Fecha límite para el envío de resumenes: 21/Abril/2024

En este trabajo se realiza un análisis Termodinámico y de rediseño del condensador principal de la central termoeléctrica del Valle de México, empleando el Método Kern como herramienta de evaluación y cumpliendo con la normatividad TEMA. Termodinámicamente, la función principal de un condensador de superficie es extraer el calor latente del vapor proveniente de la turbina de baja presión, hasta llevar este vapor a las condiciones de líquido saturado, en el proceso de condensación el flujo de calor se transfiere hacia al agua de enfriamiento que circula a través de los tubos . A partir del Método Kern, se analizan aspectos claves como el coeficiente global de transferencia de calor, las caídas de presión en el sistema,  el número de pasos de tubos y corazas, así como el proceso de nucleación que ocurre en el cambio de fase del vapor. El análisis termodinámico permite determinar las irreversibilidades internas del sistema, lo cual permite identificar áreas de mejora en el equipo. Basándose en los hallazgos del análisis, se propuso un diseño que incluye modificaciones específicas para mejorar el funcionamiento del condensador y cumplimiento con los estándares TEMA.

Los condensadores en las plantas termoeléctricas son elementos esenciales con impacto tanto económico como ambiental. Económicamente, influyen en la eficiencia operativa y los costos asociados a la indisponibilidad de la planta. Por otro lado, desde una perspectiva ambiental, un diseño inadecuado afecta en el impacto de las descargas térmicas directas al agua de enfriamiento. Dichos análisis son interesantes ya que, el futuro de la fabricación de condensadores de vapor de superficie seguirá vigente, siempre y cuando la demanda de energía eléctrica siga la tendencia creciente que existe actualmente, o bien para sustituir condensadores ya existentes, cuyo diseño no sea el adecuado, así como para instalarlos en plantas de nueva construcción.

Al combinar el análisis termodinámico con el análisis de diseño, se logra que, el uso de ambas áreas corresponda a un condensador óptimo en términos de eficiencia energética, fiabilidad operativa y cumplimiento de los requisitos de la aplicación específica. Los resultados muestran que, el mejor diseño del condensador es un arreglo de dos pasos de tubo y dos pasos de coraza en arreglo paralelo, el coeficiente global de transferencia de calor es de 1.2613 kW/m2°C para rechazar un flujo de calor de 94.48 MW en cada coraza del condensador; por otra parte,  las irreversibilidades que se generan en el condensador son de 9416.99 kW y finalmente, se requiere un flujo de agua de enfriamiento de 3165.79 kg/s para condensar 85.13 kg/s de vapor.

Para realizar el rediseño del condensador, primero se realiza un análisis Termodinámico de la central termoeléctrica del Valle de México para determinar el flujo de calor que se rechaza en el condensador, el flujo de vapor que se condensa con la finalidad de determinar el flujo de agua de enfriamiento necesario para el proceso, finalmente se realiza un balance de exergía para calcular la irreversibilidad del sistema, se considera que el condensador opera con flujo estable además de ser adiabático. Posteriormente, se implementa el Método Kern para determinar el coeficiente global de transferencia de calor, este resultado se utiliza para optimizar la configuración de los pasos de tubo y los pasos de coraza del condensador. Esta optimización se realiza teniendo en cuenta las restricciones y directrices establecidas por la normativa TEMA, asegurando así un diseño eficiente y conforme a los estándares industriales.

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