Diseño de un sistema de generación de energía eléctrica por medio del Ciclo Orgánico de Rankine (ORC) en un campo de gas natural del Piedemonte Llanero

Abstract

Actualmente los procesos de obtención de energía eléctrica por medio de hidrocarburos están sufriendo una transformación debido a la tendencia hacia las energías renovables las cuales buscan reducir al máximo las emisiones de contaminantes al ambiente (CO2 y CO) y mitigar problemas como los vistos hoy en día con el calentamiento global. Debido a lo anterior, se han analizado diferentes tecnologías como los paneles solares, la geotermia y la energía eólica donde se requiere de grandes inversiones de capital. Teniendo en cuenta esto, en el presente trabajo de grado se realizó el diseño básico de un sistema de generación de energía eléctrica por medio del Ciclo Orgánico de Rankine (ORC) empleando una corriente de gas de proceso de un campo del Piedemonte Llanero, analizando los diferentes refrigerantes comerciales y las variables operativas involucradas para encontrar aquellos parámetros que optimicen el proceso generando la máxima cantidad de electricidad. Los refrigerantes evaluados fueron el R-170, R-600, R-290, R-134A, 5-152A, R-22, R-717 y el R-744 donde el refrigerante que mayor generación tuvo fue el R-717 debido a su amplio rango de operación que le permite mayor absorción de calor. Las variables de operación se evaluaron donde los valores óptimos para el proceso son: una temperatura de descarga del aeroenfriador de 95 °F, presión de descarga de la turbina de 196 psig, presión de descarga de la bomba de 800 psig, fujo de refrigerante de 5840 BPD, MinApproach en el intercambiador de calor de 20 °F y una caída de presión en aeroenfriador de 15 psi. Las variables evaluadas en el ciclo ORC permitieron una máxima generación de 795,7 KW brutos y 513,3 netos, donde adicionalmente se dimensionaron las tuberías internas del ciclo obteniendo para la fase liquida tubería ANSI 150 4 in-SCH 40 con una velocidad máxima de flujo de 6,7 ft/s y para la fase gas tubería ANSI 150 8 in-SCH 40 con una velocidad máxima de flujo de 56,7 ft/s.