N2 Aplicado · Lección 4 de 8 · 40 min

Cogeneración (CHP): cuándo conviene generar electricidad con el vapor

Diseño de proyectos de bioenergía

Equipo docente de biomasa360 · Responsable: Dirección de oferta, calidad y Academia · Revisada el 25 de octubre de 2026 (revisión científica de cálculos y citas)

Al terminar podrás

Calcular la potencia eléctrica de una turbina de contrapresión a partir de la expansión del vapor.
Estimar el sobrecosto de una caldera de mayor presión.
Decidir cuándo una cogeneración industrial con biomasa es preferible a una caldera solo de calor.

Conviene saber antes

Lecciones 9.2 y 9.3

En una cogeneración de contrapresión, la caldera produce vapor a mayor presión y temperatura; el vapor pasa por una turbina que genera electricidad y sale a la presión que pide el proceso. El calor al proceso es casi el mismo; lo que cambia es que hay que producir vapor de mayor calidad, lo que encarece la caldera: el EPA (2007a) da un factor de costo de 1,15–1,25 para 600–750 psig y de 1,5–2,0 para 1.250–1.500 psig respecto de 150–250 psig. En Ecuador, la generación para autoabastecimiento está regulada por la Regulación ARCONEL 005/24 (codificada).

P_e=\dot m_v\,(h_1-h_{2s})\,\eta_{is}\,\eta_{g}

Potencia eléctrica de una turbina de vapor: flujo por el salto isentrópico de entalpía, corregido por la eficiencia isentrópica y la del generador.

Variables de la ecuación 1
Símbolo	Significado	Unidad
$h_1$	Entalpía del vapor a la entrada de la turbina	kJ/kg
$h_{2s}$	Entalpía a la presión de escape con la entropía de entrada	kJ/kg
$\eta_{is},\ \eta_g$	Eficiencias isentrópica y del generador	adimensional

Ejemplo resuelto 1

Potencia de una turbina de contrapresión de 40 a 10 bar

La caldera produce 5 t/h a 4,0 MPa y 400 °C; la turbina descarga a 1,0 MPa. Calcule la potencia con $\eta_{is} = 0{,}70$ y $\eta_g = 0{,}95$ (supuestos).

Datos del ejemplo 1
Dato	Valor	Unidad	Fuente
$h_1,\ s_1$	3.214,5; 6,7714	kJ/kg; kJ/(kg·K)	NIST, 4,0 MPa y 400 °C
$h_{2s}$	2.864,7	kJ/kg	NIST, 1,0 MPa, interpolado a s = 6,7714 entre 215 y 220 °C

Salto isentrópico.
$\Delta h_s=3.214{,}5-2.864{,}7=349{,}8\ \mathrm{kJ/kg}$
Salto real.
$\Delta h=349{,}8\times0{,}70=244{,}8\ \mathrm{kJ/kg}$
Potencia eléctrica.
$P_e=\frac{5000}{3600}\times244{,}8\times0{,}95=323\ \mathrm{kW_e}$

Resultado

P_e\approx323\ \mathrm{kW_e}

Interpretación: Con 323 kW eléctricos la planta cubriría parte de su consumo propio, a cambio de producir vapor sobrecalentado a 40 bar. Ojo: con $\eta_{is} = 0{,}70$ el vapor no sale saturado, sino sobrecalentado: h₂ = 2.969,7 kJ/kg, ≈262 °C a 1,0 MPa (NIST). Si el proceso pide vapor saturado, se instala un desobrecalentador que rocía agua de alimentación: ≈7,9 kg de agua por cada 100 kg de vapor, que también se vuelven vapor de proceso. El calor extra que necesita la caldera (≈18 % más por kg) y su mayor costo deben compararse con el precio de la electricidad que se deja de comprar.

Ejemplo resuelto 2

Sobrecosto de la caldera de mayor presión

Estime el rango de costo de la caldera si pasa de vapor saturado a 10 bar a vapor a 40 bar (4,0 MPa ≈ 565 psig), con los factores del EPA y el costo del sistema de caldera de su planta de 100 t/día.

Datos del ejemplo 2
Dato	Valor	Unidad	Fuente
$C_{caldera}$	1.990.000	USD de 2003	EPA (2007a), Tabla 5-4
$f_p$	1,15–1,25	adimensional	EPA (2007a), Tabla 5-5 (600–750 psig)

Sobrecosto mínimo.
$0{,}15\times1.990.000=298.500\ \mathrm{USD_{2003}}$
Sobrecosto máximo.
$0{,}25\times1.990.000=497.500\ \mathrm{USD_{2003}}$

Resultado

\Delta C\approx299\text{–}498\ \mathrm{mil\ USD_{2003}}\ \text{más turbina y conexión}

Interpretación: 40 bar son ≈565 psig, un poco por debajo del tramo de 600–750 psig del EPA: el factor 1,15–1,25 es una cota superior para este caso. Antes de la turbina, el generador y la interconexión, la caldera sola ya encarece el proyecto. La cogeneración se justifica cuando la planta compra mucha electricidad cara y opera muchas horas al año.

Figura 1Costo total instalado de plantas eléctricas de bioenergía puestas en marcha en 2024 (USD/kW)

La misma tecnología cuesta casi el doble en Francia que en India: el costo local de construcción, la escala y las exigencias de emisiones pesan tanto como el equipo. Para Ecuador no hay dato publicado: se cotiza.

Ver los datos en una tabla

Datos de la figura 1: Costo total instalado de plantas eléctricas de bioenergía puestas en marcha en 2024 (USD/kW)
País	USD/kW
India	1.858
China	2.180
Brasil	3.172
Mundo (promedio ponderado)	3.242
Francia	3.473

Fuente: IRENA (2025), Renewable Power Generation Costs in 2024: promedio mundial de la p. 165 (capítulo 8); países de la sección por países. Para India y Brasil el informe da cifras distintas en distintas secciones (inconsistencia interna), así que esas dos barras se leen como orden de magnitud.

Figura 2Esquema de una cogeneración de contrapresión con biomasa en una planta industrial

Ejercicios

Cálculo●○○
Repita la potencia con $\eta_{is} = 0{,}60$ .
Ver la solución
349,8 × 0,60 = 209,9 kJ/kg → (5.000 ÷ 3.600) × 209,9 × 0,95 = 277 kW.
Cálculo●○○
¿Cuántos MWh/año generaría la turbina del ejemplo con 6.000 h?
Ver la solución
323 kW × 6.000 h = 1.938 MWh/año.
Criterio●●○
Liste las condiciones que harían atractiva la cogeneración para la planta del caso.
Ver la solución
Tarifa eléctrica alta y estable, muchas horas de operación, demanda de vapor de proceso constante, posibilidad regulatoria de autoabastecimiento (ARCONEL 005/24) y financiamiento que absorba el mayor capital.

Autoevaluación

En una turbina de contrapresión, el vapor de escape…
1. Se condensa al vacío
2. Va al proceso
3. Se ventea
4. Vuelve a la caldera sin uso
Ver la respuesta
Respuesta: B. Sale a la presión del proceso y entrega allí su calor.
Según el EPA, una caldera de 600–750 psig cuesta respecto de una de 150–250 psig…
1. Igual
2. 1,15–1,25 veces
3. 1,5–2,0 veces
4. La mitad
Ver la respuesta
Respuesta: B. Tabla 5-5 del catálogo.
El costo total instalado mundial de la bioenergía eléctrica en 2024 fue, según IRENA…
1. USD 800/kW
2. USD 3.242/kW
3. USD 7.460/kW
4. USD 15.000/kW
Ver la respuesta
Respuesta: B. Un 16 % más que los USD 2.795/kW de 2023.

Referencias

U.S. Environmental Protection Agency, Combined Heat and Power Partnership. (2007a). Biomass combined heat and power catalog of technologies: 5. Biomass conversion technologies. EPA. https://www.epa.gov/sites/default/files/2015-07/documents/biomass_combined_heat_and_power_catalog_of_technologies_5._biomass_conversion_technologies.pdf
U.S. Environmental Protection Agency, Combined Heat and Power Partnership. (2007b). Biomass combined heat and power catalog of technologies: 7. Representative biomass CHP system cost and performance profiles. EPA. https://www.epa.gov/sites/default/files/2015-07/documents/biomass_combined_heat_and_power_catalog_of_technologies_7._representative_biomass_chp_system_cost_and_performance_profiles.pdf
International Renewable Energy Agency. (2025). Renewable power generation costs in 2024. IRENA. https://www.irena.org/Publications/2025/Jun/Renewable-Power-Generation-Costs-in-2024
Lemmon, E. W., Bell, I. H., Huber, M. L., & McLinden, M. O. (2026). Thermophysical properties of fluid systems. En P. J. Linstrom & W. G. Mallard (Eds.), NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database 69. National Institute of Standards and Technology. https://webbook.nist.gov/chemistry/fluid/
Agencia de Regulación y Control de Electricidad. (2024). Regulación ARCONEL 005/24 (codificada): Marco normativo de la generación distribuida para autoabastecimiento de consumidores regulados de energía eléctrica. https://www.gob.ec/regulaciones/arconel-00524-codificada-marco-normativo-generacion-distribuida-autoabastecimiento-consumidores-regulados-energia-electrica

Para profundizar

U.S. Environmental Protection Agency, Combined Heat and Power Partnership. (2007b). Biomass combined heat and power catalog of technologies: 7. Representative biomass CHP system cost and performance profiles. EPA. — Perfiles de costo y desempeño de sistemas CHP de biomasa representativos: la mejor referencia abierta para un primer estudio.
Agencia de Regulación y Control de Electricidad. (2024). Regulación ARCONEL 005/24 (codificada): Marco normativo de la generación distribuida para autoabastecimiento de consumidores regulados de energía eléctrica. — El marco ecuatoriano para generar electricidad para autoconsumo.

Cómo citar esta lección

APA 7, para tu tesis o tu informe:

Equipo docente de biomasa360. (2026). Cogeneración (CHP): cuándo conviene generar electricidad con el vapor (Versión 2026-10) [Lección del curso «Diseño de proyectos de bioenergía»]. Academia 360, biomasa360. Recuperado el 26 de octubre de 2026, de https://biomasa360.com/academia/diseno-de-proyectos-de-bioenergia/cogeneracion-chp/

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