Sistema de Trigeneración Solar Para Operación de Planta Didáctica de Instrumentación y Control de Procesos Industriales

Abstract

El estudio se concentró en la reducción del consumo energético de electricidad, calor y frío con 7 kWh, 4 kWh y 3 kWh respectivamente, para la operación de una planta didáctica de Instrumentación y Control de Procesos Industriales (ICPI), existente en el Centro Industrial de Mantenimiento Integral del Servicio Nacional de Aprendizaje (SENA). La planta ICPI incluye un área de servicios y un área de procesos. El área de servicios contiene dos tanques independientes A y B, los cuales son alimentados con agua potable a 25°C hasta un volumen predefinido. El agua alimentada en el tanque A, se calienta a 70 °C mediante calentador eléctrico y en el tanque B se enfría a 10°C, a través de una unidad de enfriamiento y se almacena para tratamiento posterior en el área de procesos. El área de procesos contiene un tanque cerrado tipo intercambiador de calor, para realizar operaciones manuales y automáticos de control térmico entre los dos fluidos, hasta obtener un valor deseado de temperatura para el fluido bajo prueba. El trabajo realizado consistió en el dimensionamiento de un sistema de trigeneración solar o Combined Cooling Heating and Power (CCHP por sus siglas en inglés), o sea la creación de electricidad, calor y frio a partir de una única fuente de energía renovable como lo es la energía solar, buscando ahorro energético durante la operación de la planta. La metodología aplicada, se fundamentó en tres fases: caracterización del consumo energético; análisis de tecnologías de captación solar térmica y fotónica y finalmente, simulación de dos alternativas de solución basadas en energía solar para la operación de la planta, comparando desempeños energéticos y económicos. Los resultados demostraron que la mejor solución para reducir los costos energéticos de la planta es la implementación de un sistema de trigeneración solar basado en paneles fotovoltaicos.

The study was focused on the electric power consumption, heat and cold with 7 kWh, 4 kWh y 3 kWh respectively, for the Industrial Processes Control and Instrumentations Didactic Plant (ICPI in Spanish), as existing equipment at the Integral Maintenance Industrial Center (CIMI in Spanish) of the Learning National Service (SENA in Spanish). The ICPI plant includes a processes area and a services area. The services area possesses two independent tanks A and B, which are filled by safe water at 25°C until we reach a predetermined volume. The water contained in tank A, is heated to 70°C using an electric heater and in the tank B, water is cooled to 10°C, using a cooling unit, and then, it is stock for a later treatment in the processes area. The processes area has a tank sealed by a heat exchanger, to operate among fluids thermal control of manual and automatic operations until a wanted temperature digit for the tested fluid is obtained. The work consisted of a dimensioning of a solar trigeneration or Combined Cooling Heating and Power (CCHP), meaning electricity creation, heat, and cooling from a unique renewable power source as the solar power is, searching for energy saving during the plant operation. The methodology applied in this study was based on three phases: energy use characterization; thermal and photon solar capture technology analysis, and finally a two-option solutions simulation based on solar energy for the plant operation, comparing energetic and economic performances. The results obtained in this study demonstrated that the best solution to reduce the energetic cost of the plant is the implementation of a trigeneration solar system based on photovoltaic panels.