FACULTAD DE CIENCIAS Y TCNOLOGÍA MAESTRÍA EN …
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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE NICARAGUA, LEÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TCNOLOGÍA MAESTRÍA EN ENERGÍAS RENOVABLES Y MEDIO AMBIENTE 2da. Ed. En colaboración con Universidad Complutense de Madrid, España Universidad de El Salvador, El Salvador Estudio Preliminar, Técnico, Económico, Social y Ambiental de Factibilidad de un Concentrador Solar en el proceso de generación eléctrica para reducir los costos de arranques de grupos electrógenos Operando en generación distribuida. Ing. Diomar Jose Barahona Msc. Ing. Félix Acosta Mendez Dr. Leonardo Mendoza León, Mes de MAYO 2016
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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE NICARAGUA, LEÓN
FACULTAD DE CIENCIAS Y TCNOLOGÍA MAESTRÍA EN ENERGÍAS RENOVABLES Y MEDIO
AMBIENTE 2da. Ed.
En colaboración con
Universidad Complutense de Madrid, España Universidad de El Salvador, El Salvador
Estudio Preliminar, Técnico, Económico, Social y Ambiental de Factibilidad de un
Concentrador Solar en el proceso de generación eléctrica para reducir los costos de
arranques de grupos electrógenos Operando en generación distribuida.
Ing. Diomar Jose Barahona
Msc. Ing. Félix Acosta Mendez
Dr. Leonardo Mendoza
León, Mes de MAYO 2016
AGRADECIMIENTOS
Al Msc.Ing. Félix Ramon Acosta Mendez e Ing. Erwin Ramon Zelaya B. por guiarme,
comprender, solidarizarse y brindarme oportunidades que facilitaron el entorno
adecuado a través su apoyo para concretar este trabajo durante toda esta etapa
fundamental que fue parte de mi vida laboral y personal.
Al Dr. Leonardo Mendoza por su apoyo y sabios consejos que me acompañaron y
sirvieron de guía en esta etapa.
A todos los catedráticos, con quienes tuve la oportunidad de aprender.
A todos los amigos que me acompañaron en ésta etapa, en especial a mis compañeros
de esta edición.
A todas las personas que me apoyaron y me ayudaron a salir adelante en esta etapa.
A la Universidad Nacional Autónoma de Nicaragua, Leon y en especial a la Facultad de
Ciencias y Tecnologías por permitirme realizar mis estudios de maestría en sus
instalaciones.
A la Universidad Complutense de Madrid, España y Universidad de El Salvador, El
Salvador, por ser parte de esta maestría y permitirme obtener de sus catedráticos lo
mejor de sus experiencias y visión regional.
Al Dr. Armenta, quien fue determinante en el desarrollo y aprendizaje de los temas a
través su metodología de diferentes capas de enseñanza.
Al Msc. Ing. Jorge Isaac Cisne Altamirano, por la oportunidad, consejos, dirección,
sinceridad y paciencia ante situaciones especiales durante esta etapa.
DEDICATORIA
A mis padres, esposa, hijos por todo su amor, apoyo especial brindado a este sueño
personal y profesional.
RESUMEN
La demanda de calor industrial a nivel global ya es parte de la demanda energía final en
los países industrializados. Los sectores industriales definidos como fuertes económicamente,
ejemplos comida, vino y bebidas, equipo de transporte, maquinaria, textiles papel, la cuota de
la demanda de calor a baja y media temperatura (debajo de los 250°C) constituye un alto
porcentaje actual de energía. Los requerimientos de calor utilizando energía térmica solar
puede proveer una significativa oportunidad para la contribución de esta tecnología a los
requerimientos industriales de energía a nivel mundial. En este trabajo se desarrolla la idea de
reducir el consumo de combustibles diésel en arranques de grupos electrógeno produciendo
vapor saturado de baja entalpia a través de un colector solar de concentración tipo Fresnel de
reflexión como fuente de energía que puede cubrir las demandas de vapor y lograr condiciones
de arranque en grupos electrógenos. El actual trabajo pretende crear y cambiar el esquema de
pensamiento sobre los proyectos renovables aplicados a grupos electrógenos que operan con
combustibles fósiles y crean aplicaciones hibridas renovables para contribuir al medio
ambiente reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero que incrementan el
calentamiento global origen de cambios climáticos.
SUMMARY
Industrial heat demand globally is already part of the final energy demand in
industrialized countries. Industrial sectors defined as economically strong, examples food,
wine and beverages, transport equipment, machinery, textiles, paper, the share of heat
demand at low and medium temperature (below 250 ° C) is a current high percentage of
energy. Heat requirements using solar thermal can provide a significant opportunity for the
contribution of this technology to industrial energy requirements worldwide. This paper
develops reduce fuel consumption diesel startups generating groups producing saturated
steam of low enthalpy through a solar collector concentration Fresnel reflection as a source of
energy that can meet the demands of steam and achieve conditions start generators. The
present work aims to create and change the scheme of thought on renewable projects applied
to generators that operate with fossil fuels and create renewable hybrid applications to help
the environment by reducing emissions of greenhouse gases that increase global warming
source changes weather.
INDICE pagina
Introducción ………………………………………………………….…….…………… 1
Planteamiento del problema. …………………………………..……………..…… 1
Antecedentes …………………………………………………………………….……… 4
Justificación …………………………………………………………………………...… 6
Objetivo general y específicos ……………………………………………………. 8
Fundamentos teóricos …………………………………………………….…. 9
Diseño metodológico del estudio ………………………………………………..… 25
Resultados y Discusión …………………………………………………………………..... 30
Conclusiones y recomendaciones ………………………………………………..…… 58
Nomenclatura y glosario de términos ………………………………………………. 60
Referencias bibliográficas ………………………………………………………….……. 63
Anexos ……………………………………………………………………………………….. 64
1
INTRODUCCIÓN
El desarrollo y calidad de vida de la humanidad siempre ha estado ligado con las
tecnologías de cada época, al iniciarse a su vez una creciente sofisticación han requerido mayor
cantidad de energía para operar. La energía siempre ha sido pilar fundamental en garantizar
procesos, tiempos, avances, innovaciones, cultura, arte por lo tanto se podría diferenciar cada
época por sus usos y necesidades energéticas, que indiscutiblemente han aumentado con cada
transición tecnológica.
Las consecuencias del crecimiento de las necesidades energéticas también se han
incrementado aumentando a su vez el uso de hidrocarburos (usados como fuente principal de
energía) y la sobreexplotación de estos a pesar de ser recursos no renovables. El Panel
Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) de las Naciones Unidas
estimó que, durante el siglo pasado (1901-2000) la temperatura promedio global del aire se
incrementó aproximadamente 0.6°C (+ 0.2 °C) y pronostica un aumento de 1.4°C a 5.8°C
durante el siglo actual.
Planteamiento del problema.
La utilización de la energía solar térmica en Nicaragua esta confinada a sistemas de
calentamiento de agua de índole doméstica y turística de forma reducida, sin embargo su uso
para producir calor de procesos industriales o potencia eléctrica tiene un potencial enorme
considerando la abundancia de la radiación solar en nuestro país durante todo el año; además
con una buena base tecnológica se crearían excelentes condiciones para su explotación como
recurso energético barato e “inagotable”, creando nuevas fuentes de empleo y reduciendo la
contaminación.
Sin embargo, en Nicaragua no ha habido un desarrollo de esta tecnología a pesar de ser
uno de los países centroamericano con una tasa de irradiación solar muy alta durante todo el
año. Aproximadamente en las tres zonas (atlántico, central, pacifico) de Nicaragua se tiene una
insolación media de 5.75 kWh/m2 al día alcanzando mayores valores en determinada área del
país.
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En materia de recurso solar, este es inagotable, está disponible y en capacidad de
utilizarse en la mayoría de los países y regiones del mundo. Los colectores para calor de
proceso son una promesa fiable para el suministro de energía térmica. Se debe considerar, que
típicamente los sistemas de captación de energía solar requieren una gran capacidad (por lo
tanto, grandes áreas de colección con captadores planos), bajos costos, y alta confiabilidad y
calidad. Aunque colectores de baja temperatura se ofertan en un dinámico mercado en
crecimiento, los colectores para calores de proceso están en una muy temprana etapa de
desarrollo y no hay productos disponibles a escala industrial que proporcione aplicaciones
específicas.
Este estudio se llevara a cabo en un sistema de generación eléctrica distribuida que
llamaremos de aquí en adelante “Batería” que está compuesta por cuatro grupo electrógenos,
una unidad de tratamiento de combustible, una unidad eléctrica para conexión a red, un
intercambiador de calor para el proceso en base a la recuperación de gases de escape, una
unidad de compresores de alta y baja presión, la cual se ocupara como modelo baterías que
están en el municipio de Nagarote, departamento de León. Tomaremos como muestras
diferentes escenarios que se presentan alrededor de todo un año, brindando bases de datos
completas que serán utilizadas para este estudio.
Está claro que se necesita diseminación de educación y conocimiento para desplegar esta
tecnología de los captadores solares de mediana temperatura facilitando en gran medida los
requerimientos de calor de procesos de la industrias (química, papelera, textil, de alimentos,
generación eléctrica, etc., en una gran variedad de procesos como los de secado, esterilizado,
limpieza, evaporación, producción de vapor, así como el acondicionamiento (calefacción y
refrigeración) disminuyendo o evitando el uso de fuentes convencionales de energía y por
tanto minimizando los impactos ambientales, sociales y económicos que se presentan en la
actualidad.
En este proyecto se propone llevar a cabo investigación aplicada y desarrollo tecnológico
en el campo de la energía solar directa por medio de un dispositivo de Concentración Solar
Lineal tipo Fresnel (CLTF) de baja entalpía, teniendo como referencia un sistema de
concentración que se adapte a los retos que exigen las aplicaciones térmicas de baja entalpía
3
en la actualidad (calores de proceso), sin olvidar desde luego la integración con el proceso
actual de generación eléctrica a través de grupos electrógenos determinando cambios en la
operación y reducción en los costos asociados, para concretar una aplicación hibrida capaz de
funcionar y brindar ahorro energético real.
La generación de vapor saturado de baja entalpia es una variable de proceso que será
utilizada para proporcionarle al combustible fuel oíl temperatura y viscosidad óptimas para
poder ser consumido, así mismo incidirá en la disminución de las cantidades de combustible
diésel que se utiliza para realizar arranques y paradas en los grupos electrógenos,
posteriormente abordaremos el porqué de este mecanismo operativo que actualmente
utilizamos para generar energía eléctrica.
La problemática esta evidenciada porque se necesita ahorrar energía dejando de
consumir combustibles fósiles (Diésel) en cierto porcentaje (%), impactando de manera
significativa al medio ambiente, población en general e incidiendo en los costos de O&M que
actualmente tenemos por ser un proceso basado en el consumo de petróleo.
Actualmente contamos con recursos para lograr implementar proyectos híbridos que
faciliten mejorar nuestro proceso, porque la experiencia en la generación de energía eléctrica
con grupos electrógenos permite tener identificados los problemas, por tal motivo este estudio
se vuelve necesario para que facilite herramientas, conocimientos, experiencia; que facilite las
decisiones para invertir en propuestas que permitan garantizar la implementación de nuevos
sistemas híbridos de generación eléctrica, así mismo será el comienzo de nuevas estrategias
para incidir positivamente en el medio ambiente efectuando restructuraciones en los procesos
industriales utilizando la energía solar térmica produciendo “Calor de Proceso” para sus
diversas aplicaciones.
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Antecedentes
El uso de grupos electrógenos en la generación de energía eléctrica forma parte de la
matriz energética regional en países de Centroamérica, donde la diversificación ha sido lenta,
lográndose una dependencia de los hidrocarburos. Actualmente Nicaragua tiene un proceso
gubernamental de diversificación de la matriz energética promoviendo la generación
renovable.
En plantas térmicas que trabajan con grupos electrógenos que consumen combustibles
fuel oíl para generar energía eléctrica, conlleva altos costos para mantener parámetros
operativos óptimos, tales como la temperatura adecuada del HFO para la sincronización e
incremento de potencia hasta carga máxima en el tiempo contractual.
Existen diferentes sistemas implementados para lograr este objetivo, los cuales infieren
de manera directa e indirecta en el incremento del consumo de combustibles fósiles, .
Podemos hacer mención de los siguientes sistemas:
Resistencias eléctricas instaladas en tanques de almacenamiento para mantener
condiciones de arranque.
Utilización de calderas auxiliares, para producir vapor saturado, con el cual mantenemos
una temperatura del fuel oíl requerida para mantener condiciones operativas y de arranque.
Utilización de combustibles diésel para generar vapor saturado a través de la
recuperación de los gases de escape por medio de intercambiadores de calor, piro tubular o
acuotubular. De aquí en adelante nos centraremos en esta opción como objetivo de lograr
condiciones de arranque en plantas térmicas que utilizan fuel oíl como combustible para
generar energía eléctrica y que no cuentan con calderas auxiliares, resistencias eléctricas, etc.
Con el escenario que se nos presenta por el cambio de la matriz energética tenemos
afectaciones al rendimiento cuando el CNDC orienta arrancar los grupos electrógenos sin
condiciones en el combustibles fuel oíl, debido a periodos largos en stand by, generando altos
consumos de diésel para generar vapor saturado y alcanzar los parámetros operativos del HFO,
viscosidad (12 -18 cst) y temperatura (120 – 140°c) requeridos por el combustible de acuerdo
a resultados de análisis efectuados en el laboratorio. Tenemos un sistema de control y
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seguimiento a todos los parámetros que interactúan en el proceso generándonos los registros
y datos interrelacionados a partir de las temperaturas que se manejan en los combustibles en
los diferentes escenarios ambientales del año, influenciado por las diferentes variables
identificadas del proceso que afectan nuestros arranques directa o indirectamente.
La experiencia sobre la operación de los grupos electrógenos nos facilita obtener
condiciones y parámetros en los combustibles a través de la mejora continua en
procedimientos operativos que generan un mayor aprovechamiento de nuestro entorno, sin
embargo, seguimos siendo dependientes y afectados de ciertas variables del proceso
directamente referidas a la despachabilidad que se manifiesta a través del factor de planta.
La problemática actual demanda estudios e investigaciones que involucren proyectos
híbridos de origen renovables que ayuden a disminuir dichas afectaciones, tales como estudios
sobre pérdidas caloríficas, perdidas de condensado, tratamiento de combustibles, parámetros
ambientales, balances termo-energéticos, etc.., son algunos aspectos que constituyen puntos
esenciales en la optimización del proceso de generación eléctrica.
La influencia de parámetros ambientales incide de forma directa y reconfigura la
estrategia de operación a desempeñar, sin embargo, los grupos electrógenos tienen que
trabajar bajo diferentes escenarios todo el año incidiendo de manera positiva o negativa en
determinado momento.
Nuestro proceso de trasformación de la energía química a eléctrica tiene perdidas
caloríficas que se acentúan en determinados escenarios del año por lo tanto se realizan ajustes
para mantener el mayor tiempo posible el aprovechamiento del calor, el cual es necesario para
mantener parámetros en el combustible fuel oíl (viscosidad, temperatura de calentamiento).
Los resultados más relevantes se han presentado en ideas, exposiciones e investigaciones
superficiales sin entrar en estudios a profundidad, ocasionando hasta el momento
desconocimiento en la factibilidad de proyectos que provocarían la inversión en tecnologías de
las energías renovables de forma hibrida ayudando de gran manera a las variables del proceso
en lograr sobreponerse al entorno y escenarios que están sometidas, como ejemplo citamos
parámetros ambientales, calidad de combustibles , operación, mantenimiento etc…
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Justificación
Son claramente identificables numerosos procesos que requieren energía térmica con
niveles de temperatura entre 70 y 160°C. En los últimos años las investigaciones con respecto
a este tipo de sistemas se han dirigido al desarrollo de nuevas aplicaciones, de metodologías
de control, de análisis termodinámico y técnico-económico, así como al desarrollo de
aplicaciones hibridas.
Es interés de este trabajo contribuir al desarrollo de esta tecnología y en consecuencia a
la mejora de los procesos de generación eléctrica con grupos electrógenos; nuestra propuesta
y diseño de esta aplicación a través de un sistema de captación novedoso que promete mejorar
en muchos aspectos a otros sistemas propios de transferencia de calor, particularmente el
concentrador lineal tipo Fresnel (CLTF) ofrece claras ventajas técnicas y de operatividad que
permiten su implementación como sistemas térmicos solares para calor de proceso de baja
entalpia.
El CLTF, comparado con otros sistemas térmicos solares se perfila mucho más rentable
por su sencillez constructiva, además de muchas otras ventajas como se verá expuesto a lo
largo de este trabajo. Una de las características más importantes de la tecnología Fresnel es
que el absorbedor está separado de los concentradores, se mantiene fijo y no tiene juntas
rotativas o que exijan flexibilidad durante su funcionamiento.
Tienen capacidad de producción escalable, es decir se pueden operar varios módulos
individuales tanto en serie como en paralelo para lograr la disponibilidad termodinámica
necesaria.
Es posible la disminución durante la operación de las emisiones de CO2, menores
consumo de combustibles diésel utilizado para realizar arranques, ahorro de energía en estado
fuera de servicio, disminución de consumo propio de energía para generar, incremento
sustancial de rendimientos, reducción de mantenimientos asociados a equipos que tienen
función indirecta en el proceso, cambio en la estrategia operativa, etc….
Siendo así este estudio promueve el desarrollo de tecnología de las energías renovables
en aplicaciones hibridas, competitivo en costos y rendimientos óptimos para el proceso actual,
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aportando el enfoque necesario para dejar poco a poco la dependencia total de los
hidrocarburos.
Es claro que en la actualidad es todo un reto el desarrollo de aplicaciones hibridas basado
en procesos particulares que conlleva la identificación de claves llamadas variables del proceso
y su tratamiento identificando donde, como, cuando podemos incidir en ellas a través de la
administración de escenarios propios.
A través de soluciones hibridas utilizando la concentración solar y su gran versatilidad en
la disponibilidad térmica, permite atender los requerimientos energéticos de calor de procesos
industriales y/o generación de potencia eléctrica.
Este estudio es parte de la visión actual del gobierno de Nicaragua, Región
centroamericana, Organismos multilaterales, que ocasionan el emprendimiento e innovación
por parte de las sociedades actuales a través de las personas con alto grado de respeto, cuido
y amor al medio ambiente, dejando una herencia de incalculable valor en las mentes de
individuos que formamos parte.
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Objetivos Generales y especificos
Tomándose como base lo expresado en el planteamiento del problema, este trabajo tiene el propósito siguiente:
Realizar Estudio de una aplicación renovable a través de un Concentrador Solar
para calor de proceso de baja entalpia, reduciendo los costos de arranques de
grupos electrógenos en operación.
En el desarrollo de esta aplicación renovable para lograr el correcto
cumplimiento del objetivo general se definieron ciertos objetivos particulares.
1. Definir las exigencias técnicas que demanda el proceso actual de generación
eléctrica con grupos electrógenos para definir el modelo teórico de la aplicación
renovable.
2. Definir las características del concentrador solar, en base a la transferencia de
calor requerida de acuerdo a la demanda de vapor del proceso.
3. Valorar la factibilidad económica, social y ambiental de la aplicación hibrida.
4. Validar con análisis teóricos los aspectos más importantes de la aplicación
mediante la administración de escenarios.
Cabe mencionar que este trabajo es el primer peldaño y que resulta fundamental para el
desarrollo y puesta en marcha de una aplicación que debe ser un prototipo de producción de
energía térmica solar utilizando concentradores solares, que permitiría el avance en la
investigación, desarrollo y futura implementación como fuente generadora de calor de
procesos y/o potencia eléctrica en nuestro país a partir de un recurso abundante e inagotable
como es la radiación solar.
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Fundamento Teórico.
El uso de la energía solar no es algo nuevo, desde hace varios siglos ya era utilizada para
diferentes funciones, pero con los cambios ocurridos a raíz de la Revolución Industrial fue
sustituida por los derivados del petróleo y el carbón. En la actualidad debido a la oscilación
predominante en los costos del petróleo y por sus beneficios respecto al impacto ambiental,
está llamando la atención el desarrollo y aprovechamiento de la energía solar nuevamente. Si
el petróleo no hubiera sustituido a las fuentes de energía antes utilizadas, seguramente ahora
tendríamos mayores avances tecnológicos en energías renovables.
Existen muchos tipos de aprovechamiento de la energía solar, probablemente la más
conocida es la energía fotovoltaica que es una forma de obtención de la energía eléctrica a
través de paneles fotovoltaicos, existen otras maneras de conseguir energía térmica y
electricidad a partir de la luz solar y probablemente con mejores resultados; la energía solar
térmica es usada en plantas de generación de potencia por concentración solar para producir
calor de alta temperatura, generando vapor sobrecalentado que es entonces inyectado a una
turbina acoplada a un generador eléctrico. Las tecnologías solares pueden entregar calor,
enfriamiento, iluminación natural, electricidad y combustibles para una múltiple cantidad de
aplicaciones.
La conversión de energía solar en calor es relativamente simple, porque cualquier objeto
colocado al sol absorberá la energía radiactiva y se transformará en energía térmica, sin
embargo, maximizar esa energía absorbida y detener su escape a los alrededores puede
necesitar técnicas especializadas y dispositivos tales como espacios evacuados, recubrimientos
ópticos y espejos.
Cada técnica es usada dependiendo de la aplicación y la temperatura a la que cada calor
será utilizado, esto puede incluir desde los 25°C (calentamiento de una piscina) hasta 1,000 °C
(para concentradores solares de potencia), e incluso hasta 3,000 °C en hornos solares.
Además, los sistemas basados en energía solar pueden entregar calor y enfriamiento de
proceso en sistemas con fuentes renovables, además de su bajo impacto ambiental un punto
que se debe tener en cuenta es el costo de operación, que es atractivo para la amortización de
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los sistemas con fuentes renovables, esto ocurre por el ahorro de los costos asociados en el
consumo de combustibles debido a que la energía solar por sí misma es gratuita y por lo tanto
podemos diseñar aplicaciones que transformen esta energía con sistemas que sean
económicos y fácilmente operables.
Descripción del Proceso Actual
La generación de energía eléctrica a través de batería que está compuesta por cuatro
grupos electrógenos (MDU), una unidad de tratamiento de combustibles pesado(HTU), una
unidad eléctrica(ETU), una unidad de aire de alta y baja presión(ACU), una unidad
intercambiadora de calor(BU).
MDU – Unidad de Motores, que está compuesta de Motor-Generador, Hyundai 1.7 Mw,
teniendo la capacidad bruta de 6.4 Mw.
ETU – Unidad Eléctrica, que está compuesta por transformadores, interruptores,
cargador de baterías, panel de distribución y otros equipos.
HTU – Unidad de tratamiento de combustibles pesado, está compuesta por dos tanques
de almacenamiento de fuel oíl de 5 m3, un tanque de almacenamiento de Diésel de 5 m3, dos
tanques de drenaje de fuel oíl de 0.9 y 0.50 m3, dos separadoras de fuel oíl, una separadora
de lubricante, un tanque de lodo de 1.2 m3, un autofiltro, un filtro mecánico, permitiendo
suministrar combustible en tiempo y forma a los motores cuando generan.
ACU – Unidad de compresores, está compuesto por un compresor de alta presión (30
bar) y un compresor de baja presión (9 bar) que suministran aire comprimido para control,
arranques de motores, soplados de motores (verificación de presencia de agua en cilindros
antes de arrancar).
BU – Unidad intercambiadora de calor, dispositivo diseñado para transferir calor entre
dos medios, que estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto, en nuestro
caso aprovecha el calor de los gases de escape que se generan por la combustión de los
motores, transfiriéndose al agua, generando vapor saturado (calor de proceso) hasta 167 °C.
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Propiedades de los hidrocarburos.
La mayor parte de los productos de origen petrolífero son mezclas más o menos sencillas
en el caso de los gases, pero muy complejas al tratarse de fracciones líquidas. Además, los
productos comerciales, los cuales deben responder a determinadas especificaciones, son
generalmente mezclas de fracciones complejas: naftas, carburantes para reactores, fuel oíl y
aceites.
Las principales características son:
A- Tensión de vapor de los hidrocarburos puros, de las fracciones del petróleo y de sus
mezclas.
B- Propiedades críticas (Temperatura y presión).
C- Densidad.
D- Propiedades térmicas: calor específico; coeficiente de compresión adiabática; calor
latente de vaporización; entalpía y conductividad térmica.
E- Viscosidad
F- Potencia calorífica o poder calorífico
G- Número de octano
H- Índice de cetano- Puntos de congelación
J- Límites de explosividad y punto de inflamación
K- Tensión superficial
L- Solubilidad de los hidrocarburos y de los hidrocarburos en el agua.
M- Penetración y reblandecimiento de los asfaltos
N- Curvas de destilación
El fuel Oíl se clasifica en seis clases, enumeradas del 1 al 6, de acuerdo a su punto de
ebullición, su composición y su uso. El punto de ebullición, que varía de los 175 a los 600 °C; la
longitud de la cadena de carbono, de 9 a 70 átomos, aumentando la viscosidad con el número
de carbonos de la molécula, por ello los más pesados deben calentarse para que fluyan.
Los fueloiles No. 1, No. 2 y No. 3 se llaman de diferentes formas: fueloil destilado, fueloil
diésel, fueloiles ligeros, gasóleo o simplemente destilados, fueloil No. 4 es usualmente una
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mezcla de fueloil destilado, fueloil No. 5, fueloil No. 6 son conocidos como fueloiles
residuales (RFO por sus siglas en inglés) o fueloil pesados.
Viscosidad
Se habla de viscosidad para hacer referencia a la fuerza contraria que un fluido ejerce
ante una deformación de característica tangencial. Se trata de una propiedad caracterizada
por la resistencia a fluir que se genera a partir del rozamiento entre las moléculas.
La viscosidad se advierte con el rozamiento que se registra entre las sucesivas capas de
un fluido. Al arrastrar la superficie de un fluido, las capas inferiores se movilizan de manera
más lenta que la superficie ya que son afectadas por la resistencia tangencial. La viscosidad,
por lo tanto, se manifiesta en los fluidos en movimiento (donde las fuerzas tangenciales entran
en acción). Cuando la viscosidad es muy grande, el rozamiento entre las capas adyacentes es
pronunciado y el movimiento, por lo tanto, resulta débil
Unidades de viscosidad
En el SI (Sistema Internacional de Unidades), la unidad física de viscosidad dinámica es el
pascal-segundo (Pa·s), que corresponde exactamente a 1 N·s/m² o 1 kg/(m·s). La unidad cgs
para la viscosidad dinámica es el poise (1 poise (P) ≡ 1g·(s·cm)−1 ≡ 1 dina·s·cm−2 ≡ 0,1 Pa·s), Se
suele usar más su submúltiplo el centipoise (cP). El centipoise es más usado debido a que el
agua tiene una viscosidad de 1,0020 cP a 20 °C.
1 poise = 100 centipoise = 1 g/(cm·s) = 0,1 Pa·s; 1 centipoise = 1 mPa·s
Viscosidad cinemática
Se obtiene como cociente de la viscosidad dinámica (o absoluta) y la densidad, utilizando
en el SI (m²/s). La unidad física de la viscosidad cinemática en el sistema CGS es el stoke
(abreviado S o St), cuyo nombre proviene del físico irlandés George Gabriel Stokes (1819-1903).
A veces se expresa en términos de centistokes (cS o cSt).
1 stoke = 100 centistokes = 1 cm²/s = 0,0001 m²/s
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Concepto Físico.
Todos los elementos se expanden con el calor y se contraen con el frío, ya sean sólidos,
líquidos o gaseosos y el coeficiente de dilatación será sustancialmente diferente de acuerdo al
tipo de compuesto. Los líquidos se dilatan al someterse a calentamiento, si la variación de la
temperatura no es demasiado grande, el aumento de volumen es aproximadamente
proporcional a la variación de la temperatura y se puede calcular a través de la formula,
descrita a continuación:
Vf= Vo + Vo^(Tf- To) (1)
Vo : Volumen inicial del líquido, galones.
Vf : Volumen final del líquido, galones.
Tf : Temperatura final del líquido, ºC.
To : Temperatura inicial del líquido, ºC.
Densidad.
Masa de un cuerpo por unidad de volumen. En ocasiones se habla de densidad relativa
que es la relación entre la densidad de un cuerpo y la densidad del agua a 4 °C, que se toma
como unidad. Como un centímetro cúbico de agua a 4 °C tiene una masa de 1 g, la densidad
relativa de la sustancia equivale numéricamente a su densidad expresada en gramos por
centímetro cúbico.
La densidad puede obtenerse de varias formas, por ejemplo, para objetos macizos de
densidad mayor que el agua, se determina primero su masa en una balanza, y después su
volumen; éste se puede calcular a través del cálculo si el objeto tiene forma geométrica, o
sumergiéndolo en un recipiente calibrado, con agua, y viendo la diferencia de altura que
alcanza el líquido. La densidad es el resultado de dividir la masa por el volumen por lo tanto
para medir la densidad de líquidos se utiliza el densímetro, que proporciona una lectura directa
de la densidad.
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Gravedad API
La gravedad API, o grados API, de sus siglas en inglés American Petroleum Institute, es
una medida de densidad que, en comparación con el agua, precisa cuán pesado o liviano es el
petróleo. Si son superiores a 10, es más liviano que el agua, y por lo tanto flotaría en ésta,
usándose también para comparar densidades de fracciones extraídas del petróleo, por
ejemplo, si una fracción de este aceite flota en otra, denota que es más liviana, y por lo tanto
su grado API es mayor, por lo tanto, matemáticamente la gravedad API carece de unidades
(véase la fórmula abajo). Sin embargo, siempre al número se le aplica la denominación grados
API.
Temperatura de calentamiento de fuel oíl
Es la temperatura necesaria para que la viscosidad del fuel oíl sea la más adecuada para
combustionar en el motor, la viscosidad después del calentamiento ha de ser controlada a
través de calentadores específicos.
Aspectos a controlar
1. Caudal del fluido
2. Presión de operación: Max 10 bares
3. Temperatura del fuel-oíl de entrada: (110 a 140 ºC aprox.)
4. Vapor saturado (7-9 bar)
Proceso de arranque
Los grupos electrógenos realizan arranques de acuerdo a solicitud emitida a través del
CNDC (Centro Nacional de Despacho de Carga), convirtiéndose en variable del proceso que
afecta de manera directa. Anteriormente mencionamos que el fuel oíl necesita de temperatura
para tener una viscosidad adecuada, convirtiéndose en un problema lograrlo durante los
periodos de stand by (periodos de expectación de las unidades, esperando el llamado a entrar
en servicio por el CNDC), debido a que no tenemos medios auxiliares que nos permitan tal
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objetivo como resistencias eléctricas, calderas auxiliares u otros, que permita mantener la
temperatura operativa en el fuel oíl.
Debido a la condición antes mencionada, para alcanzar parámetros operativos en el fuel
oíl debemos inicialmente realizar arranques con combustibles diésel, aprovechando los gases
de escapes resultado de su combustión haciéndolos pasar por los intercambiadores de calor,
logramos generar vapor saturado de baja temperatura, alimentando las líneas satélites
acopladas superficialmente en las tuberías y tanques del HTU, alcanzando los parámetros
operativos para poder efectuar el cambio de diésel a fuel oíl.
La gravedad del caso radica especialmente cuando existen escenarios que son afectados
por variables como parámetros ambientales, baja despachabilidad según CNDC(orden de
arranque y sincronización a una determinada carga), teniendo que enfrentar en ocasiones
escenarios dramáticos como ejemplo, días en stand by, bajo condiciones climáticas adversas
(lluvias), provocando una disminución acelerada de la temperatura y por ende un incremento
de la viscosidad en el fuel oíl, según lo que hemos expuesto anteriormente, para vencer este
escenario debemos utilizar más energía en los intercambiadores de calor para alcanzar los
parámetros operativos del fuel oíl, conllevando a un incremento en el consumo de
combustibles diésel en los arranques.
¿Por qué afecta utilizar Diésel?
Valoremos lo siguiente:
Durante la destilación fraccionada del petróleo y después de haber extraído las
fracciones de gases, bencinas, gasolina y queroseno comienza a destilar la fracción
correspondiente al combustible Diésel. Esta fracción está constituida principalmente
por hidrocarburos muy poco volátiles de carácter ligeramente aceitoso que se usa como
combustible para los motores Diésel.
El índice que caracteriza al combustible Diésel es el número o índice de cetano,
definiéndose como la relación con el tiempo que transcurre entre la inyección del carburante
y el comienzo de su combustión, denominado “Intervalo de encendido”.
16
Grados Densidad API relativa -------------------------- 25 0,904 26 0,898 27 0,893 28 0,887 29 0,882 30 0,876 31 0,871 32 0,865 33 0,860 34 0,855 35 0,850 36 0,845 37 0,840 38 0,835 39 0,830 40 0,825 41 0,820 42 0,816 -------------------------- * Aproximados asumiendo 60°F
Poder calorífico de un combustible:
Es la energía que la masa del combustible puede liberar, debido a una reacción química
de oxidación.
Poder calorífico inferior (Qi):
El agua producto de la combustión se considera en estado de vapor.
Poder calorífico superior (Qs):
El agua producto de la combustión se considera en estado líquido.
Densidad Absoluta:
Relación entra masa y volumen.
Densidad Relativa:
Relación entre la densidad de un combustible y la del agua o la del aire.
Punto de fluidez:
17
Temperatura más baja a la cual el combustible líquido fluye en las cañerías en
condiciones normales.
Viscosidad cinemática:
Medida de la resistencia del fluido al escurrimiento. Se determinan en viscosímetros,
midiendo el tiempo que demora el combustible en escurrir a través de un orificio calibrado.
Viscosidad dinámica:
Es el cociente entre la viscosidad cinemática y la densidad.
Teniendo definido estos conceptos y ante la carencia de calderas auxiliares, resistencias
eléctricas, el diésel es utilizado para realizar arranques por poseer una temperatura y
viscosidad necesaria para suministrarla a los motores, sin tener la necesidad de utilizar vapor,
sin embargo, sus gases de escape son aprovechados durante el tiempo que se requiera para
lograr producir vapor saturado de baja temperatura hasta un máximo de 7 bar de presión.
Cuando los motores realizan la combustión utilizando diésel tenemos que consumir una mayor
cantidad de combustible debido a poseer menos masa por unidad de volumen, evidenciado al
tener grados API mayor a 31.1(fuel oíl No.2 liviano), gravedad especifica menor a 0.87,
expuesto en la transformación de su energía química en energía mecánica y posteriormente
en energía eléctrica.
EL consumo de Diésel tiene incidencia en la parte técnica y económica de la siguiente
manera:
a. Técnico, afecta el rendimiento (kWh/gl), porque se necesita consumir más
combustible para entregar una cantidad de energía específica, desestimando otras
variables como el factor de carga, parámetros ambientales, calidad de combustible
etc…, el rendimiento lo calculamos a través de la siguiente ecuación (2):
𝜂 =𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎(𝑘𝑊ℎ)
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙(𝑔𝑙) + 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑓𝑢𝑒𝑙 𝑜𝑖𝑙(𝑔𝑙)
b. Económico, debido a contratos CCVE vigentes somos penalizados porque no logramos
cumplir con rendimientos estipulados teniendo perdidas según clausulas;
18
adicionalmente el precio del diésel es superior al fuel oíl lo que incrementa los costos
de O&M en dependencia de las cantidades de combustibles consumidas.
Ejemplo de curva de arranque de motores
Secuencia de Arranques
19
Anteriormente mencionamos la variable de proceso Factor de planta o
“despachabilidad”, que es la cantidad de horas trabajadas como referencia a un periodo
determinado, esta administración recae en el Centro Nacional de Despacho de Carga, teniendo
como prioridad garantizar el “despacho económico” para reducir los costos de la energía a la
población, sin descuidar la estabilidad del sistema interconectado. Esta variable determina la
cantidad de consumo de diésel teórico que una batería tendrá en un periodo determinado,
cabe mencionar que la experiencia en la administración de la operación nos dice que el
incremento del factor de planta disminuye la incidencia en el consumo de Diésel en los
arranques, porque a mayor cantidad de horas trabajadas mayor es el consumo de fuel oíl,
adicionalmente se establecen condiciones mínimas para arranques futuros a través de la
presurización de los intercambiadores de calor lo cual facilita la transferencia de calor en los
arranques, determinando el tiempo que se consumirá Diésel en la batería.
Las condiciones de arranques mínimas se refieren a tener una presión de vapor mayor o
igual a dos bar de presión en los intercambiadores de calor cuando se inicia el arranque, esto
favorece en disminuir el tiempo del aprovechamiento de los gases de escape que los grupos
electrógenos generan con diésel, porque paso a paso realizaran la transferencia de calor al fuel
oíl logrando una temperatura entre (120 -140°C) con una viscosidad entre (12 -18 cst), según
carta régimen de operación.
Nota:
Carta Régimen Operativa – se define como carta que posee los Rango y valores para cada
variable de proceso que posee el motor, que garantiza el cumplimiento recomendaciones del
fabricante, normas internacionales.
A continuación, se presenta estadísticas sobre consumo de Diésel y factor de planta de
una batería durante el periodo de enero 2014 hasta junio 2015.
Mediciones
Describen la estadística desde enero 2014 hasta junio 2015 del Factor de planta y el
consumo de diésel en una batería, podemos observar que cuando estamos en la estación de
verano los factores de planta son bajos esto se traduce a menos horas de trabajo en la batería
20
durante periodos, teniendo con frecuencia arranques esporádicos cada tres días o más. El
rendimiento bruto de la batería se maneja como indicador de producción y nos indica según sus
resultados como están siendo afectadas las variables de proceso. La caída del rendimiento por
el bajo factor de planta y el alto consumo de diésel representa una afectación técnica, en la
gráfica podemos observar que la mayor parte del periodo evaluado no se cumple generando
pérdidas económicas según nuestro proceso.
Grafica
La anterior grafica representa los consumos de diésel ante los escenarios operativo que
está determinado por el factor de planta durante el año, esto nos da la idea clara de la
necesidad que se tiene en el proceso en reducir los consumos de combustible para reducir
costos operativos.
0.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
70.00%
80.00%
90.00%
100.00%
0.0
100.0
200.0
300.0
400.0
500.0
600.0
700.0
FP - CONSUMO DO ---BATERIA
Cons. DO(gl)- Bateria FP- Bateria
verano Invierno
21
Grafica.
Esta grafica expone la afectación que sufren los rendimientos brutos de las baterías por
el uso de combustibles diésel en grandes proporciones debido al bajo rendimiento que
presenta con valores de 13.9 kwh / gl.
El problema se agudiza cuando se une el factor de planta (horas despachadas a diario) y
los problemas técnicos de presurización de las calderas bajo el término de “embotellamiento”
para conservar presión de vapor por varias horas posterior a la salida del sistema (fuera de
servicio).
16.0
15.8
15.9
16.0
16.1
16.2
16.3
16.4
16.5
16.6
16.7
16.8
16.9
17.0
Rendimiento Bruto Bateria
ᶯ (kWh/gl)
22
Grafica.
Adicionalmente se afecta el consumo generando debido que generamos poco y
demandamos la misma cantidad de potencia en los equipos para el tratamiento de
combustibles, generación de vapor, mantenimientos programados, operaciones de descargas
de combustibles etc…
1.7
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
3.0
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
Consumo propio generando
% Cons. Gen.
verano
Invierno verano Invierno
23
Mediciones de Irradiancia en diferentes Sitios.
A continuación, se muestra datos obtenidos en diferentes sitios donde existe una batería
donde podemos utilizar esta aplicación renovable. Datos de Irradiación obtenidas en
mediciones de campo en sitios diferentes bajo el peor escenario posible que la época invernal
donde la nubosidad y la lluvia genera menos horas de sol creando un escenario adverso.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
8 9 10 11 12
IRR
AD
IAN
CIA
DIAS
MEDICIONES DE IRRADIANCIA MASAYA (W/m2)08 al 12 sept. 2014
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
1
10
19
28
37
46
55
64
73
82
91
100
109
118
127
136
145
154
163
172
181
190
199
208
217
226
235
244
253
262
271
280
289
298
307
316
325
334
343
352
361
IRR
AD
IAN
CIA
DIAS
MEDICIONES DE IRRADIANCIA NAGAROTE (W/m2) 18 -23 sept 2014
24
Después de haber realizado mediciones en diferentes sitios y teniendo un promedio de
radiación solar por encima de 5.0 w/m2 , la implementación técnica de un Concentrador Solar
Tipo Fresnel, es viable ya que garantizaría reducciones de consumos de combustibles en el
proceso de arranque de los grupos electrógenos, por tal motivo proponemos la base del diseño
según nuestro requerimientos, que exponemos a través del siguientes premisas de cálculo.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
07
:00
09
:00
11
:00
13
:00
15
:00
17
:00
08
:50
10
:50
12
:50
14
:50
16
:50
08
:40
10
:40
12
:40
14
:40
16
:40
08
:30
10
:30
12
:30
14
:30
16
:30
08
:20
10
:20
12
:20
14
:20
16
:20
08
:10
10
:10
12
:10
14
:10
16
:10
08
:00
10
:00
12
:00
14
:00
16
:00
MEDICIONES DE IRRADIANCIA PUERTO SANDINO (W/m2) 25 Sept. al 03 Oct. 2014
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
07
:00
08
:20
09
:40
11
:00
12
:20
13
:40
15
:00
16
:20
07
:30
08
:50
10
:10
11
:30
12
:50
14
:10
15
:30
16
:50
08
:00
09
:20
10
:40
12
:00
13
:20
14
:40
16
:00
07
:10
08
:30
09
:50
11
:10
12
:30
13
:50
15
:10
16
:30
07
:40
09
:00
10
:20
11
:40
13
:00
14
:20
15
:40
17
:00
MEDICIONES DE IRRADIANCIA- MANAGUA (W/m2) 06-10 octubre 2014
25
Diseño Metodológico del estudio.
Este trabajo pretende explorar y asimilar las variables que incidirán en el desarrollo e
implementación de la aplicación renovable propuesta, cabe señalar, los registros estadísticos
son extensos sobre la problemática planteada sin embargo sobre la propuesta de una
aplicación hibrida que ayude a través de un concentrador lineal tipo fresnel a minimizar los
costos operativos de arranques de grupos electrógenos que utilizan diésel y la necesidad de
utilizar vapor de baja temperatura para lograr condiciones en el fuel oíl , convierte este estudio
en una prioridad para nuestra empresa.
La empresa cuenta con personal capaz de realizar investigaciones, análisis técnico
económico, diseño, creación e implementación además de contar con un sistema de control y
seguimiento que facilita la compresión de los problemas que ocurren en los procesos con grado
de exactitud, esto ayuda y destina los esfuerzos en la valoración de la aplicación renovables
que incidan en reducir costos operativos.
El sistema de control y seguimiento que esta implementado tiene la ponderación y
relación entre áreas operativa, mantenimiento, administrativa, financiera que conlleva a la
diversificación de los análisis debido a la facilidad de procesar datos estadísticos y
probabilísticos que interactúan con la matriz energética nacional garantizándonos la toma
decisiones adecuadas ante los retos actuales y de futuro que conlleve el cumplimiento de los
contratos CCVE firmados en escenarios diferentes , cabe señalar que las modelaciones de
escenarios son una herramienta que utiliza este sistema para incidir en determinar, discriminar
al detalle las variables que pueden generar descontrol y que debemos de controlar para poder
mejorar nuestro proceso de generación eléctrica.
La supervisión, evaluación, proyección, cálculos de desviaciones, regresiones,
probabilidades, visitas de campo, certificaciones de equipos, pruebas de laboratorio,
inspecciones, auditorias, experiencia adquiridas en diferentes escenarios garantizan la
veracidad de la información suministrada por diferentes niveles analizando en diagonal,
vertical, horizontal creándonos la oportunidad de control automático de los mismos datos.
Este estudio se estará realizando en una batería ubicada en el municipio de nagarote, del
departamento de Leon, donde predomina temperaturas ambiente altas, velocidades de
26
vientos variables, e irradiación adecuadas para tratar de implementar este estudio como
alternativas renovables que beneficie al proceso, al medio ambiente, socialmente y
económicamente.
El proceso actual de generación eléctrica utiliza grupos electrógenos con combustibles
fósiles, donde aprovechamos los gases de escape para producir vapor de proceso de baja
entalpia, por lo tanto esta variable es la que une a nuestra aplicación renovables directamente,
otras variables como la algunas reducción de consumo diésel, incremento de rendimiento
permiten crear un mecanismo de medición de las mismas a través del seguimiento de valores
de Irradianza solar , consumos de combustibles, rendimientos , costos operativos.
Los procedimientos de recolección de datos están procedimentados en nuestro sistema
de control y seguimiento a través de herramientas informáticas AdHoc, formatos de control de
tres niveles, informes diarios, semanales, mensuales, anuales; así mismo las mediciones con
equipos de estación meteorológica, mediciones de irradiación, instalados en puntos adecuados
nos permiten tener acceso al comportamiento de las variables antes descritas en diferentes
escenarios operativo anuales. Las personas que participan en la recolección de los datos tienen
el entrenamiento de campo y un adiestramiento preciso en identificar errores que ocurren en
el proceso por lo tanto el margen de error cualitativo y cuantitativo mínimo que corresponde
a permitido bajo normas sobre errores absoluto normalizado.
Otras fuentes de control son las brindados a nivel de predicción por parte de entidades
Nacionales e Internacionales las cuales sirven de apoyo tales como INETER, NASA.
Algunas variables fundamentales que vamos a dar seguimiento serán:
a. Irradiancia - Es utilizada para describir la potencia incidente por unidad de
superficie de todo tipo de radiación electromagnética, que al final se resume en la
cantidad energía solar y periodo de horas que tenemos disponible que en situ para
aprovechar este recurso renovable al máximo, será controlado a través de mediciones
diarias y consultas de predicción que nos de la estimación logarítmica de producción
vapor de baja entalpia y reacomodar nuestro proceso a los resultados inmediatos de
predicción. Su valor es de 1367 W/m² según la escala del World Radiation Reference
27
Centre (WRRC), de 1373 W/m² según la Organización Mundial de Meteorología (WMO de
sus siglas en inglés y de 1353 W/m² según la NASA.
b. Combustible diésel – Es utilizado para realizar arranques en frio (sin parámetros
operativos, temperatura y viscosidad), caliente (con parámetros operativos temperatura
y viscosidad), que influyen directamente en los costos de OyM, que dependerá de la
despachabilidad que programe el CNDC obligándonos a realizar bajo una rampa de
arranque establecida cumpliendo los parámetros técnicos del fabricante, carta régimen y
procedimientos establecidos por la empresa.
c. Costos de operación y mantenimiento – estos costos están referenciado a cuanto nos
cuesta producir un megavatio por hora de acuerdos a nuestros costos variables y va
depender de las cargas suministradas al SIN, cargabilidad de las maquinas, calidad de
combustibles, calidad de repuestos, calidad de mantenimiento y la operación que
significa el 80 % de las incidencias en el proceso de generación eléctrica para este caso
con grupos electrógenos, también influye el control operativo y de mantenimiento de los
equipos auxiliares ya que controlan el tratamiento de combustibles, producción de vapor
saturado de baja entalpia llegándose a un punto de inflexión que es la supervisión.
28
UBICACION DE BATERIAS DONDE SE PUEDE VALORAR EL PROYECTO HIBRIDO
Ubicación IRRADIANCIA PROMEDIO (W/m2)
latitud longitud anual
Planta Leon (Comarca el Platanal)
12.47
-86.885
5.75
Planta Carretera a Puerto Sandino km 62
12.21
-86.719
5.75
Planta Nagarote km 42.5 C. Managua - Leon
12.28
-86.577
5.75
Planta Managua (Bo. Los Pescadores)
12.15
-86.259
5.75
Planta Tipi tapa (Bo. San Rafael)
12.17
-86.106
5.75
Planta Masaya (Limite entre Conchitas y Pilas
Orientales)
12.01
-86.086
5.75
Planta Hugo Chavez Frías (CD. Sandino)
12.17
-86.343
5.75
CALCULO DE ENERGIA GENERADA EN LA RAMPA DE ARRANQUE Y PARADA
E0= 0.00 Mwh
E1= 0.32 Mwh
E2= 0.25 Mwh
E3= 0.03 Mwh
E4= 0.07 Mwh
E5= 0.23 Mwh
E6= 0.02 Mwh
29
Consulta Online
https://eosweb.larc.nasa.gov/cgibin/sse/retscreen.cgi?&=&lat=37.36&submit=Submit&e
mail=rets40nrcan.gc.ca&step=1&p=&lon=0.59
30
Resultados y Discusión
Durante este estudio hemos hablado de las diferentes ventajas de utilizar un
concentrador solar tipo fresnel para producir vapor saturado de baja entalpia y reducir los
costos de los arranques de grupos electrógenos, por lo tanto, a continuación, como primera
instancia detallamos las premisas que debemos tomar en cuenta para diseñar de acuerdo a
ciertos parámetros según nuestro proceso.
Diseño teórico de un concentrador tipo fresnel
Conceptos teóricos - Óptico
El modelo teórico del dimensionamiento en el diseño del concentrador solar lineal Tipo
Fresnel, en general es:
1. Los fenómenos ópticos involucrados en el sistema de concentración
2. El sistema de seguimiento del movimiento aparente del Sol.
Fenómenos ópticos
Son tres los conceptos ópticos que juegan un papel fundamental en el modelo:
a. La absortancia - Proceso de absorción de la energía luminosa incidente sobre cualquier
superficie.
b. La reflectancia de la luz - Proceso de reflexión de la energía luminosa incidente
sobre cualquier superficie y;
c. La concentración y perspectiva geométrica - Proceso de concentración del haz
luminoso incidente sobre una superficie concentradora tomándose en cuenta su
geometría.
Al incidir los fotones sobre una interfaz entre dos materiales suceden tres fenómenos:
a. Reflexión, son rechazado.
b. Refracción, parte de ellos se transmiten al otro material
c. Absorción, son absorbidos.
La absorción es el proceso de transferencia de energía, de los fotones contenido en un
haz de luz hacia una superficie o cuerpo. Todo cuerpo real absorbe cierto porcentaje de la
31
energía de los fotones que inciden sobre él, y rechaza el resto de ellos; el porcentaje absorbido
depende de elementos como la naturaleza del cuerpo y la longitud de onda de los fotones.
A la fracción de energía absorbida se le conoce como coeficiente de absorción o
absortancia, y cada tipo de superficie tiene su propio coeficiente.
La ley de reflexión nos dice que, para una superficie especular, el ángulo de incidencia de
un rayo, respecto a la normal de la superficie especular, es igual al ángulo de reflexión, como
se ve en la siguiente Im1:
Im1.
Sistema de seguimiento del Sol
Los Sistemas de seguimiento, deben tener criterios con los cuales debe cumplir el
dispositivo:
Debe ser capaz de seguir al Sol durante todo el día (período de operación).
Debe seguir al sol con una cinemática lo más sencilla posible que permita
su fácil automatización.
Debe seguir al Sol en cualquier época del año.
La astronomía provee la utilización de sistemas para tal fin tomando en cuenta los
criterios descritos los cuales pueden ser los siguientes:
32
i) altura -acimut,
Realizan el seguimiento de los astros en dos movimientos, como su mismo
nombre lo indica estos son la altura solar y el acimut.
ii) ecuatorial
Sistema que logra seguir a los astros en un solo movimiento, haciendo uso del
nombre se coloca uno de los ejes del dispositivo en el mismo plano que el ecuador de
la Tierra; de esta forma todo lo que hay que hacer es girar dicho plano en un arco, ya
que el observador y en este caso el dispositivo se queda fijo en un punto con orientación
Este – Oeste.
33
iii) tránsito
El movimiento en un solo eje, se montan sobre un plano, pero en este caso el plano es el
de la latitud del punto donde se encuentre el observador rotado 90° respecto a los
ecuatoriales.
iv) fijos Su nombre lo describe, no tiene grados de movimiento, simplemente apuntan
al azul celeste inamovible.
Los colectores Fresnel pueden ser orientados de dos formas:
a. Este-Oeste
Se ajusta al movimiento del Sol de Norte a Sur (sistema de tránsito) o bien el otro
modo de orientación.
Concepto: Este modo de seguimiento requiere de un menor ajuste durante el día con
dirección siempre está frente al Sol a mediodía, pero el rendimiento del colector durante la
mañana y la tarde se ve reducido significativamente debido a los ángulos de incidencia
pronunciados, cabe mencionar que esta orientación(Este-Oeste) mantiene un rendimiento
más uniforme a lo largo del año.
34
b. Norte-Sur
Se ajusta el eje del concentrador siguiendo al Sol de Este a Oeste (sistema
ecuatorial).
Concepto: Este modo de seguimiento tiene su mayor pérdida al medio día solar, cabe
mencionar que en el periodo de un año, un colector orientado de norte-sur colecta más energía
que un campo orientado Este-Oeste, sin embargo, el sistema Norte-Sur colecta mucha más
energía en el verano y poca en el invierno (debido a la duración del día), la orientación Norte-
Sur requiere de sistemas de seguimiento continuo lo que resulta en un sistema más complicado
que los empleados en los sistemas orientados Este-Oeste.
A pesar de esta condición este tipo de movimiento (ecuatorial) da un ajuste muy superior
al tipo de desplazamiento de la bóveda celeste, siendo esta manera de desplazarse fácil
automatizar.
35
En vista de los objetivos y resultados que necesitamos obtener, este diseño tendrá su
base en una orientación Norte-Sur y así obtener la mayor cantidad de energía al año que
permita lograr alcances esperados.
Diseño del Concentrador Lineal Tipo Fresnel - CLTF
En el sistema CLTF la radiación solar incide sobre los espejos dispuestos en la parte
inferior del concentrador, muy cerca del suelo. Los espejos o superficies reflejantes ofrecen de
manera individual un ángulo adecuado para que la reflexión de los rayos solares llegue hasta
el receptor que está ubicado en la parte superior del concentrador. Con la suma de todas las
reflexiones apuntando al foco, ubicado en la parte central superior del concentrador, se logra
una mayor disponibilidad termodinámica debido a la concentración de la radiación solar.
En el receptor se lleva a cabo la transformación de energía radiante a energía térmica a
través de la absorción de la radiación y posteriormente se utiliza un fluido transportador de
calor para transferir la energía térmica hasta un lugar de almacenamiento o bien para su
utilización de manera directa.
Las consideraciones y la metodología de cálculo en el diseño óptico del CLTF serán
basadas en elementos reflectivos que se mueven mientras que la estructura del CLTF
permanece fija.
Esta ilustración preliminar
describe el modelo CLTF y el proceso
donde la incidencia solar realiza el
proceso de conversión de energía.
36
Antes de realizar los cálculos para diseñar el prototipo de Concentrador Lineal Tipo
Fresnel asumiremos ciertas condiciones que a continuación se detalla:
a. Los espejos serán láminas reflectoras que presentan una especularidad
perfecta y están libres de deformaciones.
b. Cada lámina será móvil y pivotada al centro de su eje longitudinal más
largo.
c. Los ejes de movimiento de las láminas reflectoras se encuentran en el
mismo plano.
d. Las láminas reflectoras no se sombrean entre sí durante el periodo de
operación de 9:00 a 15:00 h (tiempo solar).
Puntos relevantes
La ubicación de CLTF será en Nagarote, León – Nicaragua,
N 12°.16´,
W 86°.34
Hacemos referencia a dos espejos que poseen diferentes distancias (L1, L2) entre sí, medidos desde el centro del CLTF hasta una distancia Ln.
E
squema
de
Incidenci
a Solar
L
1
F
o
c
o
37
Para establecer una relación del ángulo de inclinación del espejo sobre la horizontal
respecto del ángulo de incidencia de la radiación dependerá de la posición del espejo respecto
del foco, tanto la altura definida como la distancia horizontal al eje del foco variaran por el
ángulo del rayo reflejado (φ1) respecto de este eje, el movimiento de la tierra es clave para
ajustar los ángulos durante el año.
Movimiento de la tierra durante un año.
Distancia entre sol y la tierra, durante el año.
0.920
0.940
0.960
0.980
1.000
1.020
1.040
1
12
23
34
45
56
67
78
89
10
0
11
1
12
2
13
3
14
4
15
5
16
6
17
7
18
8
19
9
21
0
22
1
23
2
24
3
25
4
26
5
27
6
28
7
29
8
30
9
32
0
33
1
34
2
35
3
36
4
enero febrero marzo abril mayo junio julio agostoseptiembreoctubrenoviembrediciembre
UN
IDA
DES
AST
RO
NO
MIC
AS
MES
D I S T A N C I A S O L - T I E R R A ( U A )
DISTANCIA SOL - TIERRA (UA)
38
** La distancia del Sol a la Tierra es de acuerdo al movimiento de traslación que realiza
la tierra alrededor del Sol, durante un año.
Declinación
La declinación solar es el ángulo entre la línea Sol-Tierra y el plano ecuatorial celeste
(proyección del ecuador terrestre). El valor de la declinación solar varía a lo largo del año, de
23,45° (21 de junio), a - 23,45° (21 de diciembre), pasando por cero en los equinoccios de
primavera y de otoño. En el caso de las zonas tropicales, cuando la declinación solar coincide
con la latitud de una determinada zona tropical, la radiación solar incide perpendicularmente
a la superficie terrestre. Durante los días próximos a esta coincidencia entre declinación solar
y latitud (zonas tropicales), los Índices UV aumentan de manera significativa, particularmente
si se presentan condiciones de cielo despejado o parcialmente nublado.
Datos iniciales para empezar el cálculo,
39
Tomando en cuenta las condiciones iniciales de operación establecidas a las 9:00
am (tiempo solar), es decir = 45◦, podemos asumir lo siguiente:
Antes debemos tener en cuenta lo siguiente:
3:00 pm 1:30 pm 12:00 pm 10:30 am 9:00 am
Podemos observar comportamientos diferentes de los ángulos de los espejos respecto a
la horizontal entre la parte derecha e izquierda, por lo tanto, haremos dos valoraciones
diferentes:
Asumiendo:
Lo = 0, partiendo de la derecha con distancia inicial Zero, hacia el centro.
Datos:
Ψ – (Angulo de inclinación de espejos) = 45°, 9:00 am. Θs – Angulo de Incidencia de la radiación. φ – Angulo del rayo reflejado. α – Ángulos de incidencia solar respecto a la normal. ε – Angulo del rayo
respecto a la horizontal β – Angulo entre el
espejo y el rayo reflejado.
f – Altura focal.
ň – normal (al espejo de
forma perpendicular)
Esquema de Angulo de rayos solares, parte derecha
40
Estableciendo una relación del ángulo de inclinación del espejo (Ψ) respecto del ángulo
de incidencia de la radiación (Θs), y que sabemos que dependerá de la posición del espejo
respecto del foco, tanto la altura definida como la distancia horizontal al eje del foco variaran
el ángulo del rayo reflejado (φ).
Estableciendo relación podemos definir lo siguiente:
a. Ψ + β + φ = 90° (3)
b. Θs + ε = 90° (4)
Por igualación tenemos que:
Ψ + β + φ = Θs + ε; pero sabemos que β= ε + Ψ según rayo reflejado.
Entonces, Ψ + Ψ+ ε + φ = Θs + ε 2 Ψ + φ = Θs (5)
Asumiendo:
Lo = 0, partiendo de la izquierda con distancia inicial Zero, hacia el centro.
Esquema de Angulo de rayos solares, parte izquierda
Estableciendo relación podemos definir lo siguiente:
a. Ψ + β = 90°
b. Θs + ε = 90°
Llevándose a relación en concepto igual de la parte derecha del CLTF, tenemos
que:
β = 90° - Ψ, ε = 90° - Θs (6)
41
Podemos igualar ángulos entre los espejos el rayo solar (incidente, reflejado),
Ψ + ε = φ + β Ψ + 90° - Θs = φ + 90° - Ψ 2 Ψ – φ = Θs (7)
CALCULANDOSE LA SEPARCION DE LOS ESPEJOS PARA EVITAR SOMBRA
Evitándose una proyección de sombra entre elementos (espejos), ocasionado a la
inclinación de los propios reflectores, siendo más acentuado en la parte izquierda porque los
de la parte derecha se acercan más a la horizontal, mientras que los del lado izquierdo se
acercan más a la vertical provocando sombras más largas o distendidas sobre el plano del CLTF.
En vista de lo antes descrito debemos encontrar la separación entre los espejos que evite
el sombreado entre los espejos respecto de la inclinación y el ángulo de incidencia de los rayos
del Sol:
Asumimos Lo = 0, entonces pasaremos a calcular L1
Tenemos 4 secciones
42
L1 = A+B+C+D; w = ancho del espejo.
Según el esquema deduciremos geométricamente el valor de las secciones
(8) 𝑨 =𝟏
𝟐𝒄𝒐𝒔 𝜳𝟏 ; 𝑩 =
𝟏
𝟐𝒘 𝒔𝒆𝒏𝜳𝟏
𝒕𝒂𝒏𝛂⁄ ; 𝑪 =
𝟏
𝟐𝒘 𝒔𝒆𝒏𝜳𝒐
𝒕𝒂𝒏𝛂⁄ ; 𝑫 =
𝟏
𝟐𝒘 𝒄𝒐𝒔 𝜳𝒐
Entonces L1
𝐿1 =𝟏
𝟐𝒄𝒐𝒔 𝜳𝟏 +
𝟏
𝟐𝒘 𝒔𝒆𝒏𝜳𝟏
𝒕𝒂𝒏𝛂⁄ +
𝟏
𝟐𝒘 𝒔𝒆𝒏𝜳𝒐
𝒕𝒂𝒏𝛂⁄ +
𝟏
𝟐𝒘 𝒄𝒐𝒔 𝜳𝒐
Factorizando 𝑳𝟏 =𝟏
𝟐𝒘
[𝑠𝑒𝑛𝜳𝒐+𝒔𝒆𝒏 𝜳𝟏]
𝒕𝒂𝒏𝛂 + 𝒄𝒐𝒔 𝜳𝒐 + 𝒄𝒐𝒔 𝜳𝟏
(9)
Redefiniéndose la ecuación (a) por propiedades de triángulos rectángulos según
el día del año:
Θs w +Θs = 90° w = 90 - Θs
w 90°
(10)
𝑳𝟏 =𝟏
𝟐𝒘
[𝑠𝑒𝑛𝜳𝒐 + 𝒔𝒆𝒏 𝜳𝟏]
𝒕𝒂𝒏 (𝟗𝟎 − Θs + ξ ) + 𝒄𝒐𝒔 𝜳𝒐 + 𝒄𝒐𝒔 𝜳𝟏
Al tener ciertos datos podemos encontrar la inclinación del espejo siguiente:
tanφ= 𝐿1
𝑓; tanφ1=
𝐿2
𝑓; tanφ2=
𝐿3
𝑓, … tanφn=
𝐿𝑛
𝑓
(11)
Redefiniendo ecuación de L1.
Sabemos que 2 Ψ – φ = Θs
Si 2 Ψ0 – φ0 = Θs, como establecimos al inicio Θs= 45° , φ0=0
Entonces 2Ψ0 =45° >> Ψ0 =22.5°
tanφ1= 𝐿1
𝑓; 2Ψ1 – φ1 = Θs >> φ1 =2Ψ1 - Θs
43
Entonces al sustituir en L1,
(12)
𝜳𝟏 =𝟏
𝟐𝒕𝒂𝒏 − 𝟏 (
𝒘
𝟐𝒇) (
[𝑠𝑒𝑛𝜳𝒐+𝒔𝒆𝒏 𝜳𝟏]
𝒕𝒂𝒏 (𝟗𝟎−Θs+ξ ) + 𝒄𝒐𝒔 𝜳𝒐 + 𝒄𝒐𝒔 𝜳𝟏) + (
𝚯𝐬
𝟐)
Ecuación necesaria para encontrar Angulo 𝜳𝟏
A partir de esta ecuación podemos encontrar 𝜳𝟐 parte de la sección L2;
Según diagrama teniendo en cuenta evitar el
sombreado y hora solar inicial L1, Lo, definimos:
L2 = L1 + G + H + I + J
Aplicamos la metodología que utilizamos cuando
encontramos L1,
(13)
𝑮 =𝟏
𝟐𝒄𝒐𝒔 𝜳𝟐 ; 𝑯 =
(𝟏𝟐 𝒘 𝒔𝒆𝒏𝜳𝟐 )
𝒕𝒂𝒏𝛂⁄ ; 𝑰 =
𝟏𝟐 𝒘 𝒔𝒆𝒏𝜳𝟏
𝒕𝒂𝒏𝛂⁄ ; 𝑱
=𝟏
𝟐𝒘 𝒄𝒐𝒔 𝜳𝟏
Establecemos entonces (14)
𝑳𝟐 = 𝑳𝟏 + 𝟏
𝟐𝒘
[𝑠𝑒𝑛𝜳𝟏 + 𝒔𝒆𝒏 𝜳𝟐]
𝒕𝒂𝒏 (𝟗𝟎 − Θs + ξ ) + 𝒄𝒐𝒔 𝜳𝟏 + 𝒄𝒐𝒔 𝜳𝟐
Si tanφ1= 𝐿2
𝑓; 2Ψ2 – φ2 = Θs >> φ2 =2Ψ2 - Θs
𝜳𝟐 =𝟏
𝟐𝒕𝒂𝒏 − 𝟏 ((
𝑳𝟏
𝒇+
𝒘
𝟐𝒇) (
[𝑠𝑒𝑛𝜳𝟏+𝒔𝒆𝒏 𝜳𝟐]
𝒕𝒂𝒏 (𝟗𝟎−Θs+ξ ) + 𝒄𝒐𝒔 𝜳𝟏 + 𝒄𝒐𝒔 𝜳𝟐) + (
𝚯𝐬
𝟐))
𝜳𝟑 =𝟏
𝟐𝒕𝒂𝒏 − 𝟏 ((
𝑳𝟐
𝒇+
𝑳𝟏
𝒇+
𝒘
𝟐𝒇) (
[𝑠𝑒𝑛𝜳𝟐+𝒔𝒆𝒏 𝜳𝟑]
𝒕𝒂𝒏 (𝟗𝟎−Θs+ξ ) + 𝒄𝒐𝒔 𝜳𝟐 + 𝒄𝒐𝒔 𝜳𝟑) + (
𝚯𝐬
𝟐))
44
𝜳𝟒 =𝟏
𝟐𝒕𝒂𝒏 − 𝟏 ((
𝑳𝟑
𝒇+
𝑳𝟐
𝒇+
𝑳𝟏
𝒇+
𝒘
𝟐𝒇) (
[𝑠𝑒𝑛𝜳𝟑 + 𝒔𝒆𝒏 𝜳𝟒]
𝒕𝒂𝒏 (𝟗𝟎 − Θs + ξ ) + 𝒄𝒐𝒔 𝜳𝟑
+ 𝒄𝒐𝒔 𝜳𝟒) + (𝚯𝐬
𝟐))
Para completar los espacios de los espejos hasta parte central: (15)
𝜳𝒏 =𝟏
𝟐𝒕𝒂𝒏 − 𝟏 ((
𝑳𝒏
𝒇+
𝑳𝟑
𝒇+
𝑳𝟐
𝒇+
𝑳𝟏
𝒇+
𝒘
𝟐𝒇) (
[𝑠𝑒𝑛𝜳𝟑 + 𝒔𝒆𝒏 𝜳𝟒]
𝒕𝒂𝒏 (𝟗𝟎 − Θs + ξ ) + 𝒄𝒐𝒔 𝜳𝟑
+ 𝒄𝒐𝒔 𝜳𝟒) + (𝚯𝐬
𝟐))
Las expresiones son reiterativas donde la posición y el ángulo de cada espejo dependerán
de la posición y ángulo del elemento anterior, por tal razón para realizar el cálculo de la
inclinación y el espaciamiento de los reflectores del lado izquierdo se utilizan las ecuaciones:
Aplicamos el concepto de Funciones trigonométricas recíprocas
Si, y= tan x >> y es igual al tangente de x, la función recíproca:
x = arctan y, >> x es el arco cuya tangente vale y, o x es igual al arco tangente de y.
NOTA: Es común, que las funciones recíprocas sean escritas de esta manera: x
=sin-1 y
(16)
𝜳𝒊 =𝟏
𝟐𝒂𝒓𝒄𝒕𝒂𝒏 ((
𝑳𝒊 − 𝟏
𝒇+
𝒘
𝟐𝒇) (
[𝑠𝑒𝑛𝜳𝒊 + 𝒔𝒆𝒏 𝜳𝒊]
𝒕𝒂𝒏 (𝟗𝟎 − Θs + ξ ) + 𝒄𝒐𝒔 𝜳𝒊 − 𝟏 + 𝒄𝒐𝒔 𝜳𝒊
− 𝟏) + (𝚯𝐬
𝟐))
Para la parte izquierda tenemos que el cálculo de L1;
(17)
𝑳𝒊 = ((𝑳𝒊 − 𝟏 +𝒘
𝟐) (
[𝑠𝑒𝑛𝜳𝒊 + 𝒔𝒆𝒏 𝜳𝒊]
𝒕𝒂𝒏 (𝟗𝟎 − Θs + ξ ) + 𝒄𝒐𝒔 𝜳𝒊 − 𝟏 + 𝒄𝒐𝒔 𝜳𝒊 − 𝟏))
45
Diagrama de proyecciones para la determinación del ancho del receptor plano.
rc = w cosβn + w senβn tanφ; ri = (f- w/2 senβn) (tanφ - tan (φ – ξ))
rd = (f+ w/2 senβn)+ (tan (φ – ξ) – tanφ)
Para cada uno de los espejos es posible observar que el valor de φ depende de su posición y la altura del foco, aplicando funciones trigonométricas reciprocas:
𝝋 = 𝒂𝒓𝒄 𝒕𝒂𝒏 (𝑳𝒏
𝒇) , sustituyendo el valor de este Angulo en las ecuaciones para
rc, ri, rd tenemos
𝒓𝒄 = 𝒘 𝒄𝒐𝒔 𝜷𝒏 + 𝒘 𝒔𝒆𝒏 𝜷𝒏 𝒕𝒂𝒏 (𝒂𝒓𝒄 𝒕𝒂𝒏 (𝑳𝒏
𝒇)
𝒓𝒊 = (𝒇 −𝒘
𝟐 𝒔𝒆𝒏 𝜷𝒏 ) ( 𝒕𝒂𝒏 (𝒂𝒓𝒄 𝒕𝒂𝒏 (
𝑳𝒏
𝒇) − 𝒕𝒂𝒏 ( 𝒂𝒓𝒄 𝒕𝒂𝒏 (
𝑳𝒏
𝒇) − 𝝃)
(18)
𝒓𝒅 = (𝒇 −𝒘
𝟐 𝒔𝒆𝒏 𝜷𝒏 ) ( 𝒕𝒂𝒏 ( 𝒂𝒓𝒄 𝒕𝒂𝒏 (
𝑳𝒏
𝒇) − 𝝃) − 𝒕𝒂𝒏 (𝒂𝒓𝒄 𝒕𝒂𝒏 (
𝑳𝒏
𝒇)))
46
Parámetros del concentrador secundario de no-imagen Cusp-CPC, de forma
general para este tipo de concentradores.
Ecuaciones resultantes al definir el colector auxiliar
(19)
𝒓
𝟐+ 𝒓𝒊 = 𝑹 𝒔𝒊𝒏 (
𝟑𝝅
𝟐− 𝜽𝒄 ) − (ᴘ𝒆) 𝒄𝒐𝒔 (
𝟑𝝅
𝟐− 𝜽𝒄)
(20)
𝒀𝒆 = −𝑹 𝒄𝒐𝒔 𝒔𝒊𝒏 (𝟑𝝅
𝟐− 𝜽𝒄 ) − (ᴘ𝒆) 𝒔𝒆𝒏 (
𝟑𝝅
𝟐− 𝜽𝒄)
(21)
𝑷𝒆 = 𝑹 (𝟐𝝅 − 𝒄𝒐𝒔 (
𝟑𝝅𝟐 − 𝟐𝜽𝒄)
𝟏 + 𝒔𝒆𝒏𝒐 (𝟑𝝅𝟐 − 𝟐𝜽𝒄)
)
𝒀𝒆 & 𝑷𝒆 parámetros del extremo de la curva del concentrador de no-imagen
Cusp-CPC.
Se debe hacer mención que los desarrollos de las ecuaciones para el dimensionamiento
del concentrador son diferentes en la literatura y depende del escenario o condiciones
propuestas (se tomó en cuenta la referencia de giro de los espejos reflectores), en esta instancia
se necesita auxiliarse de un software para realizar simulaciones sobre la configuración posible
de la estructura que dará mejor resultado en la concentración solar y por ende la mayor
generación de vapor saturado.
Nota aclaratoria:
47
Hasta aquí estamos en el punto de someterlo los resultados de fórmulas a través de un
software para equilibrar, modificar o restructurar los planteamientos matemáticos debido a que
la teoría y la práctica de diseño deben ser probadas, si se implementara este proyecto renovable
hibrido se diseñaría una aplicación informática capaz de modelar los escenarios adhoc variantes
que debemos conceptualizar para poder obtener en construcción lo calculado teniendo en
cuenta los costos de inversión y objetivos a cumplir.
Cabe mencionar que también existen empresas que venden ya soluciones completas por
tal motivo, el estudio dará las premisas a través de modelaciones resultando en la solución que
más se adapte, el concentrador lineal tipo fresnel estará diseñado de acuerdo a nuestra
propuesta de solución. Ver Anexos.
Ejemplo de configuración
Paramtros de Diseño de un CSTF Valores
Ancho de para superficies (cm) 10
Distancia focal (cm) 150
Espejos izquierdos n 8
Espejos derechos 9
Area de captacion (m2) 4
area de concentracion (m2) 0.35
Diametro del tubo absorbedor (cm) 2
Radio del tubo absorbedor (cm) 1
Diametro nominal para el tubo(cm) 2.3
Area de captacion real(m2) 3.5
Concentracion Geometrica Estimada 13.564
Concentracion Geometrica Real 12.479
48
Producción de vapor
La producción de vapor la realizamos a través de la recuperación de calor de los productos
de desperdicios o gases resultantes de los procesos industriales es con frecuencia una necesidad
tanto desde el punto de vista económico como por razones de contaminación del aire o del
agua.
El calor recuperable tiene su origen en los siguientes procesos:
a. El calor originado como parte de un proceso industrial.
b. El calor como subproducto de un proceso químico.
c. El calor que se obtiene de la combustión de desperdicios.
Las calderas que usaremos para nuestro caso pueden ser:
a. Calderas acuotubulares.
b. Calderas piro tubulares.
Escape de gases de los Motores
Para la recuperación del 30 % o 40 % del calor contenido en los gases de escape de los
motores se utilizan las calderas de tubos de agua de circulación forzada este porcentaje es
debido llega a su máximo aprovechamiento en operación normal para producir vapor, este
aprovechamiento se realiza a través de una válvula dámper que controlada de acuerdo a la
presión de vapor en el domo, sin embargo en los arranques se mantiene abierta a caldera un
20% y 80% a la chimenea para evitar choques térmicos. Al mismo tiempo un generador de vapor
operado en función del calor de los gases de escape sirve como silenciador de escape; a esta
caldera están conectados cuatro motores que se unifican en un solo punto para aprovechar la
energía contenida a través de un domo único.
Las calderas recuperativas en batería son utilizadas para la generar vapor para elevarle la
temperatura al fuel oíl para su transportación y tratamiento.
Esta caldera recuperativa está diseñada bajo los siguientes datos:
Productividad de 1000 kg/h.
Presión de trabajo 7 bar.
Temperatura del vapor saturado 169 grados Celsius.
49
Cantidad de gases de escape 53,200 kg/hr.
Temperatura de entrada de gases de escape de 295 grados celsius.
Temperatura de salida de gases de escape de 250 grados Celsius.
Cantidad de agua de alimentación es de 7 m3 /hr.
1 domo de 2 m3 .
Temperatura de diseño del domo 183.3 grados Celsius.
Válvula de seguridad a 9.8 bar.
En virtud del consumo de vapor debido al escenario operativo en planta en base a la
temperatura ambiental que determina la durabilidad del arranque en frio utilizando diésel,
tendremos la incidencia real de nuestra aplicación renovable a través del concentrador lineal
tipo fresnel.
Análisis Técnico Económico
Ahorro de combustibles
El consumo de combustible diésel para arranque de las baterías en diferentes escenarios
operativos de acuerdo al proceso de cambios que ha experimentado la matriz energética
nacional, que ha sido evidenciado con las oscilaciones del factor de planta en los últimos años,
este escenario ha generado un consumo diésel equivalente a 4.07 % del total de consumos de
combustibles fósiles(fuel oíl y diésel oíl), tomando el escenario más adverso por batería debido
a múltiples factores y desorden de algunas del variables del proceso , el consumo mayor de una
batería ha sido 3.56 % del total consumido en este periodo, equivalente a unos 5,700 Bbl de
diésel.
Los costos económicos por consumo de diésel oíl, de acuerdo a precio del golfo de México
que es nuestra referencia durante este periodo han representado un total de 600,000 dólares
americanos por batería (referente al 3.56% ).
Como seguimiento interno medimos el impacto de los consumos de diésel a nuestro
proceso a través de la ecuación de relación de arranque que dio como resultado de validaciones
de acuerdo a procedimiento y parámetros técnicos que podemos asumir bajo diferentes
50
escenarios operativos a través de un factor que está en un rango entre 1 a 1.3 con unidad de
medida adimensional.
A continuación, detallamos: ec.(22)
A través de esta ecuación damos seguimiento al comportamiento del factor de planta,
arranques, condiciones técnicas, condiciones ambientales, averías, calidad de combustibles,
rendimiento de planta etc…; el seguimiento operativo – técnico – económico da como resultado
que impacto pudiéramos tener si implementamos esta aplicación de origen renovable,
manejando ciertos criterios que han sido parte de nuestro proceso que a continuación se
detalla:
Condiciones para Consumo de Diésel - Nominal % Diesel Error absoluto (+ / -) %
Con Parámetros Operativos Mínimos 20 5
Escenarios Ambientales (Invierno), Sin parámetros Operativos
25 5
Estrategias Operativa (pruebas, Mantenimientos, Averías, etc…)
10 2
Porcentaje máximo a reducir por implementaciones aplicación renovable al proceso de arranque de GE. 40
-
TOTAL 100
CALCULO DE FACTOR DE ARRANQUE PARA BATERIAS
F# Ar Frío(A) x 95 + # Ar Frío(B) x 25 + # Ar Cero x 15 + # Ar Intermedio x
5+#Ar Interm. Modo Ind. X 3.5 + Minutos(Vacio) * 0.25 + # Par x 25 + # Par. Modo
Ind. X 5
Diesel Consumido F FA 1 ÷ 1,3
51
Ahorro ($) = 600,000 *0.40 (% estimado a reducir) = $ 240,000.
Según tabla anterior podemos observar que aspiramos a un 40 % de reducción de
consumo de combustibles Diésel que hubiera garantizado un ahorro por batería de 240,000
dólares americanos en los últimos cuatro años.
La producción de vapor estimada en ahorro en base al consumo diésel para lograr
parámetros operativos sobre la base del 40% que podemos sustituir equivale a 171 horas al 95%
de carga toda la batería, discriminando eventos operativos que no sean parte del proceso.
Calculo de producción de vapor bajo la premisa del 40 % que podemos incidir con 171
horas al 95 % de carga en motores:
CV = Prod. CV * Hr ec. (23)
Producción de vapor saturado (baja entalpia) = 171 horas *1000 kg/h
Producción de vapor saturado (baja entalpia) = 171,000 kg.
Producción de dióxido de carbono
El Ciclo del carbono es básico en la formación de las moléculas de carbohidratos, lípidos,
proteínas y ácidos nucleicos; pues todas las moléculas orgánicas están formadas por cadenas
de carbonos enlazados entre sí. Es un elemento químico de número atómico 6 y símbolo C. Es
sólido a temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación, puede
encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrópicas, carbono amorfo y cristalino en
forma de grafito o diamante. Este gas está en la atmósfera en una concentración de más del
0,03% y cada año aproximadamente un 5% de estas reservas de CO2 se consumen en los
procesos de fotosíntesis, es decir que todo el anhídrido carbónico se renueva en la atmósfera
cada 20 años. La vuelta de CO2 a la atmósfera se hace cuando en la respiración los seres vivos
oxidan los alimentos produciendo CO2. En el conjunto de la biosfera la mayor parte de la
respiración la hacen las raíces de las plantas y los organismos del suelo y no, como podría
52
parecer, los animales más visibles. Los productos finales de la combustión son CO2, vapor de
agua y carbono. El equilibrio en la producción y consumo de cada uno de ellos por medio de la
fotosíntesis hace posible la vida. Los vegetales verdes que contienen clorofila toman el CO2 del
aire y durante la fotosíntesis liberan oxígeno, además producen el material nutritivo
indispensable para los seres vivos. Como todas las plantas verdes de la tierra ejecutan ese
mismo proceso diariamente, no es posible siquiera imaginar la cantidad de CO2 empleada en la
fotosíntesis. En la medida de que el CO2 es consumido por las plantas, también es remplazado
por medio de la respiración de los seres vivos, por la descomposición de la materia orgánica y
como producto final de combustión del petróleo. En el ciclo del carbono participan los seres
vivos y muchos fenómenos naturales como los incendios. Los seres vivos acuáticos toman el
CO2 del agua. La solubilidad de este gas en el agua es muy superior a la del aire. El ciclo del
carbono (CO2) es la sucesión de transformaciones que sufre el carbono a lo largo del tiempo. Es
un ciclo biogeoquímico de gran importancia para la regulación del clima de la Tierra, y en él se
ven implicadas actividades básicas para el sostenimiento de la vida.
Calculo de CO2
Calculando la producción de CO2 de acuerdo a equivalencia IPCC_1996 que estableció 3.2
kg CO2 por kg de diésel, a continuación, se detalla:
Datos
factor de 1.9624839 lbs/lts
95,612 gal de Diesel (reducción correspondiente al 40 %) según estimaciones.
entonces
aplicando la ecuación
Ton.CO2 = (((cant. lts diésel * fc kg.CO2*kg. Diésel) /2.24lb/kg) /1000 kg/Ton)
Ton.CO2 = ((((95,612 ga4l*3.785lts/gal) * 1.9624839 lbs./lts)/2.24 lb./kg)/1000 kg/Ton)
Ton.CO2 = (((361,890 lt * 1.9624839 lbs./lts)/2.24 lb./kg)/1000 kg/Ton)
Resultado = 317.06 Ton.CO2,
53
El resultado permite valorar el impacto que producirá reducir el consumo de diésel en un
40 % y aplicarlo a su entorno, los cálculos son estimaciones, en la medida en que se pueda
mejorar, tendremos menos incertidumbre en cuanto a la exactitud de ellos.
La sociedad actual se desarrolla basada en la utilización y dependencia de los
combustibles fósiles que son los que mayor aporte hacen al deterioro del medio ambiente.
Sabemos que los números solo son una manera de interpretar la realidad y no son concluyentes,
el mayor peso está en la actitud responsable de todos y todas ante el cambio climático.
Impacto ambiental
Información General del Municipio
El Municipio de Nagarote pertenece al Departamento de León. Está ubicado al Sur del
departamento, a 50 Km. de la Ciudad de León y a 42 Km. de la Capital Managua. Al Norte limita
con el Municipio de La Paz Centro y el Lago de Managua (Xolotlán). Al Sur con el Municipio de
Villa Carlos Fonseca (Dpto. de Managua). Al Este con el Municipio de Mateare (Dpto. de
Managua) y al Oeste con el Océano Pacífico y el Municipio de León. Su extensión territorial es
de 598.38 Km2. Su altura aproximada es de 75.69 m.s.n.m.
Medio Abiótico
1. Clima
El clima predominante en la localidad es el de Sábana Tropical (Aw), el cual se
designa como Clima Caliente y Sub húmedo, con un período que va de ligeramente
húmedo a húmedo, y temperaturas que oscilan entre los 27.0ºC y los 30.8ºC.
2. Precipitación
La variabilidad de la precipitación de Nagarote se evidencia al comparar los
acumulados máximos mensuales de lluvia con los mínimos mensuales, en la gráfica se
presenta el comportamiento de las lluvias en el municipio.
El comportamiento mensual de la precipitación refleja que el máximo de
precipitación ocurre en el mes de septiembre (299.3 mm), y el mínimo en los meses de
enero y febrero (0.4 mm).
54
En Nagarote de los 365 del año 80 días registran lluvias mayores de 0.5 mm. El mes con
mayor cantidad de días con lluvia es septiembre (15.9). El máximo acumulado de precipitación
en 24 horas registrado en Nagarote es de 251.5 mm en septiembre, este evento máximo está
asociado al paso de eventos ciclónicos en áreas circundantes a Nagarote.
Evaporación
La zona de Nagarote cuenta con una alta tasa de evaporación media mensual; la
evaporación media anual es de 2764 milímetros. En la marcha mensual esta se incremente en
los meses de marzo y abril. En el caso de la Evapotranspiración Potencial (ETP), registra un
promedio anual teórico de 2248 mm, siendo los meses de abril y mayo los que registran la
mayor tasa de ETP.
Régimen Térmico
La temperatura media anual es de 28.8 º C, la temperatura más elevada se registra entre
marzo y abril, con valores que oscilan entre 30.1 ºC y 30.8 ºC, coincidiendo con el final del
período seco. En los meses de septiembre y octubre ocurre una disminución significativa de la
temperatura media, alcanzando valores de 27.7 °C y 27.4 °C, estos son los meses más lluviosos
del año.
Humedad Relativa
El comportamiento de la marcha media anual de la Humedad Relativa, muestra que los
valores máximos de humedad están en los meses de septiembre y octubre; produciéndose una
disminución en los meses de julio y agosto, para aumentar nuevamente en los meses de
septiembre y octubre.
Insolación
Para Nagarote se determinó que el promedio anual de insolación es de 7.4 horas,
ocurriendo los máximos valores de insolación en el período seco (noviembre - abril),
presentándose la mayor cantidad de horas de luz solar en los meses de febrero y marzo con un
valor de 9.5 horas y décimas; los mínimos valores de insolación se registran en junio,
observándose valores de 5.9 horas de luz solar.
55
Nubosidad
El comportamiento medio anual de la nubosidad es de 4 octas. Los máximos de nubosidad
se presentan durante los meses del período lluvioso (mayo y noviembre).
Al iniciarse el período seco (noviembre), la nubosidad comienza a disminuir hasta alcanzar
un valor promedio de 3 octas de diciembre a abril.
Radiación
El promedio anual de radiación solar en Nagarote es de 5.0 W/m² * día. Los máximos
anuales de radiación tienen lugar en el mes de marzo y el mínimo, se presentan en los meses
del período lluvioso, con valores de radiación que varían entre 3 y 5 W/m² * día. En el mes de
julio, la radiación en la zona de estudio sufre un aumento alcanzando un valor de 5.75 W/m²*
día.
Presión Atmosférica
Las oscilaciones anuales de este elemento tienen poca amplitud, ya que sus valores
oscilan entre 1009.1 hPa y 1011.9 hPa, o sea una amplitud de 2.8 hPa, como variación extrema
media anual.
Viento
Se puede observar que el flujo predominante es del Este, seguido del Noreste y Sureste,
respectivamente. La velocidad media para cada uno de estos rumbos es de 3.8 m/s, 3.6 m/s y
3.9 m/s, respectivamente lo que de alguna manera indica la influencia del viento Alisios del Este
- Noreste y de la Zona de Convergencia Intertropical, que afecta en los meses de septiembre y
octubre, durante los cuales el número de casos de viento con dirección Sureste supera a los de
componente Noreste y Este.
La afectación ambiental es mínima tomando en cuenta que la transformación de energía
solar en vapor utilizaríamos medios que esta no afectan con desechos, ni contaminan al medio
ambiente , sin embargo como seria instalado en una planta eléctrica el impacto ambiental y
visual pasaría a formar parte del mismo, hemos ahondado que como va ser una aplicación
hibrida será complemento de la planta eléctrica, por tal motivo exponemos que la mayor
incidencia será en operación por lo tanto se describe así:
56
Etapa de Operación
Aire
Este es el factor ambiental mayormente impactado durante la etapa de operación. La
operación de motores generara constante ruido y la combustión de hidrocarburos para la
generación eléctrica, constantes emisiones de gases y partículas a la atmosfera. Por lo tanto, el
impacto directo será por las emisiones de CO, SO2, NOX y PM10. El ruido generado afectara
únicamente a las infraestructuras humanas más cercanas, aumentando los decibeles dentro y
fuera de vivienda, siendo mayor dentro de vivienda debido a que las mismas poseen una mala
infraestructura.
Suelo
Tras la etapa de construcción, el suelo queda protegido con una capa impermeable y un
sistema de drenaje artificial que redirige las aguas a su nuevo destino. El suelo donde queda
montado el proyecto no sufrirá más cambios, únicamente la filtración de aguas en el terreno de
obras se verá limitado. Los niveles de riesgos de contaminación de suelos adyacentes estarán
en dependencia de las operaciones en la planta.
Los suelos donde se infiltrarán las aguas residuales de proceso recibirán aportes en trazas
de sales provenientes de los químicos utilizados en el tratamiento de las aguas para proceso.
Este componente es de poco impacto debido a las cantidades de químico a utilizarse, y a la
distribución en el suelo y consumo por la biota adyacente.
Agua
La extracción de agua de pozo para procesos de la planta y las descargas de aguas
residuales, serán los componentes que afecten directamente a este factor ambiental. Las aguas
residuales aportaran contaminantes de proceso tales como grasas y aceites, trazas de sales
proveniente de PTQA y sólidos suspendidos. Estos contaminantes serán de baja cantidad ya que
se contará con un sistema de tratamiento de aguas residuales STAR. Se estima que las trazas de
contaminantes evacuadas en la etapa de proceso sean mayormente absorbidas por el medio
biótico. También las aguas sanitarias serán tratadas en sistemas de tanques sépticos.
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Biota
A este punto la única afectación de importancia en la fauna, es el stress causado por el
ruido y leves afecciones por contaminación de los gases de combustión. El hábitat en si se verá
afectado, mas no se estima de mucha importancia debido a que se trata de una zona
mayormente de ámbito pecuario.
Infraestructura
En sí, la operación de la planta implica una nueva infraestructura generadora de energía,
lo cual es un aporte de importancia en el ámbito social y económico. Sin embargo, también
incurre en generación de desechos, para lo que se deberá establecer vertederos adecuados para
los mismos. Un vertedero de desecho, refiere también a una zona contaminada por los mismos,
por ello este refiere a un impacto negativo.
El sistema de transporte tendrá una mayor presión, lo que en si refiere a una mínima
importancia ya que el sistema está bien equipado para transporte pesado y continuo. Por otro
lado, es una zona de muy baja densidad poblacional y con pocas infraestructuras sociales o
industriales.
Población y Economía
Para la puesta en operación de la planta, se requería contratación de personal para
puestos laborales fijos. Además, la energía generada y los requerimientos de insumos, implican
un movimiento en la economía que generará nuevos empleos fijos y temporales alrededor del
municipio. Todo esto será inyección positiva de importancia en la población y su economía.
Por otro lado, los gases generados pueden influir en leves molestias a los pobladores
locales, ya sea por la disminución de la calidad del aire, la disminución del recurso agua, como
por stress que se pueda generar en el ganado o el forraje. No se espera significativos impactos
negativos en la economía a causa de la operación de la planta.
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Conclusiones y Recomendaciones
El objetivo principal que se planteó para el trabajo fue el estudio preliminar para reducir
el consumo de combustibles en arranque de una batería utilizando una aplicación por medio de
un concentrador solar lineal de sistema Fresnel, que cubriera los requisitos de concentración y
funcionamiento para proyectarse como una solución a la producción de calor de baja entalpia
o de baja temperatura muy usado en nuestro proceso industrial actual, para ello se debía
cumplir con otros objetivos particulares que a lo largo del trabajo se desmenuzaron y se
lograron explicar al detalle. Para el cumplimiento de los objetivos se llevaron a cabo varias
etapas. Primero se dio una visión general del contexto global de la demanda de energía y del
potencial de la energía solar como fuente de producción de energía primaria y como suministro
de calor de procesos industriales en diferentes países industrializados, se expuso a través de
mediciones en diferentes sitios, el potencial, el estado incipiente de las aplicaciones y las áreas
de oportunidad. Bajo este marco se abordaron las tecnologías de concentración solar, en
especial el tipo que interesa a este trabajo y en específico representa el objeto y razón de
respaldo al tema de esta tesis: el concentrador lineal tipo Fresnel (Concentrador Lineal Tipo
Fresnel) como se mencionó en gran parte del texto. Con esa idea general se desarrollaron los
conceptos involucrados para lograr comprender los fenómenos que participan en el proceso de
obtención de calor a través de concentración de energía solar y las exigencias del Concentrador
Lineal Tipo Fresnel.Con estos fundamentos se desarrolló una metodología inicial matemática
para el dimensionamiento de este tipo de concentradores o colectores, se realizó bajo la
consigna de establecer un dimensionamiento basado en el giro de los espejos con eje de
rotación a la mitad de estos, se necesita retomar esta idea y planteamiento para diseñar la
creación de un programa informático para el dimensionamiento que daría un nuevo aporte
tecnológico para el desarrollo y dimensionamiento de estos colectores, ya que en las literaturas
consultadas no se encontró esta metodología para dimensionar teniendo que basarnos en
principios matemáticos y conocimiento de energía solar aprendidos en esta etapa.
También realizamos un análisis técnico financiero sobre el ahorro estimado de
combustible diésel en los arranques de baterías que como resultados una viabilidad técnica real
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debido a modelaciones basadas en estadísticas y experiencias del proceso actual donde
tenemos muchos años recopilando datos que son concluyentes. Adicionalmente obtendremos
ahorros de costos de OyM relacionado a disminución de mantenimientos en calderas
recuperativas, ahorro de químicos, energía (forma macro); incrementos de rendimientos,
mejores condiciones operativas en los arranques de las baterías ya que adicionalmente
tenemos la oportunidad de calentar agua que está contenida en los grupos electrógenos
motores, que evitaría los choques térmicos cuando arrancamos los grupos electrógenos.Así
mismo denotamos que ayudaría a bajar la producción de CO2 en 317 Ton CO2, por batería esto
asegura un impacto ambiental real que dependerá del factor de planta, según ocurran los
cambios en la matriz energética nacional. La producción de vapor saturado será conectada a
tuberías satélites de calentamiento de tuberías y a tanques de servicio de 5 m3 que
garantizarían menores costos en los arranques esto garantizaría su aprovechamiento a una
temperatura baja con presiones de al menos 4 bar.
Tomando en cuenta los siguientes resultados:
Ahorro económico (por mantenimiento, consumo de Diesel, químicos, incremento
de rendimiento, ambiental, extensión de vida útil de G.E. choques térmicos).
Reducción de emisiones CO2.
Impacto ambiental.
Beneficio Social (sostenido, no altera su entorno ya que se acopla al medio donde se
instalarán).
Ahorro energético interno.
Mantiene y propicia un despacho económico (valor de Mwh trasladado a la tarifa
eléctrica) evitando adendas a contratos etc…).
Capacitaciones al personal de Operación y mantenimiento.
De acuerdo los resultados de pre factibilidad se sugiere realizar la factibilidad completa
para realizar implementación en todas las baterías para su mejor aprovechamiento,
visionándose posibles cambios en su estructura cuando se analice de forma total para una
planta.
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Nomenclatura y glosario de términos
A través de este pequeño glosario propongo un conjunto de definiciones breves y
sintéticas de conceptos que, aunque bien conocidos, a veces se han descrito de formas muy
diferentes. También he querido actualizar algunos conceptos ya que la definición tradicional no
se ha adaptado a los medios y métodos que manejamos actualmente.
Grupo Electrógeno Un grupo electrógeno es una máquina que mueve un generador
eléctrico a través de un motor de combustión interna.
Factor de Planta Es el cociente entre la energía real generada por la eléctrica durante
un período (generalmente anual) y la energía generada si hubiera
trabajado a plena carga durante ese mismo período, conforme a los
valores nominales de las placas de identificación de los equipos. Es
una indicación de la utilización de la capacidad de la planta en el
tiempo.
RCMS (Remote Control and Monitoring System)/ Sala de Control y
Monitoreo Remoto: Es el lugar donde se opera todo el
emplazamiento y el enlace con el despacho de carga nacional.
WTU (Water Treatment Unit)/ Planta de tratamiento de Agua: Garantiza
las características físico-químicas del agua que demanda el proceso.
El tratamiento principal al agua es la osmosis inversa a una presión
entre 12 y 13 bar para separar los iones de Ca y Mg.
MDU (Main Diésel Unit) / Motor - generador: Está conformado por un
motor Hyundai diseñado para consumir fuel oíl como combustible
y el generador eléctrico Himsen de 1.7 MW. Los motores del
conjunto generador estacionario Hyundai - Himsen H21/32 tiene un
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diseño simple y ligero adecuado para la aplicación estacionaria con
alta confiabilidad y alto rendimiento.
HTU (Heavy Fuel oíl Treatment Unit) / Unidad de Tratamiento de
Combustible Pesado y Aceite: Proporciona combustible depurado,
con presión y viscosidad necesaria para ser quemado
eficientemente en el motor. El HTU aporta la sustancia de trabajo
de los motores a una viscosidad de 18 Cst con una temperatura
entre 140 y 155 oC.
ETU (Electric Unit) / Unidad de Control Eléctrico: Sincroniza los cuatro
motores; pasa la energía producida por el motor a la línea de
transmisión. Contiene en lo fundamental, transformadores,
cargador de baterías, paneles interruptores y una barra conectada a
los cuatro MDU que componen una batería
Caldera Recuperativa Está recupera los gases de escape del motor para producir vapor
necesario para el tratamiento (calentamiento) del bunker y aceite
principalmente para trasiego, combustión y purificación. La caldera
de los emplazamientos en contenedores, se denominan
recuperadoras, debido a que para calentar el agua y producir vapor
utiliza los gases de escape de los motores que, en forma de calor,
antes se tiraban a la atmosfera sin aprovecharse.
ACIMUT Angulo formado entre una línea y un meridiano normalmente nos
referimos con este término a la orientación geográfica; en este caso,
la primera línea sería la proyección sobre el plano XY del vector
perpendicular al terreno en el punto problema
ALBEDO Fracción de la radiación incidente que es reflejada por una
superficie
puede variar entre los límites teóricos de 0 (no reflexión, absorción
total) y 1(reflexión total); el albedo de la Tierra en su conjunto es
aproximadamente 0.3.
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Concentrador Solar Tipo de colector solar capaz de concentrar la energía solar en un
área reducida, aumentando la intensidad energética. Similar a una
lupa enfocando su luz en un punto, los concentradores reflejan la
luz solar por medio de un arreglo de espejos alineados hacia un
objetivo capaz de captar dicha energía para su aprovechamiento.
Lente de Fresnel El físico francés Augustin-Jean Fresnel, es un diseño que permite la
construcción de lentes de gran apertura y una corta distancia sin el
peso y volumen de material que debería usarse en una lente de
diseño convencional. Fue inventada en 1822 y probada por primera
vez al año siguiente en el faro.
Vapor Saturado Como se indica en la línea negra en la parte superior de la gráfica,
el vapor saturado se presenta a presiones y temperaturas en las
cuales el vapor (gas) y el agua (liquido) pueden coexistir juntos. En
otras palabras, esto ocurre cuando el rango de vaporización del
agua es igual al rango de condensación.
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Referencias bibliográficas
Módulos de Maestría de Energías Renovables y medio Ambiente, 2da edición
Universidad Nacional Autónoma de Nicaragua, Leon.
Universidad Complutense de Madrid.
Universidad de El Salvador, El Salvador.
Física 1; páginas 172 a 183; Santillana Polimodal; Buenos Aires; año 1999.
http://es.wikipedia.org
Directrices del IPCC para los inventarios nacionales de gases de efecto invernadero, versión revisada en
1996, Volumen 2
A thermodynamic concentration solar power plant in the Pyrénées-Orientales The French
Department for Ecology, Sustainable Development and Energy has given CNIM the green light for its
project of building and operating for a period of twenty years a thermodynamic concentrator
www.cnim.com/en/current-events.aspx
On the working of a thermodynamic solar power plant based on Fresnel technology (tilting flat
mirrors that follow the sun’s path, concentrating its rays onto an absorber tube where water and/or
steam circulate).http://www.cnim.com/centrale-solaire-conception-construction.aspx
One-Care CNIM’s pre-industrial demonstrator:
http://www.cnim.com/resources/fichiers/cnim_fr/CP_eCARE_160412_Web.pdf
http://www2.ademe.fr/servlet/doc?id=82730&view=standard
On CNIM’s thermodynamic concentration solar power pilot plant installed at its site at La Seyne-
sur-Mer, which has been operational for the past two years.
http://www.cnim.com/archives-actualites.aspx
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Anexos A
A continuación, se presentan imágenes de concentradores tipo fresnel en diferentes
partes del mundo pudiéndose notar que es una tecnología en crecimiento. En el futuro podría
cambiar, cambiando también ligeramente la forma y elementos y dimensiones de acuerdo a
necesidades de la innovación y requerimientos de aplicaciones.
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