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RESUMEN EJECUTIVO

El uso de las energías renovables ha venido a disminuir, el uso de los combustibles fósiles como fuente de obtención de energía. El suministro de energía a partir de fuentes diversificadas y seguras, de forma económicamente admisible y ambientalmente compatible, resulta esencial para la implementación de la práctica del desarrollo sostenible de un país. En ese sentido, este proyecto contribuye con el requerimiento de un cuidadoso equilibrio entre los aspectos sociales, económicos y ambientales. Su implementación contribuye a la reducción del impacto económico que ocasionan los combustibles importados en la economía nacional, así como la reducción de  emisiones de CO2 que contribuye a los gases de efecto invernadero, como consecuencia el cambio climático y los SO2 y los NOX que originan la lluvia acida.

El incremento de concentraciones atmosférica de CO2  como consecuencia del empleo de combustibles fósiles, tiene una contribución en el incremento del efecto invernadero natural existente en el mundo. Por ello, se hace necesaria y urgente la reducción de las emisiones de este gas, presente de forma natural en la atmósfera.

El desesarrollo del proyecto pretende potenciar el uso de la energía solar, utilizando paneles solares de tubos de vacio como fuente de energía renovable como una forma de sustituir los combustibles fósiles utilizados en calderas por energía más limpia y segura para el medio ambiente. Tomando en consideración el, las reducciones de las emisiones Mecanismo de Desarrollo Limpio estipulado en el protocolo de Kyoto sobre las y la sustitución de combustible importado, el proyecto se enmarca dentro de objetivos de las leyes de Incentivos a las Elegías Renovables y la de Competitividad y Innovación Industrial, dentro de una estrategia de contribuir a la sostenibilidad y la competitividad del aparato productivo nacional. En ese sentido, la Escuela de la Ingeniería Química de la UASD, cuya esencia es la aplicación  de  Ingeniería de Procesos para la identificación de mejoras que contribuyan a la innovación y competitividad, cumple con su objetivo de aportar a sector productivo nacional.

I. INTRODUCCIóN

Este proyecto inicia como una alternativa para el uso de la energía solar y el potencial  para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, por el uso de combustible fósil en calderas para evaporar agua y ser utilizada posteriormente en el proceso de produccion Halka Industrial.

Para realizar el proyecto se tomó como opción la disponibilidad de la energía solar en el país. Para su la realización se enfocó la atención sobre la investigación en las tecnologías existentes para convertir la energía solar en energía térmica. Se llegó a la conclusión que la mejor opción debido a la mayor eficiencia que presentan la constituían los llamados paneles solares de tubo de vacío, por los que estos fueron la tecnología seleccionada para la ejecución del proyecto.

1.1-OBJETIVOS

Ø

Objetivo general

Reducir los costos de operación de Halka Industrial y promover el uso de la energía solar en los procesos industriales para la sustitución de combustibles fósiles importados que impactan la economía nacional y contribuir a la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero.

Objetivos Específicos

  • Presentar el presente proyecto para la obtención del titulo de Ingeniero Químico
  • Introducir la transferencia de tecnología en la para el aprovechamiento de la radiación solar a través de paneles les solares  de tubos de vacío para el calentamiento de agua usada en el proceso Halkada Industrial
  • Oporurtunidad para aplicar a los incentivos previstos en las leyes de Incentivos a las Energias Renovables y de la Innovación y Competitividad Industrial
  • Aplicación del Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) del Protocolo de Kyto para aplicar a los bonos de carbono por la reducción de emisiones de combustibles fósiles.

1.2-JUSTIFICACIóN

La energía solar es sin duda la fuente de toda la vida en el planeta tierra es la responsable de todos los ciclos de la naturaleza, la responsable del clima, del movimiento del viento, del agua y del crecimiento de las plantas Y la más económica. Las energías renovables son una realidad que precisa de una constante demanda de profesionales cualificados debido al auge en la utilización de tecnologías limpias.

La energía solar es la energía producida por el sol y que es convertida a energía útil por el ser humano, ya sea para calentar algo o producir electricidad (como sus principales aplicaciones).

El aprovechamiento de esta energía, para calentamiento de agua, con un sistema de paneles solares de tubos de vacío puede reducir las emisiones de gases contaminantes grandemente.

1.3-APORTACIóN

  • Reducción de los costos de operación de Halka Industrial
  • Contribución a la reducción de gases de efecto invernadero
  • Reducción del uso de combustible fósil importado.
  • Innovación en el uso de energía de energía limpia procedentes de recursos locales Económicamente rentables.
  • Incremento en la eficiencia del proceso de producción de Halka Industrial.

1.4-ANTECEDENTES

Las energías renovables han constituido una parte importante de la energía utilizada por los humanos desde tiempos remotos, especialmente la solar, la eólica y la hidráulica. La agua y las disposiciones constructivas de los edificios para aprovechar la del sol, son buenos ejemplos de ello.

Con el invento de la motores térmicos y eléctricos, en una época en que el todavía relativamente escaso consumo, no hacía prever un agotamiento de las fuentes, ni otros problemas ambientales que más tarde se presentaron.

Hacia la década de energías limpias, y por esta razón fueron llamadas energías alternativas. Actualmente muchas de estas energías son una realidad, no una alternativa, por lo que el nombre de alternativas ya no debe emplearse.

Según la Comisión Nacional de Energía española, la venta anual de energía del Régimen Especial se ha multiplicado por más de 10% en España, a la vez que sus precios se han rebajado un 11%.

En España las energías renovables supusieron en el año 2005 un 5,9% del total de energía primaria, un 1,2% es eólica, un 1,1% hidroeléctrica, un 2,9 biomasa y el 0,7% otras. La energía eólica es la que más crece.

II. MARCO TEóRICO

2.1-FUNDAMENTO DE LA ENERGíA SOLAR

Existen dos formas principales de utilizar la energía solar, una como fuente de calor para sistemas solares térmicos. La otra como fuente de electricidad para sistemas solares fotovoltaicos. En este proyecto vamos a trabajar con la energía solar térmica como una fuente de calor.

La energía solar térmica se debe a la transformación de la energía radiante solar en calor o energía térmica. La energía solar térmica se encarga de calentar el agua en forma  directa alcanzando temperatura que oscila entre los 40  y 50 gracias a la utilización de paneles solares. El agua se calienta, la cual es almacenada para su posterior consumo: calentamiento de agua de usos industriales, calentamiento de agua de proceso, calefacción de espacios, calentamiento de piscinas, secaderos, refrigeración etc.

La energía solar térmica utiliza la energía que recibimos del sol para calentar un fluido.

2.2-MECANISMO DE DESARROLLO LIMPIO(MDL)

El objetivo del MDL es que las naciones industrializadas inviertan en proyectos para disminuir las emisiones en los países en desarrollo a fin de compensar las que no lograron reducir en su propio territorio. Este mecanismo permite proyectos de reducción de emisiones entres países industrializado y países en desarrollo. Por medio de este mecanismo una entidad o gobierno de un país industrializado invierte en un proyecto de reducción de emisiones en un país de desarrollo. A cambio el país industrializado recibe Certificados de Reducción de Emisión (CER).

2.3-BENEFICIO DE PARTICIPAR EN UN PROYECTO MDL

Entre los beneficios que se le otorgan por participar en un proyecto MDL están:

  1. El MDL puede proporcionar ingresos adicionales en forma De CER al proyecto, el cual puede ser económicamente viable con el uso.
  2. El MDL contribuirá al uso de energías renovables en lugar del uso de las energías no renovables, lo cual contribuye a la seguridad energética de un país
  3. El uso de algunas de las tecnologías de reducción de emisión podrá incrementar la productividad mediante el logro de ahorro de energía y materias primas.
  4. Aplicación de tecnologías de reducción de emisión de GHGs mediante el MDL puede ser también una medida de solución de varios asuntos de contaminación ambiental.

2.4-BONOS DE CARBONO

Los bonos de carbono son un mecanismo internacional de descontaminación para reducir las emisiones contaminantes al medio ambiente; es uno de los tres mecanismos propuestos en el Protocolo de Kioto para la reducción de emisiones causantes del calentamiento global o efecto invernadero (GEI o gases de efecto invernadero).

El sistema ofrece incentivos económicos para que empresas privadas contribuyan a la mejora de la calidad ambiental y se consiga regular la emisión generada por sus procesos productivos, considerando el derecho a emitir CO2 como un bien canjeable y con un precio establecido en el mercado. La transacción de los bonos de carbono —un bono de carbono representa el derecho a emitir una tonelada de dióxido de carbono— permite mitigar la generación de gases invernadero, beneficiando a las empresas que no emiten o disminuyen la emisión y haciendo pagar a las que emiten más de lo permitido.

Las reducciones de emisiones de GEI se miden en toneladas de CO2 equivalente, y se traducen en Certificados de Emisiones Reducidas (CER). Un CER equivale a una tonelada de CO2 que se deja de emitir a la atmósfera, y puede ser vendido en el mercado de carbono a países Anexo I (industrializados, de acuerdo a la nomenclatura del protocolo de Kyoto). Los tipos de proyecto que pueden aplicar a una certificación son, por ejemplo, generación de energía renovable, mejoramiento de eficiencia energética de procesos, forestación, limpieza de lagos y ríos, etc.

En un esfuerzo por reducir las emisiones que provocan el Protocolo de Kyoto. Para cumplir se están financiando proyectos de captura o abatimiento de estos gases en países en vías de desarrollo, acreditando tales disminuciones y considerándolas como si hubiesen sido hechas en su territorio.

Sin embargo, los críticos del sistema de venta de bonos o permisos de emisión, argumentan que la implementación de estos mecanismos tendientes a reducir las emisiones de CO2 no tendrá el efecto deseado de reducir la concentración de CO2 en la atmósfera, como tampoco de reducir o retardar la subida de la temperatura. Según el estudio de Wigley, 2050, o reducirá la temperatura predicha para ese año en 0,06ºC, o sino retrasará la fecha en que debería cumplirse el aumento dicho en 16 años.

2.5-IMPACTO AMBIENTAL

Se entiende como el efecto que produce una determinada acción humana sobre el medio ambiente en sus distintos aspectos. El concepto puede extenderse, con poca utilidad, a los efectos de un fenómeno natural catastrófico. Técnicamente, es la alteración de la acción antrópica o a eventos naturales.

Las acciones humanas, motivadas por la consecución de diversos fines, provocan efectos colaterales sobre el medio natural o social. Mientras los efectos perseguidos suelen ser positivos, al menos para quienes promueven la actuación, los efectos secundarios pueden ser positivos y, más a menudo, negativos. La Declaración de Impacto ambiental (DIA) es la comunicación previa, que las leyes ambientales exigen bajo ciertos supuestos, de las consecuencias ambientales predichas por la evaluación.

2.6-PROTOCOLO DE KIOTO

El Protocolo de Kioto sobre el cambio climático[] es un acuerdo internacional que tiene por objetivo reducir las emisiones de seis gases provocadores del azufre (SF6), en un porcentaje aproximado de un 5%, dentro del periodo que va desde el año 2008 al 2012, en comparación a las emisiones al año 1990. Por ejemplo, si la contaminación de estos gases en el año 1990 alcanzaba el 100%, al término del año 2012 deberá ser del 95%. Es preciso señalar que esto no significa que cada país deba reducir sus emisiones de gases regulados en un 5%, sino que este es un porcentaje a nivel global y, por el contrario, cada país obligado por Kioto tiene sus propios porcentajes de emisión que debe disminuir.

El protocolo de Kioto sobre el cambio climático es un acuerdo internacional por objetivo reducir  las emisiones de seis gases provocadores del calentamiento global: Dióxido de carbono (CO2), gas metano (CH4) y oxido nitroso (N20), además de tres gases fluorados: Hidrofluorocarbonos (HFC), Per

III. FUENTES DE ENERGíA

3.1-ENERGíA ALTERNA

3.1.1-CONCEPTO APLICADOS A LAS FUENTES DE ENERGíA

Una energías o fuentes energéticas actuales, ya sea por su menor efecto contaminante, o fundamentalmente por su posibilidad de renovación.

El consumo de energía es uno de los grandes medidores del progreso y bienestar de una sociedad. El concepto de "crisis energética" aparece cuando las fuentes de energía de las que se abastece la sociedad se agotan. Un modelo económico como el actual, cuyo funcionamiento depende de un continuo crecimiento, exige también una demanda igualmente creciente de energía. Puesto que las fuentes de energía fósil y nuclear son finitas, es inevitable que en un determinado momento la demanda no pueda ser abastecida y todo el sistema colapse, salvo que se descubran y desarrollen otros nuevos métodos para obtener energía: éstas serían las energías alternativas.

En conjunto con lo anterior se tiene también que el abuso de las energías convencionales actuales hoy día tales como el capa de ozono.

La discusión energía alternativa/convencional no es una mera clasificación de las fuentes de energía, sino que representa un cambio que necesariamente tendrá que producirse durante este siglo. Es importante reseñar que las energías alternativas, aun siendo renovables, también son finitas, y como cualquier otro recurso natural tendrán un límite máximo de explotación. Por tanto, incluso aunque podamos realizar la transición a estas nuevas energías de forma suave y gradual, tampoco van a permitir continuar con el modelo económico actual basado en el crecimiento perpetuo. Es por ello por lo que surge el concepto del Desarrollo sostenible.

3.1.2

-

DESARROLLO SOSTENIBLE

El desarrollo sostenible

se basa en las siguientes premisas:

  • El uso de fuentes de energía renovable, ya que las fuentes siglo XXI.
  • El uso de fuentes limpias, abandonando los procesos de fisión nuclear.
  • La explotación extensiva de las fuentes de energía, proponiéndose como alternativa el fomento del autoconsumo, que evite en la medida de lo posible la construcción de grandes infraestructuras de generación y distribución de energía eléctrica.
  • La disminución de la demanda energética, mediante la mejora del rendimiento de los dispositivos eléctricos (lámparas, etc.)
  • Reducir o eliminar el consumo energético innecesario. No se trata sólo de consumir más eficientemente, sino de consumir menos, es decir, desarrollar una conciencia y una cultura del ahorro energético y condena del despilfarro.
  • La producción de energías limpias, alternativas y renovables no es por tanto una cultura o un intento de mejorar el medio ambiente, sino una necesidad a la que el ser humano se va a ver abocado, independientemente de nuestra opinión, gustos o creencias.

3.1.3-CLASIFICACIóN

Las fuentes renovables de energía pueden dividirse en dos categorías: contaminantes.

No contaminantes

:

  • El Sol: energía solar.
  • El viento: energía eólica.
  • Los ríos y corrientes de agua dulce:

    energía hidráulica.
  • Los mares y océanos:

    energía mareomotriz.
  • El calor de la Tierra:

    energía geotérmica.

  • Las olas:

    energía mareomotriz.
  • La llegada de masas de agua dulce a masas de agua salada

    : energía azul.

Las contaminantes

:

Se obtienen a partir de la materia orgánica o transesterificación y de los residuos urbanos.

Las energías de fuentes renovables contaminantes tienen el mismo problema que la energía producida por combustibles fósiles: en la combustión emiten fotosíntesis. En realidad no es equivalente la cantidad absorbida previamente con la emitida en la combustión, porque en los procesos de siembra, recolección, tratamiento y transformación, también se consume energía, con sus correspondientes emisiones.

Además, se puede atrapar gran parte de las emisiones de CO2 para alimentar cultivos de microcarbón activado.

También se puede obtener energía a partir de los gas natural y de dióxido de carbono.

3.2- DIVISIóN DE LAS FUENTES DE ENERGíA

Las fuentes de energía se pueden dividir en dos grandes subgrupos: permanentes (renovables) y temporales (no renovables).

3.2.1-NO RENOVABLES

Los combustibles fósiles son recursos no renovables: no podemos reponer lo que gastamos. En algún momento, se acabarán, y tal vez sea necesario disponer de millones de años de evolución similar para contar nuevamente con ellos. Son aquellas cuyas reservas son limitadas y se agotan con el uso. Las principales son la carbón).

3.2.2-ENERGíA FóSIL

Los plancton marino acumuladas en el fondo del mar. En ambos casos la materia orgánica se descompuso parcialmente por falta de oxígeno y acción de la temperatura, la presión y determinadas bacterias de forma que quedaron almacenadas moléculas con enlaces de alta energía.

La energía más utilizada en el mundo es la energía fósil. Si se considera todo lo que está en juego, es de suma importancia medir con exactitud las reservas de combustibles fósiles del planeta. Se distinguen las "reservas identificadas" aunque no estén explotadas, y las "reservas probables", que se podrían descubrir con las tecnologías futuras. Según los cálculos, el planeta puede suministrar energía durante 40 años más (si sólo se utiliza el petróleo) y más de 200 (si se sigue utilizando el carbón). Hay alternativas actualmente en estudio: la energía fusión nuclear.

3.2.3-ENERGíA NUCLEAR

El núcleo atómico de elementos pesados como el reactor nuclear.

Una consecuencia de la actividad de producción de este tipo de energía, son los radiactividad.

3.2.2-RENOVABLES O VERDES

El sol, origen de las energías renovables.

Actualmente, están cobrando mayor importancia a causa del agravamiento del balanza comercial que esa adquisición representa.

3.2.2.1-POLéMICAS

Existe cierta polémica sobre la inclusión de la energía hidráulica (a gran escala) como energías verdes, por los impactos medioambientales negativos que producen, aunque se trate de energías renovables.

El estatus de desechos nucleares cuya eliminación no está aún resuelta. Según la definición actual de "desecho" no se trata de una energía limpia.

3.2.2.2-ENERGíA HIDRáULICA

La energía potencial acumulada en los saltos de agua puede ser transformada en energía eléctrica. Las centrales hidroeléctricas aprovechan la energía de los ríos para poner en funcionamiento unas turbinas que mueven un generador eléctrico.

3.2.2.3-BIOMASA

La formación de biomasa a partir de la energía solar se lleva a cabo por el proceso denominado fotosíntesis vegetal que a su vez es desencadenante de la cadena biológica. Mediante la fotosíntesis las plantas que contienen clorofila, transforman el dióxido de carbono y el agua de productos minerales sin valor energético, en materiales orgánicos con alto contenido energético y a su vez sirven de alimento a otros seres vivos. La biomasa mediante estos procesos almacena a corto plazo la energía solar en forma de carbono. La energía almacenada en el proceso fotosintético puede ser posteriormente transformada en energía térmica, eléctrica o carburantes de origen vegetal, liberando de nuevo el dióxido de carbono almacenado.

3.2.2.4-ENERGíA SOLAR

Figura 3. Concentradores Solares

Estos temperatura en el receptor.

Figura 4. Paneles solares

Los energía eléctrica.

La energía solar es una fuente de vida y origen de la mayoría de las demás formas de energía en la Tierra. Cada año la radiación solar aporta a la Tierra la energía equivalente a varios miles de veces la cantidad de energía que consume la humanidad. Recogiendo de forma adecuada la paneles solares.

Mediante centrales térmicas solares se utiliza la energía térmica de los colectores solares para generar electricidad.

Se distinguen dos componentes en la radiación solar: la radiación directa y la radiación difusa. La radiación directa es la que llega directamente del foco solar, sin refracciones intermedias. La difusa es la emitida por la bóveda celeste diurna gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y refracción solar en la atmósfera, en las nubes, y el resto de elementos atmosféricos y terrestres. La radiación directa puede reflejarse y concentrarse para su utilización, mientras que no es posible concentrar la luz difusa que proviene de todas direcciones. Sin embargo, tanto la radiación directa como la radiación difusa son aprovechables.

Se puede diferenciar entre receptores activos y pasivos en que los primeros utilizan mecanismos para orientar el sistema receptor hacia el Sol -llamados seguidores- y captar mejor la radiación directa.

Una importante ventaja de la energía solar es que permite la generación de energía en el mismo lugar de consumo mediante la integración arquitectónica. Así, podemos dar lugar a sistemas de generación distribuida en los que se eliminen casi por completo las pérdidas relacionadas con el transporte -que en la actualidad suponen aproximadamente el 40% del total- y la dependencia energética.

Las diferentes tecnologías fotovoltaicas se adaptan para sacar el máximo rendimiento posible de la energía que recibimos del sol. De esta forma por ejemplo los sistemas de concentración solar fotovoltaica (CPV por sus siglas en inglés) utiliza la radiación directa con receptores activos para maximizar la producción de energía y conseguir así un coste menor por kW/h producido. Esta tecnología resulta muy eficiente para lugares de alta radiación solar, pero actualmente no puede competir en precio en localizaciones de baja radiación solar como Centro Europa, donde tecnologías como la Capa Fina (Thin Film) están consiguiendo reducir también el precio de la tecnología fotovoltaica tradicional.

3.2.2.5-ENERGíA EóLICA

La energía eólica es la energía obtenida de la fuerza del viento, es decir, mediante la utilización de la energía cinética generada por las corrientes de aire.

El término eólico viene del latín Aeolicus (griego antiguo ?????? / Aiolos), perteneciente o relativo a éolo, dios de los vientos en la mitología griega y, por tanto, perteneciente o relativo al viento. La energía eólica ha sido aprovechada desde la antigüedad para mover los barcos impulsados por velas o hacer funcionar la maquinaria de molinos al mover sus aspas. Es un tipo de energía verde.

La energía del viento está relacionada con el movimiento de las masas de aire que desplazan de áreas de alta presión atmosférica hacia áreas adyacentes de baja presión, con velocidades proporcionales (gradiente de presión).

Por lo que puede decirse que la energía eólica es una forma no-directa de energía solar, las diferentes temperaturas y presiones en la atmósfera, provocadas por la absorción de la radiación solar, son las que ponen al viento en movimiento.

El aerogenerador es un generador de corriente eléctrica a partir de la energía cinética del viento, es una energía limpia y también la menos costosa de producir, lo que explica el fuerte entusiasmo por esta tecnología.

3.2.2.6-ENERGíA GEOTéRMICA

La energía geotérmica es aquella energía que puede ser obtenida por el hombre mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra.

Parte del calor interno de la Tierra (5.000ºC) llega a la corteza terrestre. En algunas zonas del planeta, cerca de la superficie, las aguas subterráneas pueden alcanzar temperaturas de ebullición, y, por tanto, servir para accionar turbinas eléctricas o para calentar.

El calor del interior de la Tierra se debe a varios factores, entre los que destacan el gradiente geotérmico y el calor radiogénico. Geotérmico viene del griego geo, "Tierra"; y de thermos, "calor"; literalmente "calor de la Tierra".

3.2.2.7-ENERGíA MAREOMOTRIZ

Figura 5.

Central eléctrica mareomotriz en el estuario del

Francia

.

La

energía mareomotriz

se debe a las energía eléctrica, una forma energética más útil y aprovechable.

La energía mareomotriz tiene la cualidad de ser renovable en tanto que la fuente de impacto ambiental de instalar los dispositivos para su proceso han impedido una proliferación notable de este tipo de energía.

Otras formas de extraer energía del mar son la gradiente térmico oceánico, que marca una diferencia de temperaturas entre la superficie y las aguas profundas del océano.

IV- APLICACIONES DE

LA

ENERGíA SOLAR

4.1

-

TECNOLOGíA

Y USOS

Clasificación

por tecnologías y su correspondiente uso más general:

  • Energía solar pasiva

    :

    Aprovecha el calor del sol sin necesidad de mecanismos o sistemas mecánicos.
  • Energía solar térmica

    :

    Para producir agua caliente .
  • Energía solar fotovoltaica

    :

    Para producir electricidad mediante placas de semiconductores que se alteran con la radiación solar.
  • Energía solar termoeléctrica

    :

    Para producir electricidad con un ciclo termodinámico convencional a partir de un fluido calentado a alta temperatura (aceite térmico)
  • Energía solar híbrida

    :

    Combina la energía solar con otra energía. Según la energía con la que se combine es una hibridación:
  • [3]
  • Fósil

    .

  • Energía eólico solar

    :

    Funciona con el aire calentado por el sol, que sube por una chimenea donde están los generadores.

La instalación de centrales de energía solar en la zonas marcadas en el mapa podría proveer algo más que la energía actualmente consumida en el mundo (asumiendo una eficiencia de conversión energética del 8%), incluyendo la proveniente de 1993 (tres años, calculada sobre la base de 24 horas por día y considerando la nubosidad observada mediante satélites).

Otros usos de la energía solar y ejemplos más prácticos de sus aplicaciones:

  • Huerta solar
  • Potabilización de agua
  • Cocina solar
  • Destilación.
  • Evaporación.
  • Fotosíntesis.
  • Secado.
  • Arquitectura sostenible.
  • Cubierta Solar.
  • Acondicionamiento y ahorro de energía en edificaciones.
  • Calentamiento de agua.
  • Calefacción doméstica.
  • Iluminación.
  • Refrigeración.
  • Aire acondicionado.
  • Energía para pequeños electrodomésticos.

4

.2-

ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

Figura 8.

Celda solar

Se denomina

energía solar fotovoltaica

a una forma de obtención de energía eléctrica a través de paneles fotovoltaicos.

Los paneles, módulos o colectores fotovoltaicos están formados por diferencia de potencial en sus extremos. El acoplamiento en serie de varios de estos fotodiodos permite la obtención de voltajes mayores en configuraciones muy sencillas y aptas para alimentar pequeños dispositivos electrónicos.

A mayor escala, la red eléctrica, operación sujeta a subvenciones para una mayor viabilidad.

El proceso, simplificado, sería el siguiente: Se genera la energía a bajas tensiones (380-800 V) y en corriente continua. Se transforma con un inversor en corriente alterna. Mediante un centro de transformación se eleva a Media tensión (15 ó 25 kV) y se inyecta en las redes de transporte de la compañía.

En entornos aislados, donde se requiere poca económicamente viable. Para comprender la importancia de esta posibilidad, conviene tener en cuenta que aproximadamente una cuarta parte de la población mundial no tiene acceso a la energía eléctrica.

4

.3-

CENTROS DE INVESTIGACIóN SOBRE

LA ENERGíA SOLAR

  • Alemania.
  • Universidad Politécnica de Madrid
  • CIEMAT)
  • Alemania.
  • Estados Unidos.Petes.com

V. DESCRIPCIóN  Y DISEñO  DEL PROYECTO

V

.

DESCRIPCIóN  Y

DISEñO

DEL PROYECTO

La empresa Halka Industrial se dedica a la producción de cosméticos como son tratamientos, desodorantes, acondicionadores, entre otros. En algunos de estos procesos se adiciona agua a 25oC como materia prima base y esta se eleva  a una temperatura de 80oC, ya que es a la cual todas las materias primas son fundidas y pueden ser mezcladas.

Para mejorar la eficiencia energética del proceso, se propuso calentar el agua destinada para el producto antes de ser adicionada, y así disminuir el tiempo de producción. En esta etapa se realizaron varios escenarios de temperatura y equipos, donde surgieron los tiempos estimados de producción resultantes de adicionar el agua más caliente.

Tabla 1. Resultados de  diferentes escenarios 

Caldera de 10 HP

Escenario 1

Tanque

Capacidad Kg

Cp agua

Camb. Temp.

Kcal  Total

Kcal/h

Tiempo (h)

2

2500

1 kcal/kg oC

25 a 80 oC

137500

84000

1:58 min

7

1500

25 a 80 oC

82500

1:08 min

Juntos

3:16 min

Escenario 2

Tanque

Capacidad Kg

Cp agua

Camb. Temp.

Kcal  Total

Kcal/h

Tiempo (h)

2

2500

1 kcal/kg oC

30 a 80 oC

125000

84000

1:49 min

7

1500

30 a 80 oC

75000

1:23 min

Juntos

3:08 min

Escenario 3

Tanque

Capacidad Kg

Cp agua

Camb. Temp.

Kcal  Total

Kcal/h

Tiempo (h)

2

2500

1 kcal/kg oC

35 a 80 oC

112500

84000

1:40 min

7

1500

35 a 80 oC

67500

58 min

Juntos

2:43 min

Escenario 4

Tanque

Capacidad Kg

Cp agua

Camb. Temp.

Kcal  Total

Kcal/h

Tiempo (h)

2

2500

1 kcal/kg oC

40 a 80 oC

100000

84000

1:21 min

7

1500

40 a 80 oC

60000

58 min

Juntos

2:18 min

Escenario 5

Tanque

Capacidad Kg

Cp agua

Camb. Temp.

Kcal  Total

Kcal/h

Tiempo (h)

2

2500

1 kcal/kg oC

50 a 80 oC

75000

84000

53.5 min

7

1500

50 a 80 oC

45000

32 min

Juntos

1:30 min

Escenario 6

Tanque

Capacidad Kg

Cp agua

Camb. Temp.

Kcal  Total

Kcal/h

Tiempo (h)

2

2500

1 kcal/kg oC

60 a 80 oC

50000

84000

35.7 min

7

1500

60 a 80 oC

30000

21.4 min

Juntos

58 min

Escenario 7

Tanque

Capacidad Kg

Cp agua

Camb. Temp.

Kcal  Total

Kcal/h

Tiempo (h)

2

2500

1 kcal/kg oC

70 a 80 oC

25000

84000

17.8 min

7

1500

70 a 80 oC

15000

10.7 min

Juntos

28.5

Caldera de  20 Hp

Escenario 1

Tanque

Capacidad Kg

Cp agua

Camb. Temp.

Kcal  Total

Kcal/h

Tiempo (h)

2

2500

1 kcal/kg oC

25 a 80 oC

137500

169000

49 min

7

1500

25 a 80 oC

82500

29 min

Juntos

1:20 min

                                                                                   Caldera 30 Hp

Escenario 1

Tanque

Capacidad Kg

Cp agua

Camb. Temp.

Kcal  Total

Kcal/h

Tiempo (h)

2

2500

1 kcal/kg oC

25 a 80 oC

137500

253000

32 min

7

1500

25 a 80 oC

82500

19 min

Juntos

51 min

Precios de calderas

cotización 1

cotización 2

cotización 3

US$ 29,800

US$ 22,500

US$ 8,500

Como resultado se observo que aumentando la temperatura del agua antes de ser adicionarla al tanque podríamos disminuir los tiempos de producción. Se evaluaron las mejores opciones para mejorar el proceso y se concluyo que un sistema para calentar agua con energía solar es la mejor opción ante una caldera de mayor capacidad puesto que no habría emisiones  al medio ambiente.

La cantidad de paneles lo determinara el tiempo de calentamiento de los 3000 kg de agua que son necesarios para la producción. En la siguiente tabla se presenta el estudio de la cantidad de paneles requeridos.

1


Este sistema solar es capaz de calentar 3000 kg de agua a 70oC en aproximadamente cinco horas la cual será usada como materia prima en el proceso. Al adicionar los demás materiales y debido a que su temperatura es la misma del ambiente (25 oC) la mezcla baja unos grados los cuales deben ser elevados con el vapor de la caldera hasta el límite establecido.

5.1-PANEL SOLAR DE TUBOS DE VACíO PARA

LA  CONVERSIóN

DE

ENERGíA TéRMICA 

Un

panel solar de tubos de vacío

es un tipo de colector solar formado por colectores lineales alojados en tubos de vidrio al vacío. El panel tiene estructura de peine, con un mástil que conduce el fluido caloportador, y una serie de tubos a modo de púas donde se produce la captación de la radiación solar.

5

.1

.1

-

CONCEPTO

La diferencia entre colectores planos y de tubos de vacío consiste fundamentalmente en el aislamiento: en los colectores planos existen pérdidas por convección, mientras que en los tubos, al estar aislados al vacío, estas pérdidas se reducen a valores en torno a un 5%, que suponen hasta un 35% menos con respecto a los paneles planos, []lo que permite incrementar el rendimiento de forma notable, anunciándose incluso aumentos del 50% frente a los colectores planos[ (si bien es necesario aclarar esta diferencia de rendimientos sólo se produce bajo condiciones de frío extremo y mucho viento, siendo su rendimiento similar en condiciones menos exigentes).

5.1

.2-

CARACTERíSTICAS

Los paneles de tubos suelen incorporar una placa inferior reflectante por debajo del plano de los tubos, de manera que puedan aprovechar su forma cilíndrica para absorber la energía reflejada en la placa. En general, los tubos son más eficientes en días fríos, ventosos o nubosos, donde la concentración y el aislamiento de la superficie captadora presenta ventajas sobre la mayor superficie captadora de los paneles planos.

Los tubos de vacío están compuestos por un doble tubo de vidrio, entre cuyas paredes se hace un vacío muy elevado (en torno a 0,005 pa), y el vidrio interior suele llevar un tratamiento a base de metal pulverizado para aumentar la absorción de radiación. Las dimensiones de los tubos son similares a las de un tubo fluorescente; en torno a los 60mm de diámetro y 180cm de largo.[]

5.1

.3-

TIPOLOGíAS

Actualmente existen dos esquemas generales de tubos de vacío: los colectores de flujo directo, y los de flujo indirecto o heat-pipe[].

5.1

.4-

FLUJO DIRECTO

El tubo de vacío de flujo directo fue el primero en desarrollarse, y su funcionamiento es idéntico al de los colectores solares planos, en donde el fluido caloportador circula por el tubo expuesto al sol, calentándose a lo largo del recorrido. Es el sistema más eficiente de captación solar.

5.1

.5-

HEAT-PIPE

El concepto heat-pipe es una evolución del tubo de flujo directo que trata de eliminar el problema del sobrecalentamiento, presente en los climas más calurosos. En este sistema, se utiliza un fluido que se evapora al calentarse, ascendiendo hasta un intercambiador ubicado en el extremo superior del tubo. Una vez allí, se enfría y vuelve a condensarse, transfiriendo el calor al fluido principal. Este sistema presenta una ventaja en los veranos de los climas cálidos, pues una vez evaporado todo el fluido del tubo, éste absorbe mucho menos calor, por lo que es más difícil que los tubos se deterioren o estallen. También presenta la ventaja de perder menos calor durante la noche, pues la trasferencia de calor, a diferencia de los tubos de flujo directo, sólo se produce en una dirección.

El sistema de flujo indirecto obliga a una inclinación mínima de los tubos en torno a los 15º para permitir la correcta circulación del fluido.

5.1

.6-

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Los tubos de vacío, en comparación con los colectores planos, suponen un avance en la captación de calor en condiciones desfavorables (precisamente cuando más se necesita el calor). Sin embargo, el elevado precio de esta tecnología sólo la hace recomendable en lugares con climas muy extremos, o cuando el sistema no disponga de un apoyo de energía convencional.

Desde otro punto de vista, una ventaja añadida de los tubos es su mayor versatilidad de colocación, tanto desde el punto de vista práctico como estético, pues al ser cilíndricos, toleran variaciones de hasta 25º sobre la inclinación idónea sin pérdida de rendimiento, lo que permite adaptarlos a la gran mayoría de las edificaciones existentes. A esto hay que añadir la menor superficie necesaria que precisan los tubos.

En resumen, y aunque la combinatoria y los factores a tener en cuenta son muchos, se puede generalizar que los tubos de flujo directo son adecuados para los climas más fríos, con veranos suaves, mientras que los tubos de flujo indirecto se adaptan mejor a climas extremos, con inviernos muy fríos y veranos calurosos. Por último, para climas más benignos, la solución más adecuada sigue siendo la de los colectores planos, pues son mucho más económicos.

5.1

.7-

TIPO DE COLECTORES DE TUBO DE VACIO

Los distintos sistemas de colectores de tubo de vacio se basan en los tubos evacuados. Estos están conformados por dos tubos concéntricos entre los cuales se ha aspirado el aire produciéndose un vacio. En uno de los extremos ambos tubos se unen sellándose el vacio. Dentro de ambos tubos (de ahora en adelante nos referiremos a estos tubos concéntricos con el vacio en medio como tubos evacuados) se sitúan los distintos tipos de absolvedores que determinan los distintos sistemas.

5.1.8-ESQUEMAS DE TUBOS EVACUADOS

Algunos colectores emplean un sistema denominado CPC (Colector Parabólico Concéntrico) para aprovechar la radiación solar que incide entre dos tubos. Este sistema consiste en una serie de reflectores que dirigen la luz que cae entre tubo y tubo hacia la parte trasera de los mismos donde es también aprevechada. Con ello los colectores reciben luz tanto de la parte delantera como de la trasera. Con el sistema CPC se amplia la superficie efectiva de captación por metro cuadrado para la tecnología de tubo de vacío factor que sin embargo siempre estará por debajo de los colectores de placa plana (por metro cuadrado se capta menos pero se hace un uso más eficiente de lo captado)

5.1

.9-

TUBOS EVACUADO SIMPLES

Este sistema es únicamente utilizado en calentadores solares termosifónicos. Son tubos evacuados ensamblados directamente con el deposito acumulador y que por lo tanto contienen agua.

En la pared interior del tubo evacuado se sitúa una capa de color oscuro de material absorbente. Cuando la radiación solar incide sobre la capa de material absorbense se transforma en calor y eleva la temperatura del agua que esta en contacto con él.

El agua calentada se eleva por convección y comienza a ascender siendo reemplazada por agua fría que a su vez se calienta y reinicia el proceso.

Este tipo de tubo de vacio ofrece la ventaja de tener las ya comentadas escasas pérdidas de calor y los inconvenientes de ser muy sensible a la presión y de no ofrecer ninguna protección contra las bajas temperaturas no siendo posible su utilización en zonas con inviernos fríos sin la inclusión de un calentador eléctrico que caliente el agua del depósito cuando esta alcanza temperaturas muy bajas.

En caso de baja temperatura la dilatación del agua al congelarse puede reventar los tubos y arruinar el equipo.

5.1

.1

0

-

TUBO DE VACíO DE HEAT PIPE

.

Esta tecnología de colectores solares emplea un mecanismo denominado Heat pipe. (Tubo de calor). Este mecanismo consiste en un tubo cerrado en el cual se introduce un fluido de propiedades específicas. Cuando el Sol incide sobre el absorbedor adosado al tubo, el fluido se evapora y absorbe calor (calor latente). Como gas asciende sobre el líquido hasta lo alto del tubo donde se sitúa el foco frio. Allí se licua (condensa) y cede su calor latente al fluido que nos interesa calentar volviendo a caer al fondo del tubo por gravedad. Este proceso se repite mientras dure la radiación del Sol o hasta que el colector ha alcanzado una temperatura muy alta (de en torno los 130 grados o más). El Heat Pipe o tubo de calor es considerado como un superconductor térmico por lo eficaz de su funcionamiento.

1) La radiación solar incide en el absorbedor que se calienta y transmite ese calor al tubo. 2) el calor recibido provoca que el fluido en el interior del tubo se evapore y ascienda por tanto energía (calor latente) 3) El fluido evaporado cede su calor latente al fluido más frio que circula por el exterior de la cabeza del tubo y al hacerlo se licua 4) El fluido de nuevo en estado liquido cae por gravedad al fondo del tubo para reiniciar el proceso.

Los colectores de tubo de vacio con tecnología heat pipe tienen la ventaja de no sufrir pérdidas por la noche ya que el proceso de transferencia de calor no es reversible (es decir el fluido caliente o el calor no puede pasar del acumulador al tubo y por lo tanto perderse). Además cada tubo es independiente pudiéndose cambiar en pleno funcionamiento del sistema. Es altamente resistente a las heladas.

Dado que también pueden girar sobre su eje los tubos, existe la posibilidad de que adopten posiciones verticales y horizontales al igual que ocurre en los sistemas de flujo directo aunque en este caso habrá que respetar una inclinación mínima del largo del tubo para permitir que el fluido una vez licuado pueda descender por gravedad.

En esta tecnología también se aplica el sistema CPC

5.1

.1

1

-

APLICACIONES DE LOS TUBOS DE VACIO

Es posible emplear la tecnología de los tubos de vacío para casi cualquier aplicación que requiera agua caliente de entre 40 y 130 grados. Los colectores de tubo de vacío son especialmente apropiados para climas muy fríos y parcialmente nubosos.

La temperatura ambiente supone un factor importante que afecta al rendimiento de los colectores, cuanto más fría sea menor será su rendimiento porque habrá más pérdidas en la superficie del colector. Los colectores de tubo de vacío al tener muy pocas pérdidas ofrecerán un rendimiento claramente superior en climas muy fríos. Además este tipo de colectores es capaz de aprovechar la radiación difusa que suele darse en los días de nublados ligeros.

5

.2-EVALUACION ECONOMICA

Aplicando la Ley 57-07 de incentivo a las energías renovables. Se puede lograr un ahorro del 75% en tres años del costo del equipo y de la exención de los impuestos de importación de los equipos.

Tabla

5.

Costo inicial del equipo solar

Descripción

Dólares

Pesos

Costo equipo solar

$5.672,00

Transporte CIF

$1.300,00

Impuestos Aduanas

RD$  258.000,00

Materiales instalación

RD$  170.000,00

Mano obra

RD$    55.000,00

Total

RD$ 733.992,00

Descuentos

Exención Impuestos

RD$  258.000,00

75% costo en 3 años

$5.229,00

Costo total

RD$                       287.748,00

Ahorro

RD$                       446.244,00

El equipo solar tiene una bomba que mantiene la recirculación de agua en el sistema, la cual eventualmente operara con un panel fotovoltaico para hacer que el sistema opere 100% con energía renovable.

Tabla 6.

Costo de operación del equipo solar

Equipo

Cantidad

Consumo

Horas de trabajo

Costo energía

Bomba

1

200 watt

10

RD$6.15 kw/h

Costo diario

RD$                                                12,30

Costo mensual

RD$                                              293,11

Costo Anual

RD$                                           3.517,31

Tomamos en cuenta un Bach diario de cada tanque de producción y 8 horas de la jornada normal de trabajo. Debido a que solo existe un turno en la empresa.

Tabla 7.

Ahorro

Energético

y

Económico

Motor baja agitación tanque #2

Minutos

Kw/h

$/Kw

Kw/batch

$/Batch

Antes

225

9,15

RD$            6,15

34,31

RD$    211,02

Ahora

60

9,15

RD$            6,15

9,15

RD$      56,27

Diferencia

RD$    154,75

Motor baja agitación tanque #7

Minutos

Kw/h

$/Kw

Kw/batch

$/Batch

Antes

90

4,53

RD$            6,15

6,80

RD$      41,79

Ahora

25

4,53

RD$            6,15

1,89

RD$      11,61

Diferencia

RD$      30,18

Consumo combustible de caldera (gasoil) 8 horas

Minutos

Galón/h

Galón Total

$/Galón

Antes

480

3

24

118,10

RD$ 2.834,40

Ahora

45

2,25

RD$    265,73

Diferencia

RD$ 2.568,68

Tabla 8. Un Bach diario en cada tanque de producción

Días de trabajo sem.

Ahorro $ sem.

Ahorro $ mens.

Ahorro $ Año

Ahorro $ 3 año

5

RD$  13.768,03

RD$  55.072,11

RD$ 660.865,32

RD$ 1.982.595,96

5

.

3

-EVALUACION DE REDUCCION DE EMISIONES

Tomando en como base para nuestro calculo la norma internacional EPA, 1 galón de gasoil emite al medio ambiente 10.1 kg de CO2

Los registros diarios de consumo de nuestra caldera promedia 24 galones.

Tabla 9. Tabla Descarga de CO2 al medio ambiente (http://www.epa.gov/oms/climate/420f05001.htm)

1 Galón de gasoil emite al medio ambiente 10.1 Kg./Gal.

Galón/Gasoil

Kg. CO2

Semana Kg. CO2

Mes Kg. CO2

Año Kg. CO2

Antes

24

242,4

1.212,0

4.848,0

58.176,00

Ahora

2,25

22,7

113,6

454,5

5.454,00

Diferencia

-21,8

-219,7

-1.098,4

-4.393,5

-52.722,0

Como muestra el primer grafico, la recuperación de los recursos invertidos será para el mes de Julio del año 2010 y a partir de ese mes hasta que finalice la vida útil del sistema la cual se estima de 15 a 20 años ira incrementando.

A su vez  el segundo grafico muestra la diferencia de los gases contaminantes que se dejaron de emitir una vez el equipo esta en operación, la cual es de 52.7 toneladas de CO2 menos

CONCLUSION

Y RECOMENDACIONES

CONCLUSION

ES

Luego del diseño y la instalación del proyecto condiciones de emitir las siguientes:

  1. Se demuestra que con la utilización de la energía solar con paneles solares de tubos de vacío para agua, además de reducir emisiones gaseosas al aire se permite ahorros significativos, siendo la inversión con recuperación de bajo riesgo y de rápida recuperación.
  2. El aprovechamiento de la energía solar activa, recuperando energía solar de estas características puede reducir los aportes al cambio climático. 
  3. El panel solar de tubos de vacío es la manera más económica y practica de obtener agua caliente, los colectores de tubo de vacío tienen una clara ventaja por siguiente:
  • Debido a su forma cilíndrica de los tubos de vacío, estos son capaces de recibir perpendicularmente la radiación del sol durante el día, a diferencia de los demás tipos de paneles solares, debido a su material son muy resistente y de larga duración, si se llega a romper, son baratos y fáciles de cambiar, además pueden operar con un tubo roto, a diferencia de un panel plano que se tiene que reemplazar por completo.
  • Alta eficiencia aun en los días nublados y las perdidas térmicas son muy bajas.
  • La producción de energías limpias, alternativas y renovables no es una cultura o un intento de mejorar el medio ambiente, sino una necesidad a la que el ser humano se va a ver abocado, independientemente de nuestra opinión, gustos o creencias

RECOMENDACIONES

Dada la necesidad y desarrollo que tiene el sector energético, es necesario preparar el país para hacer un  para hacer frente a la demanda masiva de Energías Alternativas. Por lo que las recomendaciones para el futuro de este trabajo es seguir la investigación directamente con procesos industriales.

Recomendamos a la sociedad dominicana que se inmiscuya y haga parte de si el tema de las energías, debido a que el consumo de energía es uno de los grandes medidores del progreso y bienestar de una sociedad. Un modelo económico como el actual, cuyo funcionamiento depende de un continuo crecimiento, exige también una demanda igualmente creciente de energía. Puesto que las fuentes de energía fósil y nuclear son finitas, es inevitable que en un determinado momento la demanda no pueda ser abastecida y todo el sistema colapse, salvo que se descubran y desarrollen otros nuevos métodos para obtener energía: éstas serían las energías alternativas.

BIBLIO

0047

RAFIA

  1. Energías renovables (Fundamentos, Tecnologías Y Aplicaciones).José maría Fernández salgado2009
  2. Energía solar térmica y de concentración: manual práctico de diseño, instalación y mantenimiento. Antonio Madrid Vicente
  3. Paneles colectores o captadores tubos vacio vacutube hp energía solar térmica - España (www.granpyme.com)
  4. Energías Limpias (renovable.com/2009/06/30/)
  5. es.wikipedia.org/.../Panel solar de tubos de vacío.
  6. www.amordad.es. Amordad es líder en productos de energía solar gracias a su tecnología pionera, basada en los tubos de vacío.[]
  7. www.biocarburante.com/energia-solar-por-tubos-de-vacio
  8. Energías Renovables, el periodismo de las energías limpias(Internet)
  9. Tecnología de las energías renovables, José María Fernández Salgado 2009
  10. La Ley 57-07. Incentivos a Energías Renovables

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