View
220
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Objetivos
• Intercambiar y divulgar las diferentes experiencias que desde el SENA C.E.A.I. se
viene desarrollando en eficiencia energética y el uso de energías renovables
aplicadas en la formación profesional y los procesos industriales de la región.
• Objetivos específicos:
• Divulgar las experiencias temáticas de formación de 17 instructores del Sena en
el país Vasco.
• Mostrar los equipos y laboratorios adquiridos por el Sena
• Intercambiar experiencias de proyectos de energías renovables y eficiencia
energética que el Sena viene desarrollando en la región: Unidad de Servicios de
energías renovables USER, una experiencia con jóvenes rurales;
Precalentamiento de agua para la caldera de la planta de procesos industriales
del taller 24 del CEAI utilizando energía térmica solar; Energía térmica solar
aplicada en la cocina industrial de Puerto Inírida.
Transferencia Tecnológica y Pedagógica
Eficiencia Energética
Energía Solar Térmica
Energía Solar Fotovoltaica
Energía mini Eólica
Energía pico Hidráulica
Pedagógica
Diseño e
Instalación
El País Vasco como referente en Energías
Renovables
• En el año 2008, las renovables han
supuesto el 20% de la electricidad
consumida, lo cual sitúa a España como el
primer país europeo en energía
termoeléctrica, el segundo en eólica y
fotovoltaica y el tercero en mini-hidráulica.
El País Vasco como referente en Energías
Renovables
Al finalizar el año 2008, las renovables tenían una
potencia instalada en el conjunto del Estado de 31.101
MW y generaban 73.900 empleos directos. La eólica
presentaba una potencia instalada de 16.549 MW,
encaminándose hacia los 20.000 MW en el año 2010. El
sector, formado por unas 700 empresas, genera 38.000
puestos de trabajo y un I+D+i de 175 millones anuales.
El País Vasco como referente en Energías
Renovables
clúster de la energía
• Euskadi (el País Vasco) cuenta con un tejido tecnológico, industrial
y financiero de primer nivel -Iberdrola, Gamesa, Petronor, MCC,
Sener, Guascor, Tecnalia, IK4, IDOM, el propio ente vasco de la
energía EVE y el CIC EnergyGune; entidades financieras como el
BBVA o la BBK, que participan en el clúster de la energía- para
convertirse en una referencia en el ámbito de las renovables.
El País Vasco como referente en Energías
Renovables
La producción energética limpia representa el 4,4% del
total en Euskadi.
La Comisión asignó diferentes objetivos obligatorios a
cada Estado para poner en práctica los acuerdos
alcanzados en marzo de 2007 por los líderes europeos:
una reducción de un 20% de los gases de efecto
invernadero respecto a los niveles de 1990; un 20% de
renovables y un 10% de biocarburantes para el transporte.
Todos estos objetivos deben lograrse en 2020.
El País Vasco como referente en Energías
Renovables
En Euskadi, la adaptación a este escenario exigirá
ingentes inversiones y unos cambios profundos tanto en la
estructura productiva como en los hábitos de consumo. La
contribución de las renovables en 2006 a la demanda
eléctrica en el País Vasco fue de 4,5% prácticamente la
mitad del peso porcentual que tiene en el resto del Estado
(8,7%). La meta en el Plan de Lucha Contra el Cambio
Climático es que alcance el 15% de la demanda eléctrica
en 2010.
El País Vasco como referente en Energías
Renovables
Otras medidas aprobadas para impulsar el uso de
fuentes renovables consisten en «reforzar» el apoyo a
las instalaciones de energía solar como fuentes de
producción eléctrica, de modo que sumen una
capacidad de 10,7 MW instalados; disponer de 175 MW
instalados para generar energía hidroeléctrica, y el
desarrollo de nuevas tecnologías, como las vinculadas a
la geotermia, la energía de las olas (mareomotriz)...
Sobre educación energética en el País Vasco
A lo largo 2002-2004 los centros de enseñanza
secundaria públicos del País Vasco fueron equipados con
instalaciones solares fotovoltaicas para la generación de
energía eléctrica de forma limpia y eficiente. Todo este
proyecto forma parte de un convenio entre el
Departamento de Educación, Universidades e
Investigación del Gobierno Vasco y el Ente Vasco de la
Energía, EVE.
Sobre educación energética en el País Vasco
• Los 60 centros dotados de instalaciones solares en esta tercera fase
en el 2004 se distribuyen por territorios históricos de la siguiente
manera: 8 centros en Araba, 28 en Bizkaia y 24 centros en Gipuzkoa,
lo cual supone 170 nuevas instalaciones solares. Para la selección de
los centros se han tenido en cuenta criterios de distribución por
territorios, población estudiantil y, adicionalmente, la disponibilidad en
los institutos de la red informática PREMIA. Red promovida por el
Gobierno Vasco, que permite visionar de forma remota la información
referente al equipamiento solar y realizar de esta forma un seguimiento
continuo de generación, potencia etc.
Energía y desarrollo sostenible
Ayudas públicas a la inversión
Incentivos fiscales a la explotación de biocarburantes
Primas a la generación de electricidad con fuentes renovables
Plan de Energías Renovables 2005-2010
Plan de Fomento de las Energías Renovables 2000-2010
Compromisos de España (Protocolo de Kioto, Plan Nacional de Asignación)
Plan de Acción 2005-2007 de la Estrategia de Ahorro y Eficiencia Energética
Plan de Energías Renovables 2011-2020 (Informe de previsión)
España prevé que en 2020 EERR 22,7% Energía Final 42,3% Generación Eléctrica
•La captación solar directa, por medio de ingenios fabricados por el ser humano,
podemos dividirla en tres tipos, a saber: 1.-captación térmica pasiva.
2.-captación térmica activa.
3.-captación fotovoltaica.
Olas Eólica Hidráulica
CAPTACIÓN SOLAR
DIRECTA FOTÓNICA TÉRMICA
Fotoquímica Fotovoltaica
Arquitectura solar pasiva
Solar térmica
Solar Fotovoltaica Fotoquímica Biomasa
Activa Pasiva
CAPTACIÓN SOLAR INDIRECTA
Introducción
Durante el presente año, el Sol arrojará sobre la Tierra cuatro mil
veces más energía que la que vamos a consumir.
Colombia, por su privilegiada situación y climatología, se ve
particularmente favorecida ya que sobre cada metro cuadrado de su suelo inciden al año más de 1.500 kilovatios-hora de energía. Esta
energía puede aprovecharse directamente, o bien ser convertida
en otras formas útiles.
Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Legislación Ambiental
Sena C.E.A.I. Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Diseño de CSP eficientes
Temario
Eficiencia Energética
Energía Solar Térmica
Energía Solar Fotovoltaica
Energía mini Eólica
Energía pico Hidráulica
Pedagógica
Home Energy Report 2008 - 2009
Agua Caliente Sanitaria (ACS)
EST
E = m*Ce*ΔT Vivienda 5 personas 200 l/día
E = 200*1.16*(60-13)= 10 KW/día*365=3.65MW/año
147 viviendas = 540 MW
Capacidad Instalada en Betania 540 MW
Calor de proceso
•Industria alimentaria: Productos
lácteos, bodegas, envasadoras, jugos
y conservas vegetales, industria del
pan, pastelería
•Industria textil: fabricación y
tratamiento de tejidos, tintado
•Industria química: Cosméticos,
productos farmacéuticos, detergentes
•Industria agropecuaria:
Invernaderos, secaderos, sacrificio de
ganado, preparación y conservas
cárnicas
EST
50 5.000
5.000 6.000
6.000 7.000
7.000 8.000
8.000 9.000
9.000 10.000
10.000 12.500
12.500 15.000
15.000 17.500
17.500 20.000
Mas de 20.000
ZONA IV ZONA VPISCINAS
CUBIERTAS
Tabla 2.1 (HE4)
Tabla 2.3 (HE4)
ZONA I ZONA II ZONA III
CONSUMO ACS
(l/día a 60°C)
70
70
70
70
70
70
70
70
70
70
ZONA V
APORTACION SOLAR (%) CON COMBUSTIBLE FOSIL
ZONA II
7055
ZONA IVZONA III
70
70
70
70
70
70
70
60
65
70
70
70
70
70
70
70
50
55
61
63
65
70
70
7070
70
30
35
45
5230
30
30 65
52
30
30
ZONA I
35
45
30
30
30
30
7030 30 50 60
EST
Temario
Eficiencia Energética
Energía Solar Térmica
Energía Solar Fotovoltaica
Energía mini Eólica
Energía pico Hidráulica
Pedagógica
Temario
Eficiencia Energética
Energía Solar Térmica
Energía Solar Fotovoltaica
Energía mini Eólica
Energía pico Hidráulica
Pedagógica
Potencia del Aerogenerador
Pa = ½ ρ V3 Cp π r2 (W)
Cp: Coeficiente (0.1 a 0.45) V: velocidad del viento R: radio de la pala
Temario
Eficiencia Energética
Energía Solar Térmica
Energía Solar Fotovoltaica
Energía mini Eólica
Energía pico Hidráulica
Pedagógica
Energía hidroeléctrica
¿Qué es? Transformación de la energía presente en un curso de agua en energía
eléctrica para su transporte y utilización.
ENERGÍA
PRIMARIA
Potencial Cinética Oscilatoria
Energía hidroeléctrica
Breve historia En el siglo XVIII, el matemático Euler propuso la ecuación básica de las turbomáquinas
hidráulicas. Basándose en ella, y en múltiples ensayos prácticos, Fourneyron construyó, en
1827, la primera turbina hidráulica.
Esquema de la turbina Fourneyron
A partir de entonces, se propusieron y construyeron
múltiples diseños, de los que han sobrevivido los más
efectivos, conocidos por los nombres de sus diseñadores:
Pelton, Francis, Kaplan, Banki.
1881 Primera planta hidroeléctrica
Desarrollo de la tecnología eléctrica
Desarrollo del alternador (Tesla)
Transporte en alterna (AEG)
1892
Sección de alternadores con turbina
hidráulica en Niagara Falls
Ejemplo 1.
Aplicaciones
200 W
15 PSI 10.5 m altura
6 lps
Generador de imán permanente 24 V
Producción mensual 144 KWh
Ejemplo 2.
Aplicaciones
10 kW
90 m altura
275 metros de tubería forzada 10 cm.
22 lps
Turbina Pelton
Oscillating Water Column (OWC)
http://www.daedalus.gr/OWCsimulation2.html
Temario
Eficiencia Energética
Energía Solar Térmica
Energía Solar Fotovoltaica
Energía mini Eólica
Energía pico Hidráulica
Pedagógica
Calentamiento eficiente de agua para la planta de
procesos industriales del C.E.A.I. empleando
energía térmica solar
Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Sena C.E.A.I. Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Diseño de CSP eficientes
El desarrollo sustentable y sostenible
“para mantener un crecimiento sostenible y equitativo, garantizando un suministro de energía a largo plazo, hace falta un incremento de la eficiencia energética, la búsqueda de otras fuentes de energía renovables y un cambio en el sistema organizacional y cultural global”.
Sena C.E.A.I. Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Diseño de CSP eficientes
Descripción de la planta de procesos industriales del C.E.A.I.
Planta de
servicios Planta auxiliar
Planta de
procesos
Sena C.E.A.I. Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Diseño de CSP eficientes
Planta de intercambio térmico
Sena C.E.A.I. Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Diseño de CSP eficientes
Formulación del problema
• En la actualidad la planta didáctica de procesos industriales del taller 24 del Sena CEAI cuenta con un sistema de precalentamiento de agua, que se utiliza para alimentación de la caldera, con un sistemas térmico solar que no desarrolla la eficiencia requerida para el proceso y requiere mejoras en la utilización del área equivalente de acuerdo a la radiación solar y la posición de acuerdo a la ubicación geográfica, de esta forma no cumple con aspectos de inclinación especificados y su construcción es rígida que evita experimentación por su poca modularidad.
Sena C.E.A.I. Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Diseño de CSP eficientes
Topología de sistemas SCP
• Sistema con acumulación y tanque de reposición
Sena C.E.A.I. Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Diseño de CSP eficientes
Objetivos
• Objetivo General
• Diseñar, construir y poner en servicio, un sistema de calentamiento de agua, empleando energía solar, en la planta didáctica de procesos industriales del taller 24 del Centro de Electricidad y Automatización Industrial del SENA CEAI, de la ciudad de Cali Valle Colombia Sur América.
• Emplear materiales y procedimientos de ingeniería adaptados a nuestro medio, para hacer viable el uso de la energía solar y promover su uso, realizando análisis de prefactibilidad financiera que sustente la rentabilidad del proyecto.
• Elaborar un procedimiento sistémico de diseño y calculo matemático y físico de los CSP que permita la experimentación, análisis y evaluación de eficiencias energética comparativa para plantas de procesos industriales.
Sena C.E.A.I. Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Diseño de CSP eficientes
Resultados esperados Resultados Directos.
• Estado del arte en el diseño e implementación de sistemas térmicos solares
• Apropiación de conocimientos en las técnicas para el desarrollo y construcción de sistemas solares y el uso de energías alternativas para sus requerimientos y necesidades.
• Metodología estructurada para el diseño, dimensionamiento y construcción de sistemas térmicos solares aplicados con materiales de bajo costo, logrando máxima eficiencia y aplicando procedimientos de ingeniería propia.
• Diseño, instalación y puesta en marcha del sistema térmico solar
• Implementación de sistemas de medición y control apropiados para la integración del sistema con las plantas de procesos industriales, ubicados en el taller 24 del CEAI.
• Análisis y estudio de prefactibilidad financiera
• Un artículo publicado en una revista nacional o internacional.
Sena C.E.A.I. Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Diseño de CSP eficientes
Resultados del proyecto Resultados Indirectos
• Fortalecimiento en la utilización de energías alternativas de bajo costo, en el diseño y construcción de CSP y acumuladores y aplicación real en procesos industriales, la cual es una línea de investigación aplicada que el Sena C.E.A.I promueve desde la Subdirección.
• Proporcionar recursos y casos de estudio para la formación de los estudiantes del Sena, universidades e instituciones tecnológicas y de postgrado de la Universidades de la región.
• Proporcionar a la industria local y nacional alternativas para el mejoramiento en eficiencia y calidad de sus procesos.
• Participación en congreso nacional o internacional.
• Compromiso y relación con el sector productivo a través de alianzas con la empresa IGT ingeniería total, empresa reconocida.
• Realización de un Seminario de energías alternativas dirigido a Pymes.
Sena C.E.A.I. Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Diseño de CSP eficientes
Las Pymes el mercado Objetivo Por ser las mayores generadoras de empleo, representan mas
del 95% de las empresas del país, proporcionan cerca del 65% del empleo y generan mas del 35 % de la producción nacional.
Sena C.E.A.I. Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Diseño de CSP eficientes
Esta tecnología es empleada ampliamente en otras latitudes, con resultados satisfactorios. Por lo tanto, la viabilidad técnica y financiera del uso de la energía solar para calentamiento de agua, está comprobada. Es importante adaptar esta tecnología a las condiciones regionales y particularmente a los esquemas de producción de los diferentes procesos industriales y de aquellas zonas alejadas o de frontera donde los recursos del estado son limitados, y que es factible para Pymes como industrias de alimentos, hoteles ecológicos, Plantas medicinales, trapiches paneleros, entre otros.
.
Aplicaciones en zonas de frontera
Sena C.E.A.I. Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Diseño de CSP eficientes
Innovación y desarrollo tecnológico
• Este proyecto pretende fortalecer la investigación, aplicación y desarrollo de energías alternativas reales y alcanzables para los procesos industriales.
Además de lo anterior, los aspectos novedosos a resaltar de proyecto se encuentran definidos por:
• Se dispondrá de una herramienta sistémica para la experimentación, análisis y evaluación de sistemas térmicos CSP.
• Se implementaran sistemas de medición y control integrados con los sistemas supervisorio con los que cuenta hoy la planta didáctica de procesos industriales del taller 24.
Sena C.E.A.I. Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Diseño de CSP eficientes
Pertinencia e Impacto
• Reducción de consumo de combustibles El principal objetivo del proyecto, es reducir el consumo de combustibles fósiles
empleados para el calentamiento del agua y la producción de vapor.
Con la reducción del consumo de gas, se logrará reducir la producción de gases contaminantes tales como NOx, SO2, CO, entre otros.
• Reducción de costos de producción También se reducirán los costos de producción por reducción de compras de
gas. La medición y evaluación de la reducción de costos mostrara una razón más para que la industria mejore la competitividad de la empresa
Sena C.E.A.I. Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Diseño de CSP eficientes
MODELO El proyecto será un prototipo que servirá de modelo de pruebas para futuras implementaciones dentro de las Pymes y para propósitos académicos en el Sena. El objetivo a corto y mediano plazo, es lograr un mejoramiento continuo del proyecto, por medio de un seguimiento técnico permanente durante los primeros meses de implementación. Una vez se haya logrado un alto desempeño de la infraestructura instalada, se intentará reproducir el proyecto en otras centros del Sena. Para permitir los ajustes y mejoramientos del proyecto, este se debe diseñar con la suficiente flexibilidad y accesibilidad que permita los cambios propuestos que vayan surgiendo.
Pertinencia e Impacto
Sena C.E.A.I. Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Diseño de CSP eficientes
Conciencia ambiental
• El uso de un energético limpio, servirá para modificar la cultura ambiental e impactar el inconsciente colectivo de todas las personas involucradas en los procesos productivos, gremio que históricamente se ha considerado contaminante.
Sena C.E.A.I. Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Diseño de CSP eficientes
Impacto en la formación
• El Sena fortalece y crear cursos de energías
alternativas como:
• Tecnólogo en diseño y desarrollo de sistemas
térmicos solares.
• Técnico instalador de CSP
• Tecnólogo analisista de prefactibilidad financiera de
sistemas térmicos solares.
Sena C.E.A.I. Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Diseño de CSP eficientes
Creación de empresa
La formación de sus estudiantes que tendrán la capacidad de proponer proyectos de creación de empresa en el fondo emprender en temas como:
• Empresa de diseño y construcción de CSP. • Diseño de sistemas electrónicos de medición y control
para sistemas térmicos solares. • Empresa de servicios de mantenimiento e instalación
de sistemas térmicos solares. • Servicios de análisis y prefactibilidad de proyectos de
energía renovables.
Sena C.E.A.I. Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Diseño de CSP eficientes
Actualmente no existe en la región un sistema térmico
solar didáctico modular demostrativo que utilice energías
limpias de bajo costo, una razón más por la cual es
necesario la implementación de este sistema para la
experimentación, análisis, demostración y evaluación
practica de ahorro y eficiencia energética que impacte el
inconsciente colectivo.
Sena C.E.A.I. Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Diseño de CSP eficientes
El SENA dispondrá de una metodología sistémica para el diseño, construcción y montaje de sistemas térmicos solares CSP desarrollados con materiales de bajo costo y de alta eficiencia.
Sena C.E.A.I. Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Diseño de CSP eficientes
• Este proyecto demostrará que es posible reducir los aportes contaminantes a la vez que se logran reducciones de costos de producción.
Sena C.E.A.I. Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Diseño de CSP eficientes
• El proyecto es el punto de partida para nuevas implementaciones e investigaciones de energía alternativa que brinden soluciones óptimas, planteadas desde el SENA, a problemas reales de sus procesos y que impulse en el sector Pymes al cambio cultural y metodológico hacia la utilización de sistemas térmicos solares y uso eficiente de las
energías renovables.
Sena C.E.A.I. Ing. José Ignacio Pérez Chaparro
Diseño de CSP eficientes
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO AMBIENTAL
USER
• Enmarcado en el programa jóvenes rurales emprendedores, cuyos
propósitos son entre otros atenuar la migración del campo a la ciudad,
generar desarrollo sostenible en el medio rural, Innovar y difundir nuevas
tecnologías y promover la creación de empresas con valor agregado en el
medio rural, Aumentar la productividad y disminuir el desempleo en el
sector rural y generar condiciones para que la población vulnerable tenga la
posibilidad de incorporarse en actividades productivas de la región, como
trabajadores o mediante la gestión de proyectos productivos asociados al
proceso formativo.
PROYECTO AMBIENTAL USER
El objetivo de este proyecto es desarrollar una planta de servicios que
provea de energía eléctrica, agua caliente, y calefacción a las unidades
productivas en la zona rural que permita el desarrollo de una granja
autosuficiente y automatizada, haciendo que el proceso productivo sea
más competitivo al reducir los costos de producción inherentes al proceso
productivo.
OBJETIVOS.
• General.
• Desarrollar una Unidad de servicios Industriales, que estén Basados en el Uso de
Energías Renovables y el Uso Racional de Energías para unidades productivas rurales.
• Específicos.
• Diseño Unidad de servicios Industriales, que estén Basados en el Uso de Energías
Renovables y el Uso Racional de Energías.
• Adquisición de materiales para la construcción de la Unidad de servicios Industriales,
que estén Basados en el Uso de Energías Renovables y el Uso Racional de Energías.
• Construcción Unidad de servicios Industriales, que estén Basados en el Uso de
Energías Renovables y el Uso Racional de Energías.
• Instruir a las comunidades rurales en el uso eficiente de la energía y su generación
desde el aprovechamiento de los recursos disponibles, haciendo énfasis en el uso de
energías renovables.
Sistema de Generación de Biogás
• Consta de un sistema de digestión anaerobia de
residuos orgánicos, biodigestor, con capacidad para
almacenar 100m3, con válvulas, filtro de ácidos, caja de
mezcla, entrada y salida de efluentes, sistema de
distribución de gas.
Generación de calor
• Consta de sistemas de distribución de gas para hacer combustión y
generar llama que puede ser usada para cocinar, alumbrar y para
calentamiento de recintos a través de reflectores de calor. 1 m3 de
gas tiene un poder calorífico de 4.500 a 5.600Kcal. Esto representa
un potencial de producción de alrededor de 150.000kcal x día
Sistema de Generación de energía Eléctrica
con Biogás.
• El diseño del sistema de generación de energía eléctrica a través
del uso de biogás como combustible, consiste en el
aprovechamiento del biogás que se usa como combustible de
reemplazo de la gasolina, para la generación de energía eléctrica.
Sistema de tratamiento de Aguas Servidas y
obtención de abono orgánico.
• Como resultado de los procesos de producción de ganado se
generan residuos sólidos y líquidos (estiércol y orina) y agua usada
para los menesteres de la finca (lavado), el uso del biodigestor
permite una primera fase de limpieza de aguas, el agua resultante
puede ser usadas como abono orgánico a cultivos de peces y
agricultura con excelentes resultados. El biodigestor propuesto tiene
una capacidad de tratamiento de 9m3 de aguas servidas x dia.
Sistema térmico solar.
• El diseño del Sistema Estándar de Calentamiento térmico solar de
Agua, consta de los equipos y materiales para elevar, en forma
directa por radiación solar, la temperatura del agua entre 30 y 55
°C.
Sistema de riego automatizado.
• Un cultivo es un agrosistema con fines de producción; depende del
hombre procurar mantener en equilibrio sus factores, para obtener
más cantidad y mejor calidad. Por esto se ha diseñado un sistema
de riego automatizado piloto, que ayudara a mejorar el proceso
productivo, este sistema se provee para su funcionamiento de la
energía que se genera en la planta eléctrica y fotovoltaica.
Recommended