Captadores Cilindroparabolicos en una planta de Bioetanol

NOMBRE PROGRAMA / Nombre profesor

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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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Capítulo1: Introducción

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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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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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Tecnologías de concentración

solar

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Capítulo 4: Selección de emplazamiento y

evaluación del recurso

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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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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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Demandas térmicas de la

planta a estudiar

Datos de la planta de bioetanol de Abengoa en Babilafuente

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Capítulo 6: Diseño del captador

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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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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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mediante planta termosolar CCP Diseño del campo solar

57,86 %

0

20

40

60

80

100

120

Cobertura (%) Cobertura Mensual

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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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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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mediante planta termosolar CCP Diseño del circuito hidráulico

CIRCUITO HIDRÁULICO

TUBERÍAS

SISTEMA DE BOMBEO

VASO DE EXPANSIÓN

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ESQUEMA DE TUBERÍAS

PROCESO BOMBAS

TUBERÍAS COLECTORAS

LAZO DE CAPTADORES LAZO DE CAPTADORES

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DISEÑO DE TUBERÍAS

Velocidad = 1 – 3 m/s

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CÁLCULO DE PÉRDIDAS

PROCESO

LAZO DE CAPTADORES

106.648 Pa

665.074 Pa

101.300 Pa

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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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BOMBAS

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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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SISTEMA DE CONTROL

CONTROL DEL CAMPO

SOLAR

CONTROL DEL SISTEMA

ACEITE-SALES

CONTROL DEL SISTEMA

DE GENERACIÓN DE

VAPOR

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Funcionamiento Solar

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Sistema de

Almacenamiento

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Sistema de apoyo

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Capítulo 8: Análisis económico

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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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Costes Inversión

Ingeniería de

Proyecto 3 %

Dirección de

Proyecto 3 %

Gastos Legales /

Seguros 4 %

Imprevistos 1 %

IVA 18 %

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Cash Flow

Costes Explotación 1.387.000 €

Ahorro de GN 5.844.000 €

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Viabilidad Económica

Payback TIR VAN

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Análisis de

sensibilidad

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Capítulo 9: Conclusiones

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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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Proyecto Fin de Máster

Suministro de energía térmica en

la industria del bioetanol mediante

planta termosolar CCP

Año de realización: 2011-2012

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AUTORES:

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