Trabajo Minado Subterraneo

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PERÚ

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL Y MECÁNICA

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS

MINADO SUBTERRÁNEO

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN - ENERGÍA SOLAR TÉRMICA - ENERGÍA HIDRÁULICA - ENERGÍA DE LA BIOMASA ALUMNOS: * Aguirre Amao Gabriel Joel * Castro Medina Juan Francisco * Fernandez Caceres Fabricio * Flores Valles José Luis * Medina Huamachuco Jason DOCENTE: Ing. LOAYZA DIAZ JOSUE

AREQUIPA – PERÚ

2019

Caso Práctico: Energía Solar Térmica Ejercicio 1: Manejo de HE4 contribución solar mínima de ACS Según HE4, calcula los litros de agua caliente a 60 °C que determinaran el consumo de un edificio de 4 alturas con tres viviendas por planta y 4 dormitorios cada vivienda. El edificio está ubicado en un pueblo de Málaga, donde no existe Ordenanza Solar Municipal que aumenta la demanda exigida en el CTE. Determina igualmente el porcentaje mínimo de esa demanda debería cubrir con energía solar térmica o con otra fuente renovable.

SOLUCIÓN -

Calcula los litros de agua caliente a 60 °C que determinaran el consumo de un edificio de 4 alturas con tres viviendas por planta y 4 dormitorios cada vivienda. El edificio está ubicado en un pueblo de Málaga. Edificio de 04 alturas

# Viviendas = 3 por piso 3

# Dormitorios = 4 por vivienda 4

Suposición 01 persona por dormitorio 12 personas por piso

3

4

12 personas por piso

3

4

12 personas por piso

3

4

12 personas por piso

Total de Viviendas = 12

Total de Dormitorios = 48

Total de personas en el edificio = 48

Criterio de demanda Litros ACS/día a 60° C Viviendas Unifamiliares 30 x persona Total Litros ACS/día a 60° C = 1440

N° de personas 48

-

Determina igualmente el porcentaje mínimo de esa demanda debería cubrir con energía solar térmica o con otra fuente renovable. Debido a la Contribución Solar Mínima, es la fracción entre los valores anuales de la energía solar aportada exigida y la demanda energética anual, obtenidos a partir de los valores mensuales. Por cada zona climática y diferentes niveles de demanda de agua caliente sanitaria (ACS) a una temperatura de referencia de 60 °C, la contribución solar mínima anual, considerándose los siguientes casos: a.

GENERAL: suponiendo que la fuente energética de apoyo sea gasóleo, propano, gas natural, u otras. Para el caso de Málaga, pertenece a la Zona Climática IV : 60.

Demanda Total de ACS del edificio (l/d) 50 -5.000

b.

Contribución Solar Mínima en % - Caso General Zona Climática I II III 30 30 50

IV 60

V 70

EFECTO JOULE: suponiendo que la fuente energética de apoyo sea electricidad mediante efecto Joule. Para el caso de Málaga, pertenece a la Zona Climática IV : 70.

Contribución Solar Mínima en % - Caso Efecto Joule Demanda Total de ACS Zona Climática del edificio (l/d) I II III IV 1.000 -2.000 50 63 70 70

V 70

Ejercicio 2: Dimensionado para ACS según el CTE Se plantea calcular el número de colectores necesarios, para cumplir con la exigencia de cobertura solar mínima para ACS según la HE4 del CTE vigente en España. Se pide este cálculo para un edificio de nueva construcción situado en Toledo que cuenta con tres alturas, tres viviendas por planta y 3 dormitorios/vivienda. La inclinación de la cubierta es de 20° y se encuentra desviada con respecto al sur (azimut) 30° y la superficie está completamente libre de sombras en todo momento del año. Suponer temperatura de la red de abastecimiento media de 10.3 °C Se empleara un colector de placa de 2.5 m 2 de superficie útil cuyos parámetros para el cálculo de rendimiento son: -

No : 0.76rendimiento óptico del colector. k : factor global de perdidas térmicas = 0.45 w/ m2 k Ecuación de rendimiento: n = no x 0.94 – k x (Tm – Ta) / I

SOLUCIÓN -

Se pide este cálculo para un edificio de nueva construcción situado en Toledo que cuenta con tres alturas, tres viviendas por planta y 3 dormitorios/vivienda. Edificio de 03 alturas

# Viviendas = 3 por piso 3

# Dormitorios = 3 por vivienda 3

Suposición 01 persona por dormitorio 09 personas por piso

3

3

09 personas por piso

3

3

09 personas por piso

Total de Viviendas = 09

Total de Dormitorios = 27

Total de personas en el edificio = 27

NÚMERO DE OCUPANTES DEL EDIFICIO DE 03 PISOS Como hemos dicho anteriormente disponemos de 09 viviendas unifamiliares a las cuales hay que suministrar ACS. Cada una de estas viviendas está compuesta por tres dormitorios. Por tanto, el número total de personas a las que debemos suministrar ACS según el CTE será: N° de habitantantes = 27

3 pisos x 3 viviendas/piso = 9 viviendas en total 9 viviendas en total x 3 total de dormitorios = 27 dormitorios en total

Utilizamos un ¨K¨ - Factor de Simultaneidad = 1, debido a que la superficie está libre de sombras durante todo el año.

Me dan un Captador de Placa Plana, de 2,5 m 2, lo más parecido a este Captador de Placa Plana, es el Captador ¨DANOSA DS25S¨, con dimensiones de: 1.85 x 2.114 de dimensiones.

-

Calcular el número de colectores necesarios, para cumplir con la exigencia de cobertura solar mínima para ACS según la HE4 del CTE vigente en España. Con los datos del problema, y mediante la resolución en el software ¨www.konstruir.com¨, se estimó que el número de colectores a utilizar es de 6.

PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE POR MEDIO DE ENERGÍA SOLAR CTE DB-HE-4 Cálculos de superficie de captación para la producción de agua caliente sanitarias, con el objetivo de cumplir con la contribución marcada por la fracción solar mínima establecida en el CTE. DATOS DE LAS CARACTERISTICAS DEL CONSUMO La tipología de edificio es: Viviendas unifamiliares El edificio dispone de: 9 viviendas con 3 dormitorios, para lo que el CTE establece 4 personas por vivienda. Con lo que nos resulta un número de 36 personas. Con un consumo previsto de 30 litros por persona. La Temperatura de utilización prevista es de 10,3 °C. Al ser la temperatura de utilización distinta de 60º, compensamos la demanda con la siguiente formula: D (10,3ºC) = D (60ºC)x[(60-12)/(10,3-12)] Demanda corregida (10,3ºC) =-720 litros por persona. Consumo total = -25920 litros por día. DATOS GEOGRÁFICOS Provincia Latitud de Cálculo Zona Climática

TOLEDO 40° IV

Los porcentajes de utilizacion a lo largo del año previstos son:

% de ocupación

ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SEP

OCT

NOV

DIC

74,5

92,1

129

134

151

160

172

160

132

109

80,2

70

CÁLCULO DE LA DEMANDA DE ENERGIA

DATOS RELATIVOS AL SISTEMA

Se hace un cálculo de pérdida por orientación con respecto a Sur a través de la formula por = 3,5 * 10^-5 * a^2. Se hace un cálculo del valor de pérdidas por inclinación del captador, diferente a la óptima (la latitud 40 °C), a partir de una media ponderada de los valores de pérdida por inclinación comparados con la orientación óptima. Los datos de pérdida por inclinación sobre una superficie horizontal se han extraído de las tablas Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones de Baja Temperatura del IDAE. Contienen datos en intervalos de 5º, por ello nos calculan pérdidas en función a ese incremento.

Caso Práctico: Energía Hidráulica Ejercicio 1: Se tiene una central de pie de presa con un embalse de 50 Hm3, localizada en un punto de un rio de la cuenca norte de España. La superficie de la cuenca es de 200 km2, con una precipitación media de 1.200 mm y un coeficiente de escorrentía de 0.6. El salto medio a lo largo del año, considerando la carrera de embalse, es de 80 m. El salto neto de diseño es de 100 m. La aportación no aprovechada por vertidos es del 10 % y se requiere aguas abajo un caudal ecológico de 1 m3/s. Este caudal puede ser aprovechado con un grupo geológico. El rendimiento de las turbinas en ambas centrales es del 91 % el del generador de 95 % y el del transformador de 99 %. El punto de entrega de la energía se encuentra a 5 km de distancia, por lo que es necesario construir una línea media tensión que presenta unas pérdidas del 0.3 % por kilómetro línea.

SOLUCIÓN a)

POTENCIA EN EL EJE DE LA TURBINA. Con un rendimiento de 0,91, y en condiciones normales, resultara la potencia: N = (1000 * 1m3/s * 100m * 0.91)/75 N = 122 CV POTENCIA EN EL GENERADOR: N = (1000 * 1m3/s * 100m * 0.95)/75 N= 127 CV POTENCIA DEL TRANSFORMADOR: N = (1000* 1m3/s*100m*0.99)/75 N = 132 CV

b) EL PORCENTAJE DE APROVECHAMIENTO Y CAUDAL MEDIO APROVECHADO Y NÚMERO DE GRUPOS (TURBINA FRANCIS) ADECUADO PARA LA CENTRAL A PIE DE PRESA. Número de grupos ¨2¨: U1 = 0.46*√2 ∗ 9.81 ∗ 80 U1 = 51% U2 = 2.94√80 U2 = 24.2m/s

N = 60*24.2/100*10.64 N = 15.44 para una turbina Francis. c)

LAS HORAS DE FUNCIONAMIENTO A PLENA CARGA (SUPONIENDO UN SALTO MEDIO Y RENDIMIENTOS CONSTANTES). Para obtener el rendimiento de un motor de 2 HP, multiplicaremos 2 x 0,736 (1 HP = 0,736 kW) y dividiremos el resultado por el consumo instantáneo puntual, suponiendo que este es de 1.7 KW, tendría un rendimiento del 86,5 %. 2 x 0,736 x 100/1.7 = 86,5 % Para conocer el gasto eléctrico de un motor de inducción en función del tiempo, hay que multiplicar el consumo instantáneo en KW por 0,736; por el tiempo de funcionamiento en horas y dividir el resultado por el rendimiento con un rendimiento estimado en un 86,5 %, funcionando 10 horas ininterrumpidamente consume un total de 14,4 kW. 1,7 x 0,736 x 10/0.865 = 14,4 kW Se puede calcular el aumento de consumo de este motor si en lugar de un rendimiento del 86,5% fuese solo del 65 %, tendríamos un incremento del consumo de 0.56 kWh para realizar el mismo trabajo. Suponiendo que funciona durante 2horas al día, en un año la diferencia sería de 408,8 KW consumidos de más innecesariamente. Dc = 0.736 * 2 * ((100/65) - (100/86.5)) = 0.56

0.56 * 2 * 365 = 408.8 kw

d) LA ENERGÍA EN EL GENERADOR, EN EL TRANSPORTADOR Y LA ENERGÍA ENTREGADA A LA RED. E = 50 * 100/409 E = 12.22 Egwh Equivalente Energético = 100/409 = 0.24 kwh/m3 e) LA POTENCIA Y PRODUCCIÓN DEL GRUPO ECOLÓGICO. P (kw) = 1000kg/m3 * 9.81 * 1 * 100 * 0.91 * 0.95/1000 P (kw) = 848 kw

EJERCICIO 2: Se tiene una central hidroeléctrica fluyente de una potencia instalada de 50 Mw, con una turbine que presenta un rendimiento del 92% y un generador con un rendimiento del 97 %.El rio que abastece dicha central tiene un Q (medio) = 60 m3/s, debido a una precipitación media en la región de 600 mm y una escorrentía del 0.4. La captura de agua se realiza con un pequeño azud situado a 200 m sobre el nivel del mar, después se hace conducir por un canal rectangular de hormigón de 5m de alto por 12 m de ancho, dejando una altura libre de agua de 0.5 m. La longitud del canal es de 2.5 km con una pendiente del 0.01 %. Las perdidas localizadas por la toma y las rejas son de 1 m. A continuación el agua se conduce por dos tuberías forzadas de acero durante 500 m, en donde el agua circula a una velocidad de 5 m/S. El cambio de sección del canal a la tubería genera pérdidas localizadas de 0.5 m.

SOLUCIÓN a)

AREA DE APORTACIÓN HIDRICA CENTRAL Área = 2.5km2 * 10^6 = 2500000 m2

b) LA VELOCIDAD DEL AGUA EN EL CANAL, LAS PERDIDAS TOTALES DEL CANAL Y EL CAUDAL DEL CANAL. A = 12 + 6/2 * 5 = 45 m2 P = 6 + 12 + (5.03 * 2) = 28.06 V = 1.49/0.014 * (45/28.06)^2/3 * 0.01^1/2 V = 14.58 D =√4 ∗

60 3.1416∗5

D = 3.91 m PÉRDIDAS TOTALES DEL CANAL: Hf = (10.665*60^1.85/120^1.852) * (500/3.91^4.8705) Hf = 1.91 m.c.a c)

PÉRDIDAS TOTALES DE LA TUBERÍA Y DE LA INSTALACIÓN. Hl = (0.2*5^1.85/2*98) Hl = 0.20 H Total= 1.91 + 0.20 H Total = 2.11 m.c.a

PRESIÓN HIDROSTÁTICA: 23 + 35 + 2.11 = 60.11 m.c.a. d) SALTO NETO, BRUTO Y NIVEL DE RESTITUCIÓN. H= 8.92/9.81* 60 H= 15 de Salto Neto Hb= 200 + 15 Hb= 215 de Saldo Bruto e) LA POTENCIA A LA SALIDA DE LA TURBINA Y EL TIPO DE TURBINA ADECUADA Pw = 60 * 9.81 * 60.11 Pw = 35380.75 w Turbina de Pelton, sería la adecuada debido al grafico de ¨ESCHER WYSS¨:

Caso Práctico: Energía de la Biomasa La cogeneración de la electricidad y el calor para uso en agua caliente o calefacción es una forma muy interesante de gestionar residuos industriales forestales, agroalimentarias, agropecuarias, etc. Cada vez son más los ejemplos de industrias que utilizan los propios residuos de su actividad para generar energía eléctrica y térmica que emplean en la propia industria o que en el caso de electricidad, inyectan parcialmente a la red. El aprovechamiento de huesos de aceituna, cascaras de arroz, madera de aserradero, purines, restos de cerveza, etc., para generar energía es una línea de trabajo muy interesante y que cada vez abarca más sectores. Se pide que el alumnado investigue en internet o publicaciones especializadas y haga un pequeño resumen de alguna de estas industrias, que aplican la cogeneración con materias generadas en su actividad. No se pide el estudio de empresas generadoras de electricidad o calor utilizando Biomasa no producida en la industria (centrales de biomasa por combustión de paja, vertederos, etc.). El trabajo deberá recoger entre otros puntos: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Denominación Ubicación Actividad Principal Residuo empleado para cogeneración Potencias y energías eléctricas y térmicas Tecnologías empleadas Breve descripción de los procesos de cogeneración (no de la actividad principal de la industria). Conclusiones y comentarios personales

1.

DENOMINACIÓN El nombre de Cogeneración, distingue en específico a aquel procedimiento mediante el cual un Ciclo Combinado es capaz de generar energía de vapor y energía térmica, por medio de la realización de cualquier actividad y el agente combustible (fósil o renovable), con el empleo de energía en su desarrollo. Es decir la recuperación del calor residual generado por la combustión en una planta de generación de electricidad, la cual en su mayoría habría sido liberada al medio ambiente (desperdiciada), de esta manera se hubiera desperdiciado una gran parte de la energía la cual se hubiera aprovechado. Lo más importante que hay que tener en cuenta en cuanto a la cogeneración, es que si se desea maximizar todos aquellos beneficios que se derivan de esta, los sistemas deberán basarse en la demanda de calor por medio de su aplicación, esto quiere decir; que ya sea quien lo requiera como un edificio, fabrica industrial hasta incluso una ciudad. Agroindustrias San Jacinto S.A.A. en una primera instancia realizo la construcción de una “Mejora del Sistema de Utilización en Media Tensión 13.8 kV¨, todo esto realizado en el centro poblado San Jacinto, distrito de Nepeña, provincia del Santa, departamento de Ancash. En una primera instancia su meta era el incremento dela cobertura del servicio eléctrico y su mejora técnica y económica. Esto se llevó a cargo por la empresa Hidrandina S.A. que intervenía como parte fiscalizadora y corroboraba que el proyecto a desarrollarse era factible, como Incremento de Potencia del Cliente Agroindustrias San Jacinto. Hoy en día está liderado por la empresa San Jacinto S.A.A., miembro del Grupo Gloria, quien estará a cargo de la operación. El proyecto de cogeneración, cubre los siguientes objetivos: -

Minimización del coste energético en su proceso productivo, por alto rendimiento en la utilización de la energía térmica y eléctrica generada por la planta, y así reduciendo el consumo de energía con el fin de mejorar también su competitividad. Asegurarse una mayor seguridad de suministro eléctrico, y mejorar la situación actual ya que el nuevo sistema podrá mantener el suministro ante fallos de la red exterior aprovechando su capacidad de autogeneración.

-

2.

UBICACIÓN La planta de cogeneración estará ubicada al interior de la Fábrica San Jacinto, asimismo, la red de media tensión recorre las calles del Pueblo San Jacinto, ubicado en el departamento de Ancash (Perú). Los datos climatológicos más importantes de la zona son: -

3.

Altura sobre el nivel del mar: 200 m. Rango de temperaturas: de +10 °C a +40 °C. Temperatura media referencia: 15 °C. Humedad relativa media: 80 %. Velocidad máxima del viento: 80 km/h.

ACTIVIDAD PRINCIPAL Agroindustria San Jacinto S.A.A. es una empresa dedicada al cultivo, transformación e industrialización de la caña de azúcar y de sus derivados; azúcar, alcohol, melaza y bagazo. Está ubicada a 405 km al norte de Lima y a 45 km de la ciudad de Chimbote, en la provincia de Santa, distrito de Nepeña, Región Áncash. Esta azucarera, con alto potencial de desarrollo, posee una propiedad mayor a las nueve mil hectáreas, de las cuales están cultivadas más de cinco mil, su molienda diaria sobrepasa las 3,200 toneladas y su producción de azúcar supera las 320 toneladas por día.

Ejerce gran influencia agrícola en los valles de Santa y Casma, donde promueve el cultivo de caña de azúcar por sembradores particulares. 4.

RESIDUO EMPLEADO PARA COGENERACIÓN SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE BAGAZO: El bagazo es el subproducto o residuo de la molienda de la caña de azúcar, en él permanecen el jugo residual y la humedad provenientes del proceso de extracción. El bagazo producido, que equivale aproximadamente a una tercera parte de la caña molida, se utiliza como combustible para la generación de vapor y potencia eléctrica, el poder calorífico promedio es de 8 350 BTU por libra de bagazo seco libre de ceniza, pero el bagazo nunca está libre de ceniza; en el caso de un bagazo con 52% de humedad y 15% de ceniza (sobre la base de materia seca) el valor calorífico es 3 357 BTU por libra de bagazo húmedo, el poder calorífico real del bagazo quemado en la parrilla depende de la humedad presente. Forman también parte de este sistema los equipos complementarios e instalaciones necesarias para cerrar los circuitos de gases de escape, agua, vapor y condensados. En términos generales son: -

5.

Tanque de agua de alimentación de caldera y desareador. Bombas agua alimentación caldera (dos de reserva). Bombas agua alimentación al desareador (dos de reserva). Conductos de gases y chimeneas. Tuberías de interconexión entre los diferentes equipos. Válvulas de maniobra, control y seguridad. Instrumentación local para medida y seguridad. Aislamiento térmico. Cuadro de control

POTENCIAS Y ENERGÍAS ELÉCTRICAS Y TÉRMICAS SISTEMA GENERADOR DE VAPOR: Este sistema está constituido principalmente por dos generadores de vapor y por los sistemas auxiliares relacionados con los circuitos de agua y vapor.  SOBRE CALENTADOR: Cada presión de vapor saturado tiene su temperatura correspondiente, el calor añadido al vapor seco a presión constante se conoce como sobrecalentamiento y da como resultado una mayor temperatura, el sobrecalentamiento se da cuando el vapor saturado sale del domo superior de la caldera y es conducido a un banco de tuberías en donde el vapor absorbe mayor cantidad de energía por radiación y convección. Las ventajas del vapor sobrecalentado son: -

El trabajo puede realizarse a través de sobrecalentamiento antes de que tenga lugar la condensación. Este periodo de trabajo realizado con vapor seco elimina los efectos corrosivos y agresivos del condensado, se incrementa la eficiencia de caldera, una temperatura constante del vapor sobrecalentado se requiere ya que la turbina de vapor está diseñada para trabajar a 900°F de vapor a la cual trabaja con mayor eficiencia.

 PRE CALENTADOR DE AIRE: Su finalidad es calentar el aire de admisión de la combustión; el calor que se recupera de los gases recicla al hogar junto con el aire de combustión y cuando se agrega a la energía térmica liberada por el combustible, se convierte en energía disponible.

El uso de aire precalentado para la combustión acelera la ignición y fomenta una combustión rápida y completa del combustible. Las ventajas que se son: -

Incremento en la producción de vapor de la caldera. Aprovechamiento del calor que de otra forma se perdería, lo que significa aumento del rendimiento de la unidad generadora de vapor o economía del combustible.

SISTEMA ELÉCTRICO DE MEDIA TENSIÓN 13.8KV: La incorporación del nuevo turbogenerador consiste, en su vertiente eléctrica, en alternador de 27 125 KVA, este alternador síncrono genera a 13.8 kV y estará conectado a dos transformadores de 10 000 kVA que lo separará de la red y de relación 13.8/4.16 kV. A nivel general las instalaciones comprenden: Zona de turbina -

Alternador 27 7125 kVA - 13.8 kV. Aparellaje a 13.8 kV, propio de turbogenerador (transformadores de tensión y corriente, para protección, medida y sincronismo). Cabina de medida de generación a 13.8 kV. Transformadores 10 000 kVA 13.8/4.16 kV. Malla de puesta a tierra de la red interior de 13.8 kV. Transformador reductor de servicios auxiliares 3 000 kVA 4.16/0.46 kV. Cables de potencia a 8.7/15 kV  Baterías de c.c. a 125 V. Cables de control.

SISTEMA ELÉCTRICO DE MEDIA TENSIÓN 4.16KV: Este sistema tiene la finalidad proporcionar alimentación en baja tensión (460 V, 60 Hz, 3F, neutro aislado) a los consumos propios de la nueva central de cogeneración (motores eléctricos, cuadros de control, alumbrado, etc.) desde la salida del transformador de servicios auxiliares de 3 000 kVA, se alimentará el cuadro de distribución de los equipos e instalaciones de la central de cogeneración que se detallan a continuación.

6.

TECNOLOGÍAS EMPLEADAS SISTEMA TURBOGENERADOR A VAPOR: El sistema está constituido por un turbogenerador a vapor, formado básicamente por una instalación hidráulica, reductor de velocidad, generador eléctrico, intercambiadores de calor. El grupo se completará con una serie de sistemas auxiliares, quedando configurado el conjunto como sigue: -

Reductor: Modelo RTS 630, Tipo Engranes / ejes paralelos, Potencia 22 537 kW. Giro Lento: Tipo Eléctrico, Potencia 22 000 kW. Baja Velocidad: Tipo Duro, Rotación 1,800 rpm. Bomba de Aceite Principal. Bomba de Aceite Auxiliar. Bomba de Aceite de Emergencia. Intercambiador de Calor: Construcción Doble / casco-tubos vertical. Filtro de Aceite: Construcción Tipo cesta-doble. Escape Niebla: Modelo W 50, Número 12612-1, Potencia 1.5 CV. Tanque de Aceite: Capacidad 9 500 litros. Válvula Reductora de Presión: DN 80, Presión antes de la válvula (g) 8 bar g. Válvula Controladora de Presión (Alívio): DN 150, Presión antes de la válvula (g) 10 bar g.

7.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS DE COGENERACIÓN (NO DE LA ACTIVIDAD PRINCIPAL DE LA INDUSTRIA). La planta de cogeneración estará preparada para poder funcionar en continuo las 24 horas del día durante el total anual previsto, efectuándose paros únicamente por mantenimiento preventivo y averías eventuales. En cualquier caso, se intentará realizar el máximo de mantenimientos en las horas de parada de fábrica, optimizándose así el tiempo de explotación. Puesta en marcha. Está previsto que el turbogenerador pueda realizar el arranque sin tensión de red, así pues, existen dos posibilidades de puesta en marcha de la cogeneración. El procedimiento habitual de puesta en marcha de la central, con tensión de red, requiere como paso previo las siguientes condiciones básicas: -

El interruptor de red HVX debe estar cerrado (tiene que haber tensión de red). Disponibilidad de vapor a la presión prevista (superior a 42 barg). Debe haber alimentación a la central de cogeneración a 460 V, a través del transformador de servicios auxiliares. VD4 debe estar abierto, y la compuerta del bypass de gases debe estar abierta a la atmósfera y cerrada la conexión hacia la caldera. No debe existir anomalía en ningún sistema externo (combustible, eléctrico, aire comprimido, generador vapor, etc.) cuya acción de seguridad sea una orden de paro sobre el turbogenerador.

ÁREA PRINCIPAL DE COGENERACIÓN La planta de cogeneración propiamente dicha se va a ubicar en el área junto al turbogenerador existente. Se mantendrá el espacio de vial que marcan las fachadas de la sala de generación anterior. A su vez se puede observar la distribución según la función de cada sala. Se distinguen las siguientes: -

Zona intemperie para el conjunto turbogenerador y generador de vapor. Edificio de una sola planta para salas técnicas: control, electricidad y taller-almacén. Recintos de transformadores anexos el edificio anterior.

Subestación Eléctrica: Situada cerca de la sala de generación, se encuentra esta subestación que también es el centro de entrega de Agroindustrias San Jacinto S.A.A. a 13.8kV y 4.16kV. Para albergar en su interior las nuevas las cabinas eléctricas que son parte integrante de la conexión, protección y medida de cogeneración. Central de Energías Actual: Situada cerca de la sala de generación, consta de varias salas donde se concentran los principales servicios energéticos: calderas de vapor, grupo electrógeno, compresores de aire comprimido, etc. Interconexiones: Los principales puntos de interconexión entre las diferentes zonas donde se encuentran equipos relacionados con la planta de cogeneración y la fábrica son, según su tipología: Interconexiones eléctricas: -

Electricidad MT 13.8kV, 4,16kV, con cable N2XSY por bandejas entre la ampliación de la Subestación y la sala eléctrica en el área de cogeneración. Electricidad y control, por el mismo trazado que el anterior.

-

-

8.

Electricidad BT 460 V, con cables THW por bandeja desde la sala de baja tensión de la cogeneración hasta los cuadros de alimentación segura (lado grupo electrógeno) de S.S.A.A. Comunicación con el sistema de supervisión general, mediante cable de red, desde los sistemas de control de la planta de cogeneración.

CONCLUSIONES Y COMENTARIOS PERSONALES  Conclusiones La Cogeneración es la forma más eficaz y eficiente de emisión de energía, debido al empleo de energía en el desarrollo de una actividad. La Cogeneración optimiza el suministro de energía a todo tipo de consumidores con múltiples beneficios ya sea para los usuarios o la sociedad en general. La Cogeneración, me permite la reducción de las emisiones al medio ambiente (CO2 – Gas de Efecto Invernadero), contribuyendo a la mitigación del cambio climático. La Cogeneración me permite tener ahorro de costos, con mayor competitividad para usuarios industriales y comerciales. El avance es posible para tener mejores formas más descentralizadas de generación eléctrica, mediante la mayor eficiencia energética, evitando perdidas de transmisión y aumentando la flexibilidad del uso del sistema. Gran impacto en la generación de empleo (campo laboral) por el desarrollo de la Cogeneración. Es una oportunidad para aumentar diversidad de las plantas de generación y su competencia en el mercado. Permite aportar los principales beneficios, como lo son: económicos, sociales y ambientales. La Cogeneración por medio de la utilización del calor la eficiencia de planta de cogeneración puede estar hasta en un 90 %, con un ahorro de energía del 15 % 40 %, a su contraparte de las centrales y calderas que todos conocemos. 

Comentarios Personales Aun después de que la Cogeneración ya haya tenido un gran avance en lo que es Europa Occidental, EEUU y Canadá, en lo que respecta a más de 30 años de su uso exclusivo en la obtención de energía eléctrica y térmica de manera exclusiva para empresa y entidades en las que este tipo de energía se requiere, hoy en día esto ya no es solamente usados por ellas, sino para el uso diario común de las personas, quienes cuentan con pequeñas fuentes de energía y de regeneración en sus hogares, este caso es muy visto ahora en lo que es Japón y Australia, de esta manera reducen el incremento económico de pagar por otra fuente de energía, aspectos sociales y la más significativa que es la de carácter ambiental con la mitigación del cambio climático. Países en vías de desarrollo con el Perú están empezando a realizar el proceso de utilización de la Cogeneración, con la creación de centrales que sean capaces de generar energía de vapor y energía térmica, por medio de la realización de cualquier actividad y el agente combustible (fósil o renovable), con el empleo de energía en su desarrollo. A tal motivo la recuperación del calor residual generado por la combustión en una planta de generación de electricidad, caso específico de ¨Agroindustrias San Jacinto S.A.A.¨.

Caso Práctico: Energía Solar Fotovoltaica Ejercicio 01 Se quiere diseñar una instalación fotovoltaica autónoma, a 48 V DC, para el suministro eléctrico de una vivienda, en corriente alterna. Los paneles están situados con orientación sur e inclinación 34° que, si bien no es la óptima para una instalación autónoma en la península, permite su colación sencilla sobre el tejado de dicha vivienda. Se dispone de los siguientes datos medios mensuales de radiación diaria incidente sobre la superficie de trabajo. Están expresados en kWh/m2 día: Ene 4,04

Feb 4,62

Mar 5,56

Abr 5,73

May 6,17

Jun 6,35

Jul 6,55

Ago 6,25

Sep 5,86

Oct 5,12

Nov 3,83

Dic 3,73

La demanda eléctrica que se suministrara se determinara a partir de la siguiente tabla de equipamiento y horas de uso. Se supone consumo constante durante todo el año: N.° uds. 10 2 1 1 1 1 1 TOTAL

Tipo Luminarias Luminarias TV Radio PC Microondas Frigorífico

Potencia (W AC) 18 2 50 20 80 600 100 Sumatoria Potencia (W AC) = 870 W AC

Horas/día 3 8 2 3 2 0,25 4

Consumo diario (W.h/día) Potencia (W AC) x Horas/día = 540 Potencia (W AC) x Horas/día = 32 Potencia (W AC) x Horas/día = 100 Potencia (W AC) x Horas/día = 60 Potencia (W AC) x Horas/día = 160 Potencia (W AC) x Horas/día = 150 Potencia (W AC) x Horas/día = 400 Sumatoria (W.h/día) / 1000 = 1442 Wh DC / 1000 Consumo Diario = 1.442

Nota. Se estima una eficiencia de inversor de 0,9. Las características técnicas básicas de los paneles, de 24 V nominales, son: Concepto P NOM, panel I SC I PMP V OC V PMP N° células (serie x paralelo) Dimensiones 1.

Valor 150 Wp 4,7 A 4,35 A 43,2 V 34,6 V 72 x 1 1.,590 x 790 x 39,5 mm

Estimar la energía diaria demandada, Ldm y la potencia máxima, ambas en continua. L dm (DC) P max, INV (DC)

0.7851 Wh/día W 𝑳𝒅𝒎,𝑨𝑪 𝑳𝒅𝒎 = 𝑳𝒅𝒎,𝑫𝑪 + 𝜼𝑰𝑽𝑵 𝟎. 𝟖𝟕𝟎 𝟏. 𝟒𝟒𝟐 = 𝑳𝒅𝒎,𝑫𝑪 + 𝟎. 𝟗 𝑳𝒅𝒎,𝑫𝑪 = 𝟎. 𝟒𝟕𝟓𝟑 𝑾𝒉/𝒅í𝒂

2.

¿Cuál es el periodo de diseño de la instalación? ¿Cuáles son los valores de radiación y consumo de partida del diseño? Periodo de Diseño G dm L dm

3.

Determinar la potencia nominal del generador fotovoltaico y su configuración serie x paralelo, asumiendo un factor de seguridad FSG = 1,3. N SERIE N PARALELO P NOM, G

4.

Wp

Determinar la capacidad útil y nominal del acumulador que se va a instalar, en A.h., para cuatro días de autonomía y una profundidad máxima de descarga del 80%. C útil, B C NOM, B N vasos 2V

5.

kWh/m2día kWh/día

Ah Ah

Determinar la corriente máxima en continua si todos los equipos estuvieran operando al mismo tiempo. 𝐼𝑚𝑎𝑥, 𝐷𝐶 =

Ejercicio 02 Se pide dimensionar una instalación fotovoltaica para el abastecimiento de suministro eléctrico de un refugio de pescadores ubicado en la Serranía de Cuenca que se encuentra abierto de marzo a octubre. Los paneles se instalaron sobre la cubierta con una inclinación de 30° y azimut de 20 °. Calcular el número de paneles necesarios, la capacidad de los acumuladores, el tipo de amperaje de regulador y la potencia del inversor para satisfacer todo el año el 100% (dimensionar para el peor de los meses) de las necesidades de electricidad según las siguiente estimación de consumos diarios: Se emplearan paneles monocristalinos de 200 Wp de potencia, 12 v y 8 amperios y el sistema trabaja a 12v. Los acumuladores serán baterías de plomo-ácido con una profundidad de descarga de 60%. Para el cálculo de rendimiento se emplearan los valores Kb, Ka, Kc, y Kv comentados en el módulo para un inversor sensoidal puro.      

Kb s coeficiente perdidas baterías, 0,05. Ka autodescarga diaria, 0,005. Kc rendimiento del convertidor, 0,2. Kv pérdidas diarias, 0,15. N número días autonomía, 4. Pd profundad de descarga, 0,6.

Se consideran cuatro días de autonomía a la hora de dimensionar el sistema de acumulación.

No existirá conexión a la pared principal de electricidad, por lo que se considerara una instalación fotovoltaica aislada. Elementos

Unidades

Potencia (W)

Pot. Max. Instantánea

Horas consumo/día

Energía consumo (Wh/día)

Luz led Equipo de emergencia Pequeños electrodomésticos Cargador

10 1

20 80

200 80

5 1

Factor simultaneidad (%) 60 100

1

500

500

3

100

2

15

30

1

100

Energía necesaria (Wh/día)