16.03.18 Termosolar Cdt Jtj

CURSO TÉCNICO TERMOSOLAR Proyecto Solar año 2 Financiado por Corfo Iquique

José Tapia Jelcic [Gerente General] Marzo 2018

T < 150 ºC

150 ºC < T < 500 ºC

T > 500 ºC

• Temperatura < 150

C

°

• Producción de Agua Caliente Sanitaria : ACS • Sistemas solares térmicos de baja temperatura: CAPTADORES 1.

Captadores solares de placa plana sin cubierta transparente

2. 3. 4. 5.

Captadores solares de placa plana con cubierta transparente Captadores solares de placa plana de alta eficiencia Captadores de tubos de vacío Captadores con concentración CPC

EL AGUA CALIENTE SANITARIA

De los mas de 4,2 millones de hogares que había el 2002, solo 2,4 millones disponen de sistema de producción de agua caliente sanitaria. Fuente: Inst ituto Nacion al de Es tadíst icas (INE ) En Chile, el consumo de ACS representa aproximadamente el 18% del consumo de energía final residencial. (9.500 GWh/año). Esto equivale a una facturación energética aproximada de 1.200 millones de dólares anuales.

100 % HOGARES CHILENOS C/COLECTORES = FACTURACION SE REDUCE A MENOS DE 500 MILLONES DE DOLARES AL AÑO.

CRITERIOS DE DESARROLLO SOSTENIBLE P A R A E L C O N SU M O D E A C S • La demanda de agua caliente debe ser la imprescindible para

cubrir las necesidades • De hacerse un uso racional de este recurso. • Deben utilizarse procedimientos eficientes en la utilización del agua y en la conversión de energía. • Deben utilizarse energías renovables para cubrir la mayor parte de estas necesidades.

Actualmente: 70% 25% 5%

GAS LICUADO GAS NATURAL ELECTRICIDAD, LEÑA Y OTROS

SISTEMAS SOLARES TERMICOS

SISTEMAS SOLARES TERMICOS

BENEFICIOS •Porque la fuente de energía primaria es siempre gratuita con lo que

no hay costos de utilización de la misma; al contrario que en el resto de fuentesla de energía. •Porque disponibilidad a largo plazo está asegurada ya que la fuente de energía primaria perdura en el tiempo independiente de cualquier otra actividad humana; lo que tampoco ocurre con las otras. •Porque tiene los mejores rendimientos de transformación de la radiación solar en energía útil: del orden del 50%.

ENERGIA SOLAR PARA ACS - Para la sociedad es una de las aplicaciones mas sencillas, desarrolladas y rentables que existe hoy. - Todavía falta romper un poco la barrera del costo de adquisición. (calefón o termo eléctrico mucho menor valor).

LOS CRITERIOS PARA DECIDIR LA INVERSION Y ANALIZAR LA RENTABILIDAD ES DISTINTO EN LAS EMPRESAS Y EN LA ECONOMIA DOMESTICA

DESCRIPCION BASICA DE UN SISTEMA SOLAR TERMICO (SST) Un sistema solar térmico transforma la energía radiante emitida por el sol en energía térmica y la acumula, en forma de agua caliente, para pasar al sistema de apoyo antes de su posterior consumo. El sistema de apoyo, por su parte, es el encargado de cubrir las diferencias térmicas que el aporte solar no alcance a proveer al sistema.

TIPOS DE FUNCIONAMIENTO SISTEMA TERMOSIFON

CIRCULACION FORZADA

TIPOS DE FUNCIONAMIENTO

TIPOS DE FUNCIONAMIENTO SISTEMA TERMOSIFON

CIRCULACION FORZADA

TIPOS DE SISTEMAS SISTEMA DIRECTO El sistema directo, es aquel que el agua que circula por los colectores solares es la misma que circula en el estanque de acumulación y el consumo.

TIPOS DE SISTEMA SISTEMA INDIRECTO El sistema solar indirecto es aquel, donde el agua que circula por los colectores, no es la misma de acumulación, realizando transferencia de calor por medio de un intercambiador

TIPOS DE SISTEMA

DENOMINACION DE LOS SISTEMAS DE UNA INSTALACION SOLAR

DENOMINACION DE LOS CIRCUITOS DE UNA INSTALACION SOLAR

COMPONENTES DE UN SISTEMA SOLAR COLECTOR SOLAR El colector solar térmico es el dispositivo que transforma la radiación solar en energía térmica (calor); ésta se transfiere a un fluido caloportador aumentando su temperatura.

COLECTOR SOLAR

FUNCIONAMIENTO DEL COLECTOR SOLAR El funcionamiento del colector solar plano está basado en el denominado “efecto invernadero”, y se corresponde con las propiedades de transmisión de la cubierta De la radiación solar incidente, una parte es reflejada, otro pequeño porcentaje es absorbido por la cubierta y una gran parte la atraviesa e incide sobre el absorbedor que la transforma en calor aumentando su temperatura. El absorbedor, al calentarse, emite radiación que no puede salir al exterior debido a que la cubierta es opaca frente a esa radiación.

Cubierta transparente •Reduce las pérdidas por radiación y convección, asegura la estanqueidad del colector, y protege los componentes interiores de lluvia, humedad u otro, y así evitar su deterioro. Absorbedor •Es el componente que transforma la radiación solar en energía térmica y consiste en una superficie metálicametálicas plana que adosadas, mediante soldadura, unas cañerías portiene las que circula elgeneralmente fluido de trabajo para evacuar el calor. Aislación del colector •La aislación permite reducir las pérdidas térmicas por conducción. •Normalmente se utiliza lana de vidrio o lana mineral. También se puede utilizar Poliuretano rígido tomando medidas para que no le afecten las elevadas temperaturas de estancamiento del colector. Esto se realiza incorporando una capa de lana mineral intermedia entre el absorbedor y el poliuretano. Carcasa •Es la caja que contiene al resto de los componentes, los protege del exterior y da rigidez al conjunto. La carcasa debe tener una elevada resistencia mecánica, un buen comportamiento frente a la corrosión y a las variaciones de temperatura.

OTROS TIPOS DE COLECTORES Colectores de tubos de vacío: En los tubos al vacío se reducen las pérdidas térmicas, tanto las de convección como las de conducción, al hacerse el vacío en el espacio entre el absorbedor y el tubo exterior. Con esto se consigue alcanzar temperaturas elevadas. Un colector de tubos al vacío está compuesto por un conjunto de tubos, conectados en un distribuidor, cada uno de los cuales está formado por uno o más tubos pory envolvente donde circula el fluido a calentar y un tubo de vidrio como cubierta exterior.

TUBOS AL VACIO

ACUMULADOR O ESTANQUE ACUMULACION SOLAR El acumulador solar se utiliza para almacenar el agua caliente producida en el SST hasta que se precise su uso.

CARACTERISTICAS •Soporte las condiciones extremas de presión. •puedan Soportealcanzar. las máximas temperaturas que se •Quede protegido contra la corrosión interna

para asegurar la máxima durabilidad del tratamiento interior. •Quede protegido efectivamente contra las condiciones climáticas exteriores que pueden afectar tanto a las pérdidas térmicas como a la corrosión externa.

ESTRATIFICACION

El agua del acumulador, cuando se calienta, disminuye su densidad y tiende a subir mientras el agua fría, más densa y pesada, tiende a bajar. Este efecto, denominado estratificación, es siempre deseable dado que permite disponer del agua más caliente en la parte superior del acumulador para alimentar al sistema de apoyo, mientras que el agua más fría se acumula en la parte inferior para ser calentada por la energía solar, lo que se realizará con mayor rendimiento mientras más baja sea la temperatura.

DISPOSICION DEL ACUMULADOR El acumulador solar puede tener una disposición horizontal o vertical en función de la posición del eje mayor del mismo. La disposición afecta significativamente a la distribución vertical del gradiente de temperaturas (estratificación) y a la circulación interna del agua caliente que dificulta (horizontal) o favorece (vertical) la estratificación.

DISPONIBILIDAD DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR

ACUMULADORES

INTERCAMBIADOR DE CALOR El intercambiador es el componente que separa circuitos con distintos fluidos y permite realizar la transferencia de calor entre ellos. CARACTERISTICAS •Permite utilizar mezclas de agua con anticongelante como fluido de trabajo en el circuito primario evitando de esta manera los problemas de heladas. •Evita la existencia de depósitos calcáreos en el circuito primario,

especialmente en los colectores, cuando existen aguas duras. •Disminuye el riesgo de corrosión en el circuito primario ya que, si no existen renovaciones continuas de agua, es mínimo el contenido de oxígeno disuelto en agua y, además, permite utilizar inhibidores de la corrosión.

BOMBA DE RECIRCULACION Las bombas de circulación, se encargan de mover el fluido en el circuito.

CAÑERIAS En el circuito primario se debe utilizar cañerías de cobre, de acero inoxidable o de acero negro. Las cañerías de materiales plásticos no deberían utilizarse en circuitos primarios a no ser que existan plenas garantías de que van a soportar las condiciones extremas de presión y temperatura del circuito. En los circuitos secundarios y de consumo podrán utilizarse cobre y acero inoxidable. Las cañerías de materiales plásticos podrán utilizarse si son de materiales compatibles con el ACS y si garantizan su durabilidad en las condiciones de presión y temperatura que van a tener los circuitos.

ESTANQUE DE EXPANSION Es el dispositivo que absorbe las variaciones de volumen y presión en un circuito cerrado causadas por las variaciones de temperatura del fluido circulante. Corresponde a un depósito dividido en dos partes mediante una membrana elástica.

VALVULAS

Válvula de esfera o de bola: Se emplean para abrir o cerrar el paso de fluido a través de una tubería lo que permite independizar componentes aislándolos del resto del circuito.

VALVULAS Válvula de seguridad: Se utilizan para expulsar fluido de trabajo al exterior del circuito y así evitar presiones más elevadas. Son válvulas de resorte y el obturador permanece cerrado por la acción de un muelle. Cuando la presión del fluido es superior a la que ejerce el resorte, éste cede y el obturador se desplaza dejando pasar fluido.

VALVULAS Válvula antiretorno: impide el paso de fluido en un sentido y permite la circulación en el otro. Suelen ser de chapaleta, de muelle o de disco. Es importante que no generen una elevada pérdida de carga en el circuito.

PURGADOR DE AIRE Es un dispositivo que permite la salida del aire de los circuitos. Este puede ser manual o automático y debe resistir la temperatura máxima del fluido, por lo que el flotador no debe ser de plástico sino de acero inoxidable. Los purgadores también deben ser resistentes a la intemperie.

VALVULA TRES VIAS

EQUIPOS DE MEDIDA Además de los elementos de medida de tipo electrónico que las instalaciones puedan disponer integrados en el sistema de control o de telemonitorización, la instalación solar térmica debería disponer de los elementos de medida necesarios para visualizar directamente los principales parámetros funcionales: temperaturas y presiones.

FLUIDO DE TRABAJO En el circuito secundario y en el de consumo siempre se utiliza el agua de consumo como fluido de trabajo, sin embargo en el circuito primario se pueden utilizar otros fluidos para el transporte de energía por la red hidráulica del SST. En el circuito primario se puede utilizar una mezcla de agua con anticongelante que permite proteger de heladas al circuito.

EQUIPO DE CONTROL En el circuito primario, para el control de funcionamiento normal de las bombas, se recomienda utilizar un sistema de control de tipo diferencial, actuando en función del salto de temperatura entre la salida de colectores y el sistema de acumulación solar.

CRITERIOS DE DISEÑO

CRITERIOS DE DISEÑO Los colectores solares en una instalación, se dimensionan dependiendo la radiación y la cantidad de energía requerida para calentar cierta masa de agua. En un sistema de captación grande, los colectores solares no se utilizan, normalmente, de manera individual sino integrados en baterías o bancos de 2 ó más colectores, que pasa a ser la unidad básica para definir el sistema de captación de una gran instalación.

Conexión de colectores en paralelo La característica principal de la conexión en paralelo de los colectores es que el caudal total de la batería se reparte entre los distintos colectores y, si el reparto es idéntico, todos los colectores trabajan con el mismo caudal y la temperatura de salida será la misma.

CRITERIOS DE DISEÑO Conexión de colectores en serie La característica principal de la conexión en serie de los colectores en una batería, es que el fluido recorre todos los colectores conectados de la serie, de forma que el flujo total es el que recorre cada colector. Sin embargo entre más colectores en serie, el fluido recorre más distancia y por ende cada vez son mayores las pérdidas de carga. Un factor importante a considerar es que el rendimiento de los colectores de la serie va disminuyendo a medida que pasa el fluido de trabajo, ya que a entra cada vez a mayor temperatura.

CRITERIOS DE DISEÑO

SISTEMA DE ACUMULACION La demanda energética en instalaciones de agua caliente sanitaria viene dada por el volumen de consumo diario y las temperaturas de preparación y de agua fría.

Tabla consumo Unitario en Viviendas

Tabla de Personas Estimadas por Dormitorio

SISTEMA DE ACUMULACION

PROTECCION FRENTE A ALTAS TEMPERATURAS

CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO

MATERIALES QUE SE INSTALAN EN EXTERIOR

COMPORTAMIENTO DE UN SISTEMA SOLAR TERMICO

FLUJO INVERSO DE UN SISTEMA SOLAR TERMICO

MANTENCION La mantención del sistema solar térmico es necesaria para que el sistema siempre funcione correctamente y conseguir una vida útil de los equipos lo más larga posible; por ello se recomienda disponer de un plan de mantención preventiva y un procedimiento de actuación correctivo si hubiera fallas

REFERENTE AL COLECTOR

MANTENCION REFERENTE AL SST EN GENERAL

MERCADO •

La rentabilidad y la relativa sencillez de estos sistemas hacen

que su uso esté cada día más extendido, siendo previsible que su implantación crezca al desarrollarse nuevos sistemas de integración urbana y se implanten las nuevas normativas sobre el uso de dichos sistemas solares térmicos.

MERCADO En Chile hasta 2010 CST instalado por año • Hasta 2004: 2 600m • En 2005: 2 2500m • En 2006: 3721m2 • En 2007: 2 6307m • En 2008: 2 7094m • En 2010: 2 7937m

Fuente: Anuario Solar 2011 CDT

MERCADO En Chile de 2010 hasta 2013: La Franquicia Tributaria

Fuente:CDT

MERCADO Cifras de las empresas ligadas a la Energía Solar Térmica en Chile: •81%

que se ubican y operan en la región Metropolitana •9% en la V Región •4% en la II Región •3% en la VIII Región •1% en la X Región •El •El

100% de estas empresas se dedica a la distribución y a la venta. 90% también realiza la instalación.

•El

85% importa equipos y materiales, y el resto es de fabricación nacional.

Fuente: Anuario Solar 2011 CDT

APLICACIONES Aplicaciones posibles: 1.Agua caliente sanitaria (ACS) 2.Calentamiento agua piscinas 3.Calefacción 4.Enfriamiento 5.Calor para procesos

Dentro de la gran variedad de modelos de captadores se elegirá en función de la aplicación a la cual sea destinado o las condiciones climáticas donde esté situado.

APLICACIONES •

Planos con recubrimiento

Con tubos de vacío •

•

Placa plana sin cubierta

Diferencia temperatura(Tcoll-Tamb)

http://www.archiexpo.es/prod/kingspan-solar/colectores-solares-termicosplanos-70015-907317.html http://sunstar.cl/1_6_Tipos-de-equipos-solares.html

PRODUCCIÓN DE ACS ¿Qué ahorros se pueden lograr? En chile, los Sistemas Solares Térmicos pueden producir del 30% al 75% de la demanda en Agua Caliente Sanitaria, según la zona geográfica.

Ahorros anuales para una familia de 4 personas: •CLP$ 180.000 al año en Calama •CLP$ 160.000 al año en Antofagasta •CLP$ 130.000 al año en Valparaíso Fuente:ACESOL

PRODUCCIÓN DE ACS Algunos datos útiles Vida útil: 20 - 25 años: -Es la vida útil de un sistema solar si se le cuide bien. -Es un ahorro económico hasta el fin de la vida útil del sistema. Operación y mantención: -Frecuencia: trimestral/anual -Limpieza captadores Tiempo de retorno de la inversión: -Entre 3 a 8 años dependiendo de la zona geográfica y del tipo de colector utilizado

http://www.masters-energia-solar.com/2012/05/analisis-de-los-costes-en-instalaciones.html

¿Qué diferencia entre Colector solar plano y de tubo de vacío? Coletor plano

Colector de Tubos de vacío

Ventajas: Ventajas: • Buena eficiencia • La tecnología la mas usada • Vida útil larga (20 años)

•

•

• • • • • •

Desventajas: • Ensuciamiento

Muy buena eficiencia Mejor los Colectores Planos Menorque ensuciamiento debido a su forma redonda Gran disponibilidad en el mercado chileno Alcanza temperaturas altas

Desventajas: • Muy frágil • Alto costo • Vida útil corta por algunos (< 10años)

¿En qué consiste la Franquicia Tributaria de la ley 20.365? Según la Ley, el beneficio tributario es imputado por la Empresa Constructora ante el Servicio de Impuestos Internos como un descuento a la declaración de impuesto a la renta de las empresas constructoras. Las empresas podrán deducir de sus impuestos: •El

100% del valor del sistema con un tope de 31 UF para viviendas de hasta 2000

UF •El 40% del valor del sistema con un tope de 31 UF para viviendas de entre 2001 y 3000 UF •El 20% del valor del sistema con un tope de 31 UF para viviendas de entre 3001 y 4500 UF

Fuente:ACESOL

¿En qué consiste la Franquicia Tributaria de la ley 20.365? Para acceder al subsidio, se exigirá que los sistemas solares tengan una cobertura mínima correspondiente a la zona climática. Zona Climática

Radiación Solar Global Media Anual (H) [kWh/m2 año]

Contribución Solar Mínima Exigida (CSM) [%]

A

1948 ≤ H

75

B

1701 ≤ H ≥ 1948

66

C

1454 ≤ H ≥ 1701

57

D

1208 ≤ H ≥ 1454

48

E

961 ≤ H ≥ 1208

39

F

961 ≥ H

30

Fuente:ACESOL

APLICACIONES Calentamiento agua piscinas •

Ventajas:

Prolongar la temporada de baño

•

Ahorros importantes en gastos de operación

•

Reducción del impacto ambiental

•

Atractivos retornos de inversión

•

http://www.kw-solar.es/?Productos:Calefacci%C3%B3n_solar_piscina%2C_climatizaci%C3%B3n_piscina%2C_panel_solar_piscina

APLICACIONES Calentamiento agua piscinas Tecnología: Temperatura de funcionamiento: Costo: Necesidades:

Placaplanasincubierta Max 50 C CLP$79.000 /m 2 2panel/m2piscina Entre0,8y1m °

http://www.cimepowersystems.com.mx/ayuda-2/preguntas-frecuentes/

APLICACIONES Calentamiento agua piscinas - Casos de éxitos Proyecto: Piscina Estadio Español (312m2) Localidad: Santiago, RM Superficie colectores: 209m2 Observación: con sistema de apoyo

Proyecto: Piscina ACUAVITA (400m2) Localidad: Vitacura, RM Superficie colectores: 372m2 http://www.mirosolar.cl/

APLICACIONES Calefacción Posibilidad de sistema mixto: ACS + Calefacción •

Necesita un mayor cantidad de colectores solares • •

Hasta 50% de Contribución Solar para la calefacción de una casa

Sistema de apoyo obligatorio •

APLICACIONES Calefacción Tecnología: Necesidades de colectores: Coste:

www.bati-depot.fr

Calefacciónsolar 2m de colector / 10m2 del piso 2 200 US$ m/ del piso 2

www.bati-depot.fr

APLICACIONES Calor para procesos industriales El mismo tipo de colector se puede utilizar para procesos industriales de baja temperatura, como los procesos mineros. Intercambiador de Calor

Planta Solar Planta SX

A Planta EW

APLICACIONES Minera Constanza – Planta Pukará Hatur Tecnología: Colectoresplanos “

”

Áreatotalcolectores: Producciónanual Contribuciónsolar Almacenamientocalor Coste

404m 2 540MWh 90% 25m 3 41.000 US$

t

APLICACIONES Minera Gaby – Pampa Elvira Solar Tecnología: Áreatotalcolectores: Producciónanual Contribuciónsolar Almacenamientocalor Coste

2620colectoresplanos 39.000m 2 54.000MWh t 85% 4.000m 3 26.000.000 US$

http://www.consejominero.cl/utilizacion-de-energia-solar-termica-en-division-gabriela-mistral/

ENERGÍA SOLAR PARA PROCESOS TÉRMICOS EN MINERÍA O INDUSTRIA

ENERGÍA SOLAR PARA PROCESOS TÉRMICOS EN MINERÍA E INDUSTRIA

– Son proyectos solares térmicos de gran escala y envergadura – Se utilizan para abastecer de energía solar térmica a procesos de calentamiento de

soluciones como por ejemplo el temperado de electrolito u otros fluidos industriales. – Son soluciones integrales, pero a gran escala abarcando gran terreno. – Se aplica innovación en procesos térmicos convencionales optimizando el uso de la

energía.

¿CÓMO FUNCIONA EL MODELO DE NEGOCIO DE ESTOS GRANDES PROYECTOS?

Por qué comprar energía solar y no una planta solar? •

Venta de energía

•

•Inversión, implementación y

operación por parte de la compañía• que lo implementa. •

•Se fija una Tarifa por kWh termico

consumido. •Los contratos deben ser a largo

plazo para asegurar rentabilidad (mínimo 8 años)

•

Reducción de costos de energía evitando la quema de combustibles fósiles. Se externaliza la operación y mantención a expertos que aseguraran el rendimiento óptimo de la planta solar. Solo se paga por la energía útil recibida. Se minimizan los riesgos económicos o de fallas de operación en las plantas. No se necesita invertir en la planta solar, sólo se paga por cada kWht consumido.

COLECTOR SOLAR PLANO PARA GRANDES INSTALACIONES DE GENERACION TERMICA

Colector de gran formato GK-HP 5 m2 10 m2

Fabricante: Sonnenkraft

ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS DEL COLECTOR DE GRAN FORMATO

Perfiles para cristal Vidrio solar templado transparente Absorbedor Mirotherm Al; alta selectividad

Configuración de Meandro de cobre Ø 22mm tubo de distribución de cobre Soporte de la brida con Desconexión térmica

Aislamiento térmico Lana de roca de alta densidad con cubrimiento especial

Revestimiento dorsal de chapa de AL Perfil de Aluminio anodizado reforzado

4 conexiones (1 ¼“) Con seguro contra torsión

CONEXIONADO DE BATERÍAS

NO EXISTEN MUCHOS FABRICANTES ESPECIALISTAS MUNDIALES.

VKR - SOLARCAP EL MAYOR ESPECIALISTA SOLAR EN EL MUNDO • Ha suministrado más de 7.000.000 de colectores solares. • Cuota de mercado actual en Europa superior al 25%. • Suministro de más del 50% de las instalaciones de más de 1.000 m2, en Europa.

Fuerte presencia en más de 20 países

Europa

Presentes en el negocio solar desde 1993 Parte del Grupo Industrial Danés VKR (15.000 trabajadores y una facturación de 2.2 billones de €)

Sede en la “ciudad solar” de St. Veit, Austria Desarrollo y fabricación de tecnología para los sectores industrial, terciario y residencial.

EE.UU. Uganda Sudáfrica

FABRICACIÓN DE COLECTORES SOLARES TERMICOS

ALGUNOS NÚMEROS DE EJEMPLO PARA PROYECTAR LA INDUSTRIA MINERA…

Planta de cátodos. Producción faena Ubicación Altura Consumo de petróleo

: 100.000 ton/año C u fino. : Desierto de Atacama (2.500 kWh/m : 1.500 msnm : 0,6 m3/h

2/año)

Campo colector : 20.000 m 2 Acumulación energía : 1.800 m3 Cobertura solar* : 78%

*Cobertura solar: % de energía entregada anualmente por la planta solar, relativa a la demanda total anual de energía del proceso en cuestión. La diferencia se suple con diésel.

ESQUEMA DE UNA PLANTA SOLAR TÉRMICA

1. La radiación solar en el desierto de Atacama es la de mayor potencia en el mundo y llega en promedio a los 2.500 kWh/m2/año, lo que equivale a la energía contenida en 200 L de petróleo diesel, aproximadamente. 2. El campo colector, mediante la utilización de colectores solares planos, convierte la radiación solar en energía térmica (calor), el cual es absorbido por el fluido solar en forma de aumento de temperatura. 3. La “flauta de estratificación” se encarga de ingresar el fluido solar al estanque acumulador en la altura precisa para aumentar la estratificación y maximizar la eficiencia del sistema. 4. El estanque acumulador, el cual se calienta durante el día hasta 95 energético sea continuo, 24 horas al día.

C, almacena la energía durante la noche para que el aporte

°

ESQUEMA DE UNA PLANTA SOLAR TÉRMICA

5. El intercambiador de calor solar aporta el calor al circuito de calentadores. 6. La caldera (o calentador, sistema convencional) es programada para aportar la energía que el sistema solar no sea capaz de aportar. 7. El intercambiador de calor del circuito de calentadores es el encargado de entregar el calor al electrolito, para mantener este último a 50 C en las celdas de electro-obtención. °

8. El proceso de electro-obtención es el mayormente utilizado por minería para la obtención de cobre de alta pureza, para este proceso es necesario mantener el electrolito temperado. 9. Todo el sistema, válvulas y bombas de recirculación, son comandadas por un sistema de control, el cual también registra las temperaturas del proceso y mide la energía aportada por la planta solar y por la caldera convencional.

ENERGÍA SOLAR TÉRMICA, SOLUCIÓN COMPETITIVA

250 230 210 190

h170 W /M150 D S130 U 110 90 70 50

Precio petróleo Tarifa energía solar

LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA ES SOLUCIÓN COMPETITIVA PARA PROCESOS INDUSTRIALES..

•

Ahorros operacionales

•

Disminución externalidades negativas asociadas al uso y transporte de

•

combustible Disponibilidad infinita y extensa vida útil del campo solar.

•

Son Robustas y redundantes

ENERGÍA SOLAR TÉRMICA, SOLUCIÓN SUSTENTABLE.

•

Aprovechamiento del recurso solar más abundante del mundo.

•

La energía solar térmica conlleva las mayores oportunidades de reducción de emisiones de CO2 y de intensidad de energía por unidad de producto. Una planta solar térmica de 1.000 m 2 de área colectora ubicada en el desierto de Atacama: 

Reduce en 300 ton las emisiones anuales de CO2.



Evita el consumo de 165 m 3 de diésel al año.

EJEMPLOS DE INGENIERÍA EN CHILE

PLANTA SOLAR “PUKARA DE HATUR” ALGUNOS RESULTADOS REALES

PLANTA SOLAR “PUKARA DE HATUR” CONSTRUCCIÓN DE LA PLANTA

•

Inversión

:$240.000.000.-

•

Adquisiciones

: julio – agosto de 2012

•

Período de construcción

: agosto – noviembre de 2012

• •

Pruebas en terreno Operación

: noviembre de 2012 :diciembre2012 – a la fecha.

PLANTA SOLAR “PUKARA DE HATUR” ANTECEDENTES

Condiciones generales: •Producción

: 600 ton Cu/año.

•Ubicación

: km 1.380 ruta 5 norte, entre Antofagasta y Baquedano (y a 10 km al suroeste de Mantos Blancos).

•Altura

: 700 msnm

•Radiación

: 2.600 kWh/año/m2.

•T

máxima

: 26

mínima

:-3

•T

°

°

C

°

C.

°

PLANTA SOLAR “PUKARA DE HATUR” ANTECEDENTES

Condiciones de operación EW: •N •T

°

°

de celdas

: 10 (dos grupos de 5)

electrolito

:47

C constantes.

°

•Caudal electrolito

: 14 m 3/h

•Potencia térmica

: 60 kW térmicos constantes para temperado de electrolito.

La planta de cátodos se encontraba en marcha blanca al momento de la estimación de los consumos térmicos.

PLANTA SOLAR “PUKARA DE HATUR” DIMENSIONAMIENTO DE LA PLANTA

1.La demanda energética de temperado de electrolito se estimó en 635 MWh/año. 2.Se dimensionó una planta solar para abastecer el 85% de la demanda. 3.El resultado fue una planta solar de 404 m2 de área colectora.

PLANTA SOLAR “PUKARA DE HATUR” DIMENSIONAMIENTO DE LA PLANTA

PROYECCIONES •Energía anual a entregar

: 540 [MWh/año]

•Coberturasolar •Eficiencia global de la planta

85% : : 53%

•Ahorros económicos •Reducción consumo GLP

: 10.800.000 [año] : 140.000 [L /año]

•Reducción emisiones CO2

…Y el sistema comenzó a operar en forma

normal el 30 de Nov del 2012

: 270 [ton CO2/año]

PLANTA SOLAR “PUKARA DE HATUR” MONITOREO Y CONTROL

Registro de variables cada 10 minutos.

•

24 temperaturas

•

3 presiones

•

Estados de bomba

•

2 caudalímetros

•

1 calorímetro

•

1 piranómetro

(*) Software exclusivo desarrollado por una empresa de Chile.

PLANTA SOLAR “PUKARA DE HATUR” RESULTADOS Período de análisis: diciembre 2012 – abril 2013

Ítem Cobertura solar Eficiencia global planta solar Ahorros económicos Reducción consumo GLP Reducción emisiones CO2

Valorlogrado

Valorproyectado

% de cumplimiento

98,4%

85%

116%

51%

53%

96,2%

$9.564.000 158.000L 240 ton CO2

$10.800.000 140.000L 270 ton CO2

88,6% 88,6% 88,6%

¡Sorpresa! El consumo térmico era un 10% menor a lo supuesto...

PLANTA SOLAR “PUKARA DE HATUR” RESULTADOS

Potencia Salida Planta Solar (muestra de 8 días) 80 70 60 50 40 30 20 10

0 0 : 6 3 1 0 2 / 1 / 5

0 0 : 2 1 3 1 0 /2 1 / 5

0 0 : 8 1 3 1 0 /2 1 / 5

0 0 : 0 3 1 0 2 / 2 / 5

0 0 : 6 3 1 0 2 / 2 / 5

0 0 : 2 1 3 1 0 /2 2 / 5

0 0 : 8 1 3 1 0 /2 2 / 5

0 0 : 0 3 1 0 2 / 3 / 5

0 0 : 6 3 1 0 2 / 3 / 5

0 0 : 2 1 3 1 0 /2 3 / 5

0 0 : 8 1 3 1 0 /2 3 / 5

0 0 : 0 3 1 0 2 / 4 / 5

0 0 : 6 3 1 0 2 / 4 / 5

0 0 : 2 1 3 1 0 /2 4 / 5

0 0 : 8 1 3 1 0 /2 4 / 5

0 0 : 0 3 1 0 2 / 5 / 5

0 0 : 6 3 1 0 2 / 5 / 5

0 0 : 2 1 3 1 0 /2 5 / 5

0 0 : 8 1 3 1 0 /2 5 / 5

0 0 : 0 3 1 0 2 / 6 / 5

0 0 : 6 3 1 0 2 / 6 / 5

0 0 : 2 1 3 1 0 /2 6 / 5

0 0 : 8 1 3 1 0 /2 6 / 5

0 0 : 0 3 1 0 2 / 7 / 5

0 0 : 6 3 1 0 2 / 7 / 5

0 0 : 2 1 3 1 0 /2 7 / 5

0 0 : 8 1 3 1 0 /2 7 / 5

0 0 : 0 3 1 0 2 / 8 / 5

0 0 : 6 3 1 0 2 / 8 / 5

0 0 : 2 1 3 1 0 /2 8 / 5

0

0 0 : 8 1 3 1 0 /2 8 / 5

s o c i ré m T W k

PLANTA SOLAR “PUKARA DE HATUR” RESULTADOS

Potencia Salida Planta Solar (muestra de 8 días) 80 80 70 75 60 70 50 65 40 60 30 55 20 50 10 45

0 0 : 6 3 1 0 2 / 1 / 5

0 0 : 2 1 3 1 0 /2 1 / 5

0 0 : 8 1 3 1 0 /2 1 / 5

0 0 : 0 3 1 0 2 / 2 / 5

0 0 : 6 3 1 0 2 / 2 / 5

0 0 : 2 1 3 1 0 /2 2 / 5

0 0 : 8 1 3 1 0 /2 2 / 5

0 0 : 0 3 1 0 2 / 3 / 5

0 0 : 6 3 1 0 2 / 3 / 5

0 0 : 2 1 3 1 0 /2 3 / 5

0 0 : 8 1 3 1 0 /2 3 / 5

0 0 : 0 3 1 0 2 / 4 / 5

0 0 : 6 3 1 0 2 / 4 / 5

0 0 : 2 1 3 1 0 /2 4 / 5

0 0 : 8 1 3 1 0 /2 4 / 5

0 0 : 0 3 1 0 2 / 5 / 5

0 0 : 6 3 1 0 2 / 5 / 5

0 0 : 2 1 3 1 0 /2 5 / 5

0 0 : 8 1 3 1 0 /2 5 / 5

0 0 : 0 3 1 0 2 / 6 / 5

0 0 : 6 3 1 0 2 / 6 / 5

0 0 : 2 1 3 1 0 /2 6 / 5

0 0 : 8 1 3 1 0 /2 6 / 5

0 0 : 0 3 1 0 2 / 7 / 5

0 0 : 6 3 1 0 2 / 7 / 5

0 0 : 2 1 3 1 0 /2 7 / 5

0 0 : 8 1 3 1 0 /2 7 / 5

0 0 : 0 3 1 0 2 / 8 / 5

0 0 : 6 3 1 0 2 / 8 / 5

0 0 : 2 1 3 1 0 /2 8 / 5

0

0 0 : 8 1 3 1 0 /2 8 / 5

40

s o c i rm é T W k

PLANTA SOLAR “PUKARA DE HATUR” RESULTADOS

Potencia Salida Planta Solar (muestra de 3 días) 80 80 70 75 60 70

40 60

s o c i m rT é

30 55

W k

50 65

20 50 10 45 0

40

PLANTA SOLAR “PUKARA DE HATUR” RESULTADOS

Temperaturas 100 90 80 70 60 50

T16 °C

40

T18 °C T19 °C

30 20 10 0 :0 0 1 3 1 0 /2 5 0 1 0 0 / 1 0 :0 5 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 5 1 3 1 0 /2 5 0 / 1 0

0 :0 0 2 3 1 0 /2 5 0 / 1 0

0 :0 1 1 3 1 0 /2 5 0 2 0 0 2 0 / 2 0 :0 1 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 6 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 6 1 3 1 0 /2 5 0 / 2 0

0 :0 1 2 3 1 0 /2 5 0 / 2 0

0 :0 2 1 3 1 0 /2 5 0 3 0 0 3 0 / 3 0 :0 2 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 7 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 7 1 3 1 0 /2 5 0 / 3 0

0 :0 2 2 3 1 0 /2 5 0 / 3 0

0 :0 3 1 3 1 0 /2 5 0 4 0 0 4 0 / 4 0 :0 3 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 8 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 8 1 3 1 0 /2 5 0 / 4 0

0 :0 3 2 3 1 0 /2 5 0 / 4 0

0 :0 4 1 3 1 0 /2 5 0 5 0 0 5 0 / 5 0 :0 4 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 9 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 9 1 3 1 0 /2 5 0 / 5 0

0 :0 0 1 3 1 0 /2 5 0 6 0 0 6 0 / 6 0 :0 0 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 5 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 5 1 3 1 0 /2 5 0 / 6 0

0 :0 0 2 3 1 0 /2 5 0 / 6 0

0 :0 1 1 3 1 0 /2 5 0 7 0 0 7 0 / 7 0 :0 1 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 6 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 6 1 3 1 0 /2 5 0 / 7 0

0 :0 1 2 3 1 0 /2 5 0 / 7 0

0 :0 2 1 3 1 0 /2 5 0 8 0 0 8 0 / 8 0 :0 2 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 7 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 7 1 3 1 0 /2 5 0 / 8 0

0 :0 4 1 3 1 0 /2 5 0 / 4 1

0 :0 9 1 3 1 0 /2 5 0 / 4 1

0 :0 0 1 3 1 0 /2 5 0 5 1 1 5 1 / 5 0 :0 0 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 5 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 5 1 3 1 0 /2 5 0 / 5 1

0 :0 0 2 3 1 0 /2 5 0 / 5 1

0 :0 1 1 3 1 0 /2 5 0 6 1 1 6 1 / 6 0 :0 1 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 6 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 6 1 3 1 0 /2 5 0 / 6 1

0

T20 °C T17 °C

PLANTA SOLAR “PUKARA DE HATUR” RESULTADOS

Temperaturas 100 90 80 70 60 50

T16 °C

40

T18 °C T19 °C

30 20 10 0 :0 0 1 3 1 0 /2 5 0 1 0 0 / 1 0 :0 5 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 5 1 3 1 0 /2 5 0 / 1 0

0 :0 0 2 3 1 0 /2 5 0 / 1 0

0 :0 1 1 3 1 0 /2 5 0 2 0 0 2 0 / 2 0 :0 1 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 6 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 6 1 3 1 0 /2 5 0 / 2 0

0 :0 1 2 3 1 0 /2 5 0 / 2 0

0 :0 2 1 3 1 0 /2 5 0 3 0 0 3 0 / 3 0 :0 2 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 7 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 7 1 3 1 0 /2 5 0 / 3 0

0 :0 2 2 3 1 0 /2 5 0 / 3 0

0 :0 3 1 3 1 0 /2 5 0 4 0 0 4 0 / 4 0 :0 3 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 8 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 8 1 3 1 0 /2 5 0 / 4 0

0 :0 3 2 3 1 0 /2 5 0 / 4 0

0 :0 4 1 3 1 0 /2 5 0 5 0 0 5 0 / 5 0 :0 4 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 9 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 9 1 3 1 0 /2 5 0 / 5 0

0 :0 0 1 3 1 0 /2 5 0 6 0 0 6 0 / 6 0 :0 0 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 5 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 5 1 3 1 0 /2 5 0 / 6 0

0 :0 0 2 3 1 0 /2 5 0 / 6 0

0 :0 1 1 3 1 0 /2 5 0 7 0 0 7 0 / 7 0 :0 1 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 6 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 6 1 3 1 0 /2 5 0 / 7 0

0 :0 1 2 3 1 0 /2 5 0 / 7 0

0 :0 2 1 3 1 0 /2 5 0 8 0 0 8 0 / 8 0 :0 2 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 7 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 7 1 3 1 0 /2 5 0 / 8 0

0 :0 4 1 3 1 0 /2 5 0 / 4 1

0 :0 9 1 3 1 0 /2 5 0 / 4 1

0 :0 0 1 3 1 0 /2 5 0 5 1 1 5 1 / 5 0 :0 0 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 5 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 5 1 3 1 0 /2 5 0 / 5 1

0 :0 0 2 3 1 0 /2 5 0 / 5 1

0 :0 1 1 3 1 0 /2 5 0 6 1 1 6 1 / 6 0 :0 1 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 6 3 1 0 /2 5 0 /

0 :0 6 1 3 1 0 /2 5 0 / 6 1

0

T20 °C T17 °C

PLANTA SOLAR “PUKARA DE HATUR” PARA COMPRENDER ANTES DE CONCLUIR REVISEMOS UN POCO DE MARCO TEÓRICO

•Colectores solares de placa plana •Eficiencia de las placas solares •Efecto polvo •Acumulación de energía y despacho de calor 24/7 •Principio de operación de los SST

PLANTA SOLAR “PUKARA DE HATUR” RESULTADOS - ANÁLISIS

Reducción de combustible. Se logró un ahorro de combustible proporcionablemente mayor al esperado, pero menor en términos absolutos. La razón: se sobre-estimó la demanda de consumo energético. Esto porque que el proceso convencional tenía una eficiencia mayor ase la consideró real. Energía Consumida = Cantidad Combustible x PCI x Eficiencia Proceso. Energía Consumida = 140.000 L x 7,15 kWh/L x 80%.

En realidad la eficiencia global del calentador es 73%

PLANTA SOLAR “PUKARA DE HATUR” RESULTADOS - ANÁLISIS

¿Despacho de energía menor al estimado? 

Demanda de energía menor a la estimada

•La planta solar fue diseñada para entregar energía hacia un circuito de caldera, el

cual debía operar con un caudal de 4 m 3/h. En la practica llegó solo a 2,1 m3/h. •Esto srcina un “tapón” al despacho de calor, lo que obliga al sistema a trabajar

en sobre temperatura, lo que baja la eficiencia del campo colector. Eficiencia

de la planta menor a lo esperado.

•Debido a que el campo colector no puede despachar toda la energía, se “sobrecalienta” levemente, pero reduciendo su eficiencia.

PLANTA SOLAR “PUKARA DE HATUR” RESULTADOS - ANÁLISIS

Conclusión 1 Las plantas solares deben s er di mens ionadas una vez s e

teng a certeza del cons umo de energ ía para temperado de electrolito , habiendo sido este proceso optimizado. Es recomendable hacer mediciones de consumo energético mediante un calorímetro, en vez de suponer la eficiencia global de los equipos.

PLANTA SOLAR “PUKARA DE HATUR” RESULTADOS - ANÁLISIS

Conclusión 2 La planta solar no sólo reemplazó el uso de combustible fósil por energía solar, sino que también aportó fuertemente en la

es tabilización del proces o de temperado.

PLANTA SOLAR “PUKARA DE HATUR” RESULTADOS - ANÁLISIS

Conclusión 3 •Las plantas solares son una tecnolog ía confia ble y s eg ura . •El efecto del fuerte polvo y viento propio de la zona no afecta el rendimiento de los sistemas térmicos de placa plana. •Chile debería comenzar a utilizar sus recursos energéticos naturales, renovables y no contaminantes, y en lo posible dejar de consumir combustibles importados y contaminantes.

COLECTORES SOLARES DE PLACA PLANA

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Posición fija, sin piezas móviles

EFICIENCIA DE LAS PLACAS SOLARES

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67,60% 60,99% 10,83%

Mejora un

10,83%

55

70

COLECTORES SOLARES DE PLACA PLANA Y EFECTO POLVO

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A diferencia de los paneles fotovoltaicos y los cilindro parabólico, la pérdida de eficiencia por efecto del polvo en un colector plano no sobrepasa el 3%.

COLECTORES SOLARES DE PLACA PLANA Y EFECTO POLVO

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ACUMULACIÓN DE ENERGÍA Y DESPACHO 24/7

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La energía captada durante el día se acumula en estanques de agua térmicamente aislados, despachar energía también durantepara la noche.

Por cada metro cuadrado de campo colector que se instale, deben almacenarse entre 70 y 150 L de agua, dependiendo del perfil de consumos.

1 m3 de agua = 30 kWh

PRINCIPIO DE OPERACIÓN DE LOS SST

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1 Circuito de carga: (colectores solares) La recirculación se activa la temperatura en los colectores es superior a la temperatura del estanque. 2 Flauta de estratificación: Busca inyectar el fluido caliente del campo colector en la altura justa de forma de maximizar la estratificación del estanque. 3 Circuito de Descarga: (Consumo) La recirculación es 24 hrs, pero el caudal de la bomba se ajusta en función de un variador de frecuencia, el cual es controlado según la temperatura del electrolito.

CURSO TÉCNICO TERMOSOLAR Proyecto Solar año 2 Financiado por Corfo Iquique

José Tapia Jelcic [Gerente General] Marzo 2018