¿Cómo se puede incorporar la transferencia de calor en un modelo de simulación de una central eléctrica?

1 Modos de transferencia de calor

La transferencia de calor es el proceso de transferencia de energía térmica de un cuerpo o sistema a otro debido a una diferencia de temperatura. Hay tres modos principales de transferencia de calor: conducción, convección y radiación. La conducción es la transferencia directa de calor a través de un sólido o un fluido en contacto. La convección es la transferencia de calor por el movimiento de un fluido debido a diferencias de densidad. La radiación es la transferencia de calor por ondas electromagnéticas que no requieren de un medio. En la simulación de centrales eléctricas, es necesario identificar el modo dominante de transferencia de calor para cada componente y aplicar las ecuaciones y correlaciones adecuadas para calcular la tasa de transferencia de calor y el cambio de temperatura.

2 Coeficientes de transferencia de calor

Uno de los parámetros clave que determina la velocidad de transferencia de calor entre dos fluidos o entre un fluido y una superficie sólida es el coeficiente de transferencia de calor. El coeficiente de transferencia de calor es una medida de la eficacia con la que un material o un fluido puede transferir calor por unidad de área y por unidad de diferencia de temperatura. Cuanto mayor sea el coeficiente de transferencia de calor, más rápida será la transferencia de calor. El coeficiente de transferencia de calor depende de varios factores, como las propiedades del fluido, el régimen de flujo, la geometría y la rugosidad de la superficie. En la simulación de centrales eléctricas, es necesario estimar los coeficientes de transferencia de calor de cada componente utilizando fórmulas empíricas o teóricas o datos de experimentos o literatura.

3 Intercambiadores de calor

Uno de los componentes más comunes e importantes en la simulación de centrales eléctricas es el intercambiador de calor. Un intercambiador de calor es un dispositivo que transfiere calor de un fluido a otro sin mezclarlos. Los intercambiadores de calor se utilizan para aumentar o disminuir la temperatura del fluido de trabajo, para recuperar el calor residual o para precalentar o enfriar el fluido entrante. Hay muchos tipos y configuraciones de intercambiadores de calor, como los de carcasa y tubos, de placas, de tubos con aletas y compactos. En la simulación de centrales eléctricas, es necesario modelar el rendimiento del intercambiador de calor utilizando el balance de energía, los coeficientes de transferencia de calor, la caída de presión y la eficacia o el número de unidades de transferencia (NTU) métodos.

4 Calderas y condensadores

Otros dos componentes esenciales en la simulación de centrales eléctricas son la caldera y el condensador. La caldera es un dispositivo que convierte el agua en vapor mediante la transferencia de calor de una combustión o una reacción nuclear. Luego, el vapor se utiliza para impulsar una turbina que genera electricidad. El condensador es un dispositivo que condensa el vapor de nuevo en agua mediante la transferencia de calor a un medio de refrigeración, como el aire o el agua. Luego, el agua se bombea de regreso a la caldera para completar el ciclo. En la simulación de centrales eléctricas, es necesario modelar el rendimiento de la caldera y el condensador utilizando los balances de masa y energía, los coeficientes de transferencia de calor, la caída de presión y la calidad o la fracción de sequedad del vapor.

5 Pérdidas y ganancias de calor

Un modelo realista de simulación de una central eléctrica también debe tener en cuenta las pérdidas y ganancias de calor que se producen en el sistema. Las pérdidas de calor son la transferencia no deseada de calor del sistema al entorno, lo que reduce la eficiencia y el rendimiento de la planta. Las ganancias de calor son la transferencia adicional de calor al sistema desde el entorno, lo que aumenta la carga y la demanda de la planta. Las pérdidas y ganancias de calor pueden ocurrir debido a la conducción, la convección, la radiación, las fugas o la infiltración. En la simulación de centrales eléctricas, es necesario estimar las pérdidas y ganancias de calor para cada componente y para todo el sistema utilizando las ecuaciones de transferencia de calor, las propiedades de aislamiento, las condiciones ambientales y los datos operativos.

6 Herramientas de simulación

Para incorporar la transferencia de calor en un modelo de simulación de una central eléctrica, es necesario utilizar herramientas de simulación adecuadas que puedan manejar la complejidad y la dinámica del sistema. Existen varios paquetes de software y plataformas que pueden ayudarle a crear, ejecutar y analizar modelos de simulación de centrales eléctricas, como Aspen Plus, Ebsilon Professional, Thermoflow y MATLAB. Estas herramientas pueden proporcionarle componentes, bibliotecas, bases de datos, solucionadores e interfaces predefinidos o personalizables que pueden facilitar el modelado y la simulación de la transferencia de calor y otros fenómenos en los sistemas de centrales eléctricas. En la simulación de centrales eléctricas, debe elegir la herramienta de simulación que se adapte a sus necesidades, objetivos y recursos.

7 Esto es lo que hay que tener en cuenta

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