Cogeneración.

La cogeneración es el procedimiento mediante el cual se obtiene simultáneamente energía eléctrica y energía térmica útil (en forma de vapor, agua caliente sanitaria...). Si además se produce frío (hielo, agua fría, aire frío, por ejemplo) se llama trigeneración. 

La ventaja de la cogeneración es su mayor eficiencia energética. Con la cogeneración se aprovecha una parte importante de la energía térmica que normalmente se disiparía a la atmósfera o a una masa de agua, además de evitar los posibles problemas generados por el calor no aprovechado. Otra ventaja, es que al producirse la electricidad cerca del punto de consumo, se evitan cambios de tensión por transporte a larga distancia que siempre representan una pérdida notable de energía por efecto Joule (se calcula que en las grandes redes esta pérdida está entre un 25 y un 30%).

La energía de cogeneración se incluye en el Régimen Especial de Energía (RD 413/2014, de 6 de junio), por el que se regula la "actividad de producción de energía eléctrica a partir de fuentes de energía renovables, cogeneración y residuos") que permite utilizar la cogeneración para proveerse de todo el calor que se necesite e inyectar en la red la energía eléctrica excedente a una tarifa fija. De esta forma se evita que otra central produzca esa energía de forma menos eficiente.

Como ejemplo de aplicación de la cogeneración tenemos el siguiente proceso industrial:

En una fábrica de conservas de pimientos y otros productos alimenticios (como la de la imagen inferior), es necesaria una gran cantidad de vapor de agua a presión, así como un elevado consumo eléctrico para todas las máquinas que intervienen en el proceso. Actualmente se obtiene el vapor de una caldera quemando combustible gaseoso y la factura de consumo de energía eléctrica se antoja muy elevada.

Línea de producción típica de industria conservera.

Para disminuir ese gasto se propone la instalación de una planta de cogeneración. 
Según las condiciones impuestas por el proceso industrial, la planta debe proporcionar 6 Kg/s de vapor saturado (o ligeramente sobresaturado) a 0,4 MPa, el cual se extrae después de la primera etapa de la turbina de la planta.

La caldera genera vapor a 8 MPa y 520 ^oC con un flujo másico de 15 Kg/s. La presión del condensador es de 20 KPa y de él sale líquido saturado a esa presión que, después es bombeado hasta 0,4 MPa y 60 ^oC. El vapor sale del proceso industrial como vapor húmedo a 0,4 MPa, mezclándose con el agua de alimentación en un calentador abierto, del que la mezcla sale como líquido saturado que después será bombeada hasta la presión de la caldera y 145,5  ^oC. 

Suponiendo que las calderas tienen unos rendimientos isoentrópicos del 85%, calcular:

    

a) El título de vapor a la salida del proceso industrial.

b) El calor cedido al proceso industrial.

c) El calor absorbido por el vapor en la caldera.

d) La potencia eléctrica neta suministrada por la planta de cogeneración y el rendimiento eléctrico de la misma.

e) La eficiencia global de la instalación de cogeneración, entendida como la relación entre la energía eléctrica producida más el calor útil de cogeneración, y el calor absorbido en la caldera.

f) Dibujar el diagrama Temperatura-Entropía (T-s) del proceso descrito.