EOi · 11/07/2012 · http://a.eoi.es/oi Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol mediante planta termosolar CCP, es un proyecto de los alumnos del Master en Energías Renovables y Mercado Energético (MERME) (Madrid) Alexandru Nicolae Cosor Roberto González Fernández Pablo González Viña

1. Proyecto Fin de Máster
Suministro de energía térmica en
la industria del bioetanol mediante
planta termosolar CCP
Año de realización: 2011-2012
AUTORES:
TUTOR:
ALEXANDRU NICOLAE COSOR
Eduardo Zarza Moya
ROBERTO GONZÁLEZ FERNÁNDEZ
PABLO GONZÁLEZ VIÑA
NOMBRE PROGRAMA / Nombre profesor
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2. Índice Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
1. Introducción
2. Tecnología de producción de bioetanol
3. Tecnologías de concentración solar
4. Selección de emplazamiento y evaluación del recurso
5. Demandas térmicas de la planta a estudiar
6. Diseño del captador
7. Diseño planta termosolar
I. Diseño del campo solar
II. Diseño del sistema de almacenamiento
III. Diseño del sistema de intercambio
IV. Diseño del circuito hidráulico
V. Diseño del sistema de control
8. Análisis económico
9.Conclusiones
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3. Capítulo1:
Introducción
NOMBRE PROGRAMA / Nombre profesor
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4. Introducción Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
 Objetivo: sustitución parcial del consumo
de gas en una industria productora de
bioetanol.
 Motivación: La fluctuación del precio del
gas para consumo industrial; motivos
ambientales; adaptación de la tecnología
termosolar a otros usos debido a la
suspensión del RD 661/2007.
 Resultado final: diseño y evaluación
económica de la instalación termosolar
con tecnología CCP para abastecer un
proceso industrial.
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5. Capítulo 2:
Tecnología de producción de bioetanol
NOMBRE PROGRAMA / Nombre profesor
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6. Tecnología de producción de Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
bioetanol mediante planta termosolar CCP
 Bioetanol es un combustible líquido
obtenido mediante procesos
bioquímicos a partir de cereales,
tubérculos y plantas azucaradas.
 A corto plazo los biocombustibles son
imprescindibles para alcanzar
compromisos 2020.
 Sólo el 40 % del parque automovilístico
es de combustión de gasolina.
 Hay 5 plantas de bioetanol en España
con una producción anual de 559 Ml.
 Aún hay cuota de mercado para el
bioetanol hasta alcanzar una cobertura
FUENTE: EurObserv´ER
del 9 % para ésta tecnología.
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7. Tecnología de producción de Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
bioetanol mediante planta termosolar CCP
Etapas proceso molienda en vía
seca:
 Molienda
 Cocción
 Licuefacción
 Hidrólisis
 Fermentación
 Destilación y deshidratación
 Reciclado de levaduras
 Centrifugado
FUENTE: ICM the energy of innovation  Evaporación
 Secado
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8. Capítulo 3:
Tecnologías de concentración solar
NOMBRE PROGRAMA / Nombre profesor
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9. Tecnologías de concentración Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
solar mediante planta termosolar CCP
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10. Capítulo 4:
Selección de emplazamiento y
evaluación del recurso
NOMBRE PROGRAMA / Nombre profesor
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11. Selección de emplazamiento Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
y evaluación del recurso mediante planta termosolar CCP
1. Radiación solar. 2. Producción agraria. 3. Agua disponible.
4. Proximidad ferrocarril. 5. Red hidrocarburos. 6. Calificación del suelo.
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12. Selección de emplazamiento Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
y evaluación del recurso mediante planta termosolar CCP
 Instalación perteneciente a la PSA
de la cuál obtuvimos la serie de
datos meteorológicos está a 20 km.
del municipio de Sevilla.
 Interesa no sólo la cantidad de
radiación sino también la “calidad”
de la misma.
 Serie quinceminutal de datos de
irradiancia directa.
 Comparación entre datos teóricos
de imágenes satelitales (NASA) y
datos obtenidos mediante medición
“in situ” (PSA).
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13. Capítulo 5:
Demandas térmicas de la planta a
NOMBRE PROGRAMA / Nombre profesor
estudiar
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14. Demandas térmicas de la Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
planta a estudiar mediante planta termosolar CCP
Datos de la planta de bioetanol de Abengoa en Babilafuente
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15. Capítulo 6:
Diseño del captador
NOMBRE PROGRAMA / Nombre profesor
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16. Diseño del captador Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
Un captador cilindro parabólico se compone de:
 Reflector cilindro parabólico
 Tubo absorbedor o receptor
 Sistema de seguimiento solar
Fluido de trabajo: Aceite térmico
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17. Capítulo 7:
Diseño planta termosolar
Diseño del campo solar
Diseño del sistema de almacenamiento
Diseño del sistema de intercambio
Diseño del circuito hidráulico
NOMBRE PROGRAMA / Nombre profesor Diseño del sistema de control
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18. Diseño del campo solar Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
Comprobar M
3<M<5
Tin = 295 ºC Cp = Calcular .K
2,435 kJ/Kg Calcular Pérdidas Calcular
ΔH
Fijar Tin y Tout V = 1,465 y
velocidad m/s Pcol-fludio incremento
Tout = 390 ºC ρ =propiedades 3
768,9325 kg/m colector 122,086 kJ/Kg
Fijar Re M = 3,737 Kg/s
flujo másico 456,227 kW de entalpia
Re = 4*105 μ = 1,83*10-4 Kg/m.s
fluido fluido
Calcular el Incremento de
ΔT Calcular
Tout
Nº captadores temperatura en temperatura
Comprobar Re
Re = 409.985 número 48,69 ºC 391,186 ºC
1,951 el captador de salida
de captadores
98 %
Rendimiento
93 %
equipos
98 %
Número de Número filas
46,05
4
2 captadores Potencia útil
Pútil 1 fila Número filas
52
captadores filas paralelo
paralelo
por fila 1824,909 KW
1 fila filas paralelo
paralelo
por fila www.eoi.es

19. Diseño del campo solar Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
57,86 %
Cobertura (%) Cobertura Mensual
120
100
80
60
40
20
0
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20. Diseño del sistema de
almacenamiento
Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
Cantidad sales Volumen Radio Altura
12.098,483 Tn (m3) (m) (m)
Tanque sales caliente 7.600,38 10,655 21,310
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Tanque sales fría 7.335,22 10,529 21,059

21. Diseño del sistema de
intercambio
Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
Cambiador de calor
Generador de vapor
aceite/sales fundidas
Consta de 2 etapas Cambiador carcasa y tubos
 Precalentador  Sales fundidas circulan por la carcasa
 Aceite térmico circula por los tubos
 Evaporador Tabiques deflectores
mejoran “U” y
turbulencia
Se diseña para cubrir una
demanda térmica de 39,387 MWt
durante 24 h/día
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22. Diseño del circuito hidráulico Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
TUBERÍAS
CIRCUITO HIDRÁULICO SISTEMA DE BOMBEO
VASO DE EXPANSIÓN
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23. Diseño del circuito hidráulico Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
ESQUEMA DE TUBERÍAS
LAZO DE CAPTADORES LAZO DE CAPTADORES
TUBERÍAS COLECTORAS
PROCESO
BOMBAS
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24. Diseño del circuito hidráulico Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
DISEÑO DE TUBERÍAS
Velocidad = 1 – 3 m/s
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25. Diseño del circuito hidráulico Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
CÁLCULO DE PÉRDIDAS
LAZO DE CAPTADORES
665.074 Pa
106.648 Pa
PROCESO
101.300 Pa www.eoi.es

26. Diseño del circuito hidráulico Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
BOMBAS
Caudal Total (m3/s) 0,484574
Rendimiento MECÁNICO 0,7
Potencia Mecánica (W) 604.476
Rendimiento ELÉCTRICO 0,97
Potencia Eléctrica (W) 623.171
POTENCIA TOTAL (kW) 625 www.eoi.es

27. Diseño del circuito hidráulico Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
BOMBAS
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28. Diseño del circuito hidráulico Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
VASO DE EXPANSIÓN
VOLUMEN TOTAL
CIRCUITO 384 m3
MASA DE ACEITE
410.666 kg
CIRCULANTE
VOLUMEN A 350 ºC 594 m3
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29. Diseño del sistema de
control
Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
CONTROL DEL CAMPO
SOLAR
CONTROL DEL SISTEMA
SISTEMA DE CONTROL
ACEITE-SALES
CONTROL DEL SISTEMA
DE GENERACIÓN DE
VAPOR
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30. Diseño del sistema de
control
Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
Funcionamiento Solar
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31. Diseño del sistema de
control
Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
Sistema de
Almacenamiento
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32. Diseño del sistema de
control
Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
Sistema de apoyo
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33. Capítulo 8:
Análisis económico
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34. Análisis económico Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
Costes Inversión
Campo Solar 40.959.000 €
Sistema Hidráulico 1.843.000 €
Aceite Térmico 1.467.000 €
Generador de
vapor 11.340.000 €
Sistema de
almacenamiento 23.809.000 €
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35. Análisis económico Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
Costes Inversión
Ingeniería de
Proyecto 3%
Dirección de
Proyecto 3%
Gastos Legales /
Seguros 4%
Imprevistos 1%
IVA 18 %
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36. Análisis económico Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
Cash Flow
Costes Explotación 1.387.000 €
Ahorro de GN 5.844.000 €
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37. Análisis económico Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
Viabilidad Económica
Payback VAN TIR
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38. Análisis económico Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
Análisis de
sensibilidad
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39. Capítulo 9:
Conclusiones
NOMBRE PROGRAMA / Nombre profesor
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40. Conclusiones Suministro de energía térmica en la industria del bioetanol
mediante planta termosolar CCP
 Disminución del consumo de combustibles fósiles (57,8 %)
 Orientación N-S
 Punto de diseño
 Importancia de los sistemas de control
 Necesidad de apoyos públicos
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41. Proyecto Fin de Máster
Suministro de energía térmica en
la industria del bioetanol mediante
planta termosolar CCP
Año de realización: 2011-2012
AUTORES:
TUTOR:
ALEXANDRU NICOLAE COSOR
Eduardo Zarza Moya
ROBERTO GONZÁLEZ FERNÁNDEZ
PABLO GONZÁLEZ VIÑA
NOMBRE PROGRAMA / Nombre profesor
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