarles, "dólares grises".

Esa vinculación facilitará que comprendamos como los dólares invertidos en la compra de combustibles fósiles o la electricidad base combustibles fósiles dejan una huella negativa considerable en la atmósfera de nuestro planeta, y cuando nos hablen de importes de facturas de combustibles o electricidad base fósil, o de cifras mundiales de consumos de energía no convencional, automáticamente nos transportemos a cantidades enormes de CO2 desprendidas.

De ahí la importancia de establecer políticas limpias, reductoras de las emisiones de gases efecto invernadero y descontaminantes. No solo debemos esperar que estas políticas se apliquen a nivel gubernamental, también debemos tomar la iniciativa personal o en colectivo, por aplicar soluciones energéticas que reduzcan el daño que ya hacemos a nuestra necesitada, única y maltratada atmósfera.

Seguidamente les presento el contenido y la estructura del calculador de emisiones de CO2, el que para su correcto funcionamiento requiere de un procesador, basado en códigos de programación, los que se ejecutan en el Servidor (Server) original formando parte del contenido de nuestra web www.energianow.com. Para poder acceder a este servicio, que es gratuito, debes visitar nuestra web www.energianow.com que lo redireccionará a la URL de nuestra web, donde se encuentra disponible el calculador y podrá realizar los cálculos que necesite.

El Formulario de entrada se ha dividido en dos secciones. Combustibles sólidos, líquidos y gaseosos y la electricidad.

En la versión que corre en nuestro Server, se brindan más detalles.

Gracias por la atención,

René RD
Ingeniería Energética General
info@energianow.com
www.energianow.com