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Proyecto Fin de Máster
Suministro de energía térmica en
la industria del bioetanol mediante
planta termosolar CCP
Año de realización: 2011-2012
TUTOR:
Eduardo Zarza Moya
AUTORES:
ALEXANDRU NICOLAE COSOR
ROBERTO GONZÁLEZ FERNÁNDEZ
PABLO GONZÁLEZ VIÑA
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Índice
1. Introducción
2. Tecnología de producción de bioetanol
3. Tecnologías de concentración solar
4. Selección de emplazamiento y evaluación del recurso
5. Demandas térmicas de la planta a estudiar
6. Diseño del captador
7. Diseño planta termosolar
I. Diseño del campo solar
II. Diseño del sistema de almacenamiento
III. Diseño del sistema de intercambio
IV. Diseño del circuito hidráulico
V. Diseño del sistema de control
8. Análisis económico
9.Conclusiones
Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
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Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
Introducción
Objetivo: sustitución parcial del consumo
de gas en una industria productora de
bioetanol.
Motivación: La fluctuación del precio del
gas para consumo industrial; motivos
ambientales; adaptación de la tecnología
termosolar a otros usos debido a la
suspensión del RD 661/2007.
Resultado final: diseño y evaluación
económica de la instalación termosolar
con tecnología CCP para abastecer un
proceso industrial.
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Capítulo 2: Tecnología de producción de bioetanol
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mediante planta termosolar CCP
Tecnología de producción de
bioetanol
Bioetanol es un combustible líquido
obtenido mediante procesos
bioquímicos a partir de cereales,
tubérculos y plantas azucaradas.
A corto plazo los biocombustibles son
imprescindibles para alcanzar
compromisos 2020.
Sólo el 40 % del parque automovilístico
es de combustión de gasolina.
Hay 5 plantas de bioetanol en España
con una producción anual de 559 Ml.
Aún hay cuota de mercado para el
bioetanol hasta alcanzar una cobertura
del 9 % para ésta tecnología. FUENTE: EurObserv´ER
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Tecnología de producción de
bioetanol
FUENTE: ICM the energy of innovation
Etapas proceso molienda en vía
seca:
Molienda
Cocción
Licuefacción
Hidrólisis
Fermentación
Destilación y deshidratación
Reciclado de levaduras
Centrifugado
Evaporación
Secado
Molienda
Cocción
Destilación y deshidratación
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Capítulo 3: Tecnologías de concentración solar
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mediante planta termosolar CCP
Tecnologías de concentración
solar
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Capítulo 4: Selección de emplazamiento y
evaluación del recurso
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mediante planta termosolar CCP
Selección de emplazamiento
y evaluación del recurso
1. Radiación solar. 2. Producción agraria. 3. Agua disponible.
4. Proximidad ferrocarril. 5. Red hidrocarburos. 6. Calificación del suelo.
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mediante planta termosolar CCP
Selección de emplazamiento
y evaluación del recurso
Instalación perteneciente a la PSA
de la cuál obtuvimos la serie de
datos meteorológicos está a 20 km.
del municipio de Sevilla.
Interesa no sólo la cantidad de
radiación sino también la “calidad”
de la misma.
Serie quinceminutal de datos de
irradiancia directa.
Comparación entre datos teóricos
de imágenes satelitales (NASA) y
datos obtenidos mediante medición
“in situ” (PSA).
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Capítulo 5: Demandas térmicas de la planta a
estudiar
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mediante planta termosolar CCP
Demandas térmicas de la
planta a estudiar
Datos de la planta de bioetanol de Abengoa en Babilafuente
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Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP Diseño del captador
Un captador cilindro parabólico se compone de:
Reflector cilindro parabólico
Tubo absorbedor o receptor
Sistema de seguimiento solar
Fluido de trabajo: Aceite térmico
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Capítulo 7:
Diseño planta termosolar Diseño del campo solar
Diseño del sistema de almacenamiento
Diseño del sistema de intercambio
Diseño del circuito hidráulico
Diseño del sistema de control
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Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP Diseño del campo solar
Fijar Tin y Tout Fijar Re
Calcular propiedades
fluido
Calcular
velocidad y
flujo másico
Pérdidas colector
fluido
Incremento de
temperatura en
el captador
Calcular el
número
de captadores
Comprobar Re
Número de
captadores
por fila
Comprobar M
Calcular
incremento
de entalpia
Calcular
temperatura
de salida
Tin = 295 ºC Tout = 390 ºC
Re = 4*105
Cp = 2,435 kJ/Kg.K
ρ = 768,9325 kg/m3
μ = 1,83*10-4 Kg/m.s
V = 1,465 m/s M = 3,737 Kg/s
Comprobar M 3 < M < 5
Pcol-fludio 456,227 kW
ΔH
122,086 kJ/Kg
Tout
391,186 ºC
ΔT
48,69 ºC Nº captadores
1,951 Re = 409.985
2 captadores
por fila 4 captadores
por fila Potencia útil
1 fila
Número filas paralelo
Rendimiento equipos
Número filas
paralelo Pútil 1 fila
1824,909 KW
46,05 filas paralelo
98 % 93 %
98 %
52
filas paralelo
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Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP Diseño del campo solar
57,86 %
0
20
40
60
80
100
120
Cobertura (%) Cobertura Mensual
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mediante planta termosolar CCP
Diseño del sistema de almacenamiento
Cantidad sales
12.098,483 Tn
Volumen
(m3)
Radio
(m)
Altura
(m)
Tanque sales caliente 7.600,38 10,655 21,310
Tanque sales fría 7.335,22 10,529 21,059
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mediante planta termosolar CCP
Diseño del sistema de intercambio
Cambiador de calor
aceite/sales fundidas
Cambiador carcasa y tubos
Sales fundidas circulan por la carcasa
Aceite térmico circula por los tubos
Tabiques deflectores
mejoran “U” y
turbulencia
Generador de vapor
Consta de 2 etapas
Precalentador
Evaporador
Se diseña para cubrir una
demanda térmica de 39,387 MWt
durante 24 h/día
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Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP Diseño del circuito hidráulico
CIRCUITO HIDRÁULICO
TUBERÍAS
SISTEMA DE BOMBEO
VASO DE EXPANSIÓN
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Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP Diseño del circuito hidráulico
ESQUEMA DE TUBERÍAS
PROCESO BOMBAS
TUBERÍAS COLECTORAS
LAZO DE CAPTADORES LAZO DE CAPTADORES
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Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP Diseño del circuito hidráulico
DISEÑO DE TUBERÍAS
Velocidad = 1 – 3 m/s
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Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP Diseño del circuito hidráulico
CÁLCULO DE PÉRDIDAS
PROCESO
LAZO DE CAPTADORES
106.648 Pa
665.074 Pa
101.300 Pa
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Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP Diseño del circuito hidráulico
BOMBAS
Caudal Total (m3/s) 0,484574
Rendimiento MECÁNICO 0,7
Potencia Mecánica (W) 604.476
Rendimiento ELÉCTRICO 0,97
Potencia Eléctrica (W) 623.171
POTENCIA TOTAL (kW) 625
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mediante planta termosolar CCP Diseño del circuito hidráulico
BOMBAS
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mediante planta termosolar CCP Diseño del circuito hidráulico
VASO DE EXPANSIÓN
VOLUMEN TOTAL
CIRCUITO 384 m3
MASA DE ACEITE
CIRCULANTE 410.666 kg
VOLUMEN A 350 ºC 594 m3
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mediante planta termosolar CCP
Diseño del sistema de control
SISTEMA DE CONTROL
CONTROL DEL CAMPO
SOLAR
CONTROL DEL SISTEMA
ACEITE-SALES
CONTROL DEL SISTEMA
DE GENERACIÓN DE
VAPOR
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mediante planta termosolar CCP
Diseño del sistema de control
Funcionamiento Solar
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mediante planta termosolar CCP
Diseño del sistema de control
Sistema de
Almacenamiento
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mediante planta termosolar CCP
Diseño del sistema de control
Sistema de apoyo
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Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP Análisis económico
Costes Inversión
Campo Solar 40.959.000 €
Sistema Hidráulico 1.843.000 €
Aceite Térmico 1.467.000 €
Generador de
vapor 11.340.000 €
Sistema de
almacenamiento 23.809.000 €
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Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP Análisis económico
Costes Inversión
Ingeniería de
Proyecto 3 %
Dirección de
Proyecto 3 %
Gastos Legales /
Seguros 4 %
Imprevistos 1 %
IVA 18 %
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Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP Análisis económico
Cash Flow
Costes Explotación 1.387.000 €
Ahorro de GN 5.844.000 €
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Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP Análisis económico
Viabilidad Económica
Payback TIR VAN
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Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP Análisis económico
Análisis de
sensibilidad
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Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP Conclusiones
Disminución del consumo de combustibles fósiles (57,8 %)
Orientación N-S
Punto de diseño
Importancia de los sistemas de control
Necesidad de apoyos públicos
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la industria del bioetanol mediante
planta termosolar CCP
Año de realización: 2011-2012
TUTOR:
Eduardo Zarza Moya
AUTORES:
ALEXANDRU NICOLAE COSOR
ROBERTO GONZÁLEZ FERNÁNDEZ
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