6. Energias Renovables y Eficiencia Energetica - JOSE IGNACION PEREZ

Energas renovables y eficiencia energtica una

poltica de emprendimiento al interior del SENA

Objetivos

Intercambiar y divulgar las diferentes experiencias que desde el SENA C.E.A.I. se

viene desarrollando en eficiencia energtica y el uso de energas renovables

aplicadas en la formacin profesional y los procesos industriales de la regin.

Objetivos especficos:

Divulgar las experiencias temticas de formacin de 17 instructores del Sena en el pas Vasco.

Mostrar los equipos y laboratorios adquiridos por el Sena

Intercambiar experiencias de proyectos de energas renovables y eficiencia energtica que el Sena viene desarrollando en la regin: Unidad de Servicios de

energas renovables USER, una experiencia con jvenes rurales;

Precalentamiento de agua para la caldera de la planta de procesos industriales

del taller 24 del CEAI utilizando energa trmica solar; Energa trmica solar

aplicada en la cocina industrial de Puerto Inrida.

17 Instructores

Transferencia Tecnolgica y Pedaggica

Eficiencia Energtica

Energa Solar Trmica

Energa Solar Fotovoltaica

Energa mini Elica

Energa pico Hidrulica

Pedaggica

Diseo e

Instalacin

Introduccin

Demanda de EE. Espaa

Demanda energtica Colombia

Sistema interconectado

Oportunidad

Condiciones naturales !

El Pas Vasco como referente en Energas

Renovables

En el ao 2008, las renovables han supuesto el 20% de la electricidad

consumida, lo cual sita a Espaa como el

primer pas europeo en energa

termoelctrica, el segundo en elica y

fotovoltaica y el tercero en mini-hidrulica.


Renovables

Al finalizar el ao 2008, las renovables tenan una

potencia instalada en el conjunto del Estado de 31.101

MW y generaban 73.900 empleos directos. La elica

presentaba una potencia instalada de 16.549 MW,

encaminndose hacia los 20.000 MW en el ao 2010. El

sector, formado por unas 700 empresas, genera 38.000

puestos de trabajo y un I+D+i de 175 millones anuales.


Renovables

clster de la energa

Euskadi (el Pas Vasco) cuenta con un tejido tecnolgico, industrial y financiero de primer nivel -Iberdrola, Gamesa, Petronor, MCC,

Sener, Guascor, Tecnalia, IK4, IDOM, el propio ente vasco de la

energa EVE y el CIC EnergyGune; entidades financieras como el

BBVA o la BBK, que participan en el clster de la energa- para

convertirse en una referencia en el mbito de las renovables.


Renovables

La produccin energtica limpia representa el 4,4% del

total en Euskadi.

La Comisin asign diferentes objetivos obligatorios a

cada Estado para poner en prctica los acuerdos

alcanzados en marzo de 2007 por los lderes europeos:

una reduccin de un 20% de los gases de efecto

invernadero respecto a los niveles de 1990; un 20% de

renovables y un 10% de biocarburantes para el transporte.

Todos estos objetivos deben lograrse en 2020.


Renovables

En Euskadi, la adaptacin a este escenario exigir

ingentes inversiones y unos cambios profundos tanto en la

estructura productiva como en los hbitos de consumo. La

contribucin de las renovables en 2006 a la demanda

elctrica en el Pas Vasco fue de 4,5% prcticamente la

mitad del peso porcentual que tiene en el resto del Estado

(8,7%). La meta en el Plan de Lucha Contra el Cambio

Climtico es que alcance el 15% de la demanda elctrica

en 2010.


Renovables

Otras medidas aprobadas para impulsar el uso de fuentes renovables consisten en reforzar el apoyo a

las instalaciones de energa solar como fuentes de

produccin elctrica, de modo que sumen una

capacidad de 10,7 MW instalados; disponer de 175 MW

instalados para generar energa hidroelctrica, y el

desarrollo de nuevas tecnologas, como las vinculadas a

la geotermia, la energa de las olas (mareomotriz)...

Sobre educacin energtica en el Pas Vasco

A lo largo 2002-2004 los centros de enseanza secundaria pblicos del Pas Vasco fueron equipados con

instalaciones solares fotovoltaicas para la generacin de

energa elctrica de forma limpia y eficiente. Todo este

proyecto forma parte de un convenio entre el

Departamento de Educacin, Universidades e

Investigacin del Gobierno Vasco y el Ente Vasco de la

Energa, EVE.

Sobre educacin energtica en el Pas Vasco

Los 60 centros dotados de instalaciones solares en esta tercera fase en el 2004 se distribuyen por territorios histricos de la siguiente

manera: 8 centros en Araba, 28 en Bizkaia y 24 centros en Gipuzkoa,

lo cual supone 170 nuevas instalaciones solares. Para la seleccin de

los centros se han tenido en cuenta criterios de distribucin por

territorios, poblacin estudiantil y, adicionalmente, la disponibilidad en

los institutos de la red informtica PREMIA. Red promovida por el

Gobierno Vasco, que permite visionar de forma remota la informacin

referente al equipamiento solar y realizar de esta forma un seguimiento

continuo de generacin, potencia etc.

Energa y desarrollo sostenible

Ayudas pblicas a la inversin

Incentivos fiscales a la explotacin de biocarburantes

Primas a la generacin de electricidad con fuentes renovables

Plan de Energas Renovables 2005-2010

Plan de Fomento de las Energas Renovables 2000-2010

Compromisos de Espaa (Protocolo de Kioto, Plan Nacional de Asignacin)

Plan de Accin 2005-2007 de la Estrategia de Ahorro y Eficiencia Energtica

Plan de Energas Renovables 2011-2020 (Informe de previsin)

Espaa prev que en 2020 EERR 22,7% Energa Final 42,3% Generacin Elctrica

La captacin solar directa, por medio de ingenios fabricados por el ser humano, podemos dividirla en tres tipos, a saber: 1.-captacin trmica pasiva.

2.-captacin trmica activa.

3.-captacin fotovoltaica.

Olas Elica Hidrulica

CAPTACIN SOLAR

DIRECTA FOTNICA TRMICA

Fotoqumica Fotovoltaica

Arquitectura solar pasiva

Solar trmica

Solar Fotovoltaica Fotoqumica Biomasa

Activa Pasiva

CAPTACIN SOLAR INDIRECTA

Introduccin

Consideraciones

Sena C.E.A.I. Ing. Jos Ignacio Prez Chaparro

Diseo de CSP eficientes

Durante el presente ao, el Sol arrojar sobre la Tierra cuatro mil

veces ms energa que la que vamos a consumir.

Colombia, por su privilegiada situacin y climatologa, se ve

particularmente favorecida ya que sobre cada metro cuadrado de su suelo inciden al ao ms de 1.500 kilovatios-hora de energa. Esta

energa puede aprovecharse directamente, o bien ser convertida

en otras formas tiles.

Ing. Jos Ignacio Prez Chaparro

Legislacin Ambiental



Temario


Energa Solar Trmica


Energa mini Elica


Pedaggica

Energa Solar Trmica (EST) - Colector Solar

EST

Componentes

Sistema de apoyo

EST

Home Energy Report 2008 - 2009

Agua Caliente Sanitaria (ACS)

EST

E = m*Ce*T Vivienda 5 personas 200 l/da

E = 200*1.16*(60-13)= 10 KW/da*365=3.65MW/ao

147 viviendas = 540 MW

Capacidad Instalada en Betania 540 MW

EST

ACS

Viviendas

multifamiliares

Viviendas

unifamiliares

Sector

Terciario

Calentamiento de Piscinas

EST

Suelo Radiante

EST

Calor de proceso

Industria alimentaria: Productos lcteos, bodegas, envasadoras, jugos

y conservas vegetales, industria del

pan, pastelera

Industria textil: fabricacin y tratamiento de tejidos, tintado

Industria qumica: Cosmticos, productos farmacuticos, detergentes

Industria agropecuaria: Invernaderos, secaderos, sacrificio de

ganado, preparacin y conservas

crnicas

EST

Energa Termosolar

Plataforma Solar de Almera EST

50 5.000

5.000 6.000

6.000 7.000

7.000 8.000

8.000 9.000

9.000 10.000

10.000 12.500

12.500 15.000

15.000 17.500

17.500 20.000

Mas de 20.000

ZONA IV ZONA VPISCINAS

CUBIERTAS

Tabla 2.1 (HE4)

Tabla 2.3 (HE4)

ZONA I ZONA II ZONA III

CONSUMO ACS

(l/da a 60C)

70

70

70

70

70

70

70

70

70

70

ZONA V

APORTACION SOLAR (%) CON COMBUSTIBLE FOSIL

ZONA II

7055

ZONA IVZONA III

70

70

70

70

70

70

70

60

65

70

70

70

70

70

70

70

50

55

61

63

65

70

70

7070

70

30

35

45

5230

30

30 65

52

30

30

ZONA I

35

45

30

30

30

30

7030 30 50 60

EST

Temario


Energa Solar Trmica


Energa mini Elica


Pedaggica


Generacin de Electricidad

ESFV

Solar Fotovoltaica

Conexin a Red

Home Energy Report 2008 - 2009

Autnomos

ESFV

Solar Fotovoltaica

Home Energy Report 2008 - 2009 ESFV

Huertas Solares

Capacidad Instalada de 300 KW

27 seguidores

ESFV

Temario


Energa Solar Trmica


Energa mini Elica


Pedaggica

Potencia Elica en Europa

Teorema de Betz

59%

Potencia del Aerogenerador

Pa = V3 Cp r2 (W)

Cp: Coeficiente (0.1 a 0.45) V: velocidad del viento R: radio de la pala

Energa Elica

Mini Elica

Autnomos

Conexin a Red

Recursos naturales complementarios

Hbridos

Temario


Energa Solar Trmica


Energa mini Elica


Pedaggica

Energa hidroelctrica

Qu es? Transformacin de la energa presente en un curso de agua en energa

elctrica para su transporte y utilizacin.

ENERGA

PRIMARIA

Potencial Cintica Oscilatoria

Energa hidroelctrica

Breve historia En el siglo XVIII, el matemtico Euler propuso la ecuacin bsica de las turbomquinas

hidrulicas. Basndose en ella, y en mltiples ensayos prcticos, Fourneyron construy, en

1827, la primera turbina hidrulica.

Esquema de la turbina Fourneyron

A partir de entonces, se propusieron y construyeron

mltiples diseos, de los que han sobrevivido los ms

efectivos, conocidos por los nombres de sus diseadores:

Pelton, Francis, Kaplan, Banki.

1881 Primera planta hidroelctrica

Desarrollo de la tecnologa elctrica

Desarrollo del alternador (Tesla)

Transporte en alterna (AEG)

1892

Seccin de alternadores con turbina

hidrulica en Niagara Falls

Fundamento

gmtc

hQkWP ***8.9][

7.05.0

Aforo caudal

Salto

Potencia Generada tpica para sistemas PCH

Componentes de una picocentral hidroelctrica

Pico Hidrulica

Potencias menores a 10 KW Ingeniera Inversa Bomba Turbina Motor - Alternador

Ejemplo 1.

Aplicaciones

200 W

15 PSI 10.5 m altura 6 lps

Generador de imn permanente 24 V

Produccin mensual 144 KWh

Ejemplo 2.

Aplicaciones

10 kW

90 m altura

275 metros de tubera forzada 10 cm.

22 lps

Turbina Pelton

Ejemplo 4. Turbina de reaccin

Aplicaciones

Oscillating Water Column (OWC)

http://www.daedalus.gr/OWCsimulation2.html

Temario


Energa Solar Trmica


Energa mini Elica


Pedaggica


Transversal

Problemas en Espaa Auditoria Energtica

Gestor Energtico


Auditoria Energtica


Recibos y registros

de datos

Eficiencia Energtica Sustitucin de Lmparas

Automatizacin de la Iluminacin

5403

Micro-cogeneracin

Dachs G5.5

14,5 kW trmicos

5,5 kW elctricos

Iluminacin

Calentamiento eficiente de agua para la planta de

procesos industriales del C.E.A.I. empleando

energa trmica solar

Ing. Jos Ignacio Prez Chaparro



Procesos Industriales



El desarrollo sustentable y sostenible

para mantener un crecimiento sostenible y equitativo, garantizando un suministro de energa a largo plazo, hace falta un incremento de la eficiencia energtica, la bsqueda de otras fuentes de energa renovables y un cambio en el sistema organizacional y cultural global.

Sena C.E.A.I. Ing. Jos Ignacio Prez Chaparro Diseo de CSP eficientes

Descripcin de la planta de procesos industriales del C.E.A.I.

Planta de

servicios Planta auxiliar

Planta de

procesos



Planta de servicios



Planta auxiliar



Planta de Procesos



Planta de procesos



Planta de intercambio trmico



Formulacin del problema

En la actualidad la planta didctica de procesos industriales del taller 24 del Sena CEAI cuenta con un sistema de precalentamiento de agua, que se utiliza para alimentacin de la caldera, con un sistemas trmico solar que no desarrolla la eficiencia requerida para el proceso y requiere mejoras en la utilizacin del rea equivalente de acuerdo a la radiacin solar y la posicin de acuerdo a la ubicacin geogrfica, de esta forma no cumple con aspectos de inclinacin especificados y su construccin es rgida que evita experimentacin por su poca modularidad.



Formulacin del problema



Topologa de sistemas SCP

Sistema con acumulacin y tanque de reposicin



Objetivos

Objetivo General

Disear, construir y poner en servicio, un sistema de calentamiento de agua, empleando energa solar, en la planta didctica de procesos industriales del taller 24 del Centro de Electricidad y Automatizacin Industrial del SENA CEAI, de la ciudad de Cali Valle Colombia Sur Amrica.

Emplear materiales y procedimientos de ingeniera adaptados a nuestro medio, para hacer viable el uso de la energa solar y promover su uso, realizando anlisis de prefactibilidad financiera que sustente la rentabilidad del proyecto.

Elaborar un procedimiento sistmico de diseo y calculo matemtico y fsico de los CSP que permita la experimentacin, anlisis y evaluacin de eficiencias energtica comparativa para plantas de procesos industriales.



Resultados esperados Resultados Directos.

Estado del arte en el diseo e implementacin de sistemas trmicos solares Apropiacin de conocimientos en las tcnicas para el desarrollo y construccin de

sistemas solares y el uso de energas alternativas para sus requerimientos y necesidades.

Metodologa estructurada para el diseo, dimensionamiento y construccin de sistemas trmicos solares aplicados con materiales de bajo costo, logrando mxima eficiencia y aplicando procedimientos de ingeniera propia.

Diseo, instalacin y puesta en marcha del sistema trmico solar Implementacin de sistemas de medicin y control apropiados para la integracin

del sistema con las plantas de procesos industriales, ubicados en el taller 24 del CEAI.

Anlisis y estudio de prefactibilidad financiera Un artculo publicado en una revista nacional o internacional.



Resultados del proyecto Resultados Indirectos

Fortalecimiento en la utilizacin de energas alternativas de bajo costo, en el diseo y construccin de CSP y acumuladores y aplicacin real en procesos industriales, la cual es una lnea de investigacin aplicada que el Sena C.E.A.I promueve desde la Subdireccin.

Proporcionar recursos y casos de estudio para la formacin de los estudiantes del Sena, universidades e instituciones tecnolgicas y de postgrado de la Universidades de la regin.

Proporcionar a la industria local y nacional alternativas para el mejoramiento en eficiencia y calidad de sus procesos.

Participacin en congreso nacional o internacional. Compromiso y relacin con el sector productivo a travs de alianzas con la

empresa IGT ingeniera total, empresa reconocida.

Realizacin de un Seminario de energas alternativas dirigido a Pymes.



Las Pymes el mercado Objetivo Por ser las mayores generadoras de empleo, representan mas

del 95% de las empresas del pas, proporcionan cerca del 65% del empleo y generan mas del 35 % de la produccin nacional.



Esta tecnologa es empleada ampliamente en otras latitudes, con resultados satisfactorios. Por lo tanto, la viabilidad tcnica y financiera del uso de la energa solar para calentamiento de agua, est comprobada. Es importante adaptar esta tecnologa a las condiciones regionales y particularmente a los esquemas de produccin de los diferentes procesos industriales y de aquellas zonas alejadas o de frontera donde los recursos del estado son limitados, y que es factible para Pymes como industrias de alimentos, hoteles ecolgicos, Plantas medicinales, trapiches paneleros, entre otros.

.

Aplicaciones en zonas de frontera



Innovacin y desarrollo tecnolgico

Este proyecto pretende fortalecer la investigacin, aplicacin y desarrollo de energas alternativas reales y alcanzables para los procesos industriales.

Adems de lo anterior, los aspectos novedosos a resaltar de proyecto se encuentran definidos por:

Se dispondr de una herramienta sistmica para la experimentacin, anlisis y evaluacin de sistemas trmicos CSP.

Se implementaran sistemas de medicin y control integrados con los sistemas supervisorio con los que cuenta hoy la planta didctica de procesos industriales del taller 24.



Pertinencia e Impacto

Reduccin de consumo de combustibles El principal objetivo del proyecto, es reducir el consumo de combustibles fsiles

empleados para el calentamiento del agua y la produccin de vapor.

Con la reduccin del consumo de gas, se lograr reducir la produccin de gases contaminantes tales como NOx, SO2, CO, entre otros.

Reduccin de costos de produccin Tambin se reducirn los costos de produccin por reduccin de compras de

gas. La medicin y evaluacin de la reduccin de costos mostrara una razn ms para que la industria mejore la competitividad de la empresa



MODELO El proyecto ser un prototipo que servir de modelo de pruebas para futuras implementaciones dentro de las Pymes y para propsitos acadmicos en el Sena. El objetivo a corto y mediano plazo, es lograr un mejoramiento continuo del proyecto, por medio de un seguimiento tcnico permanente durante los primeros meses de implementacin. Una vez se haya logrado un alto desempeo de la infraestructura instalada, se intentar reproducir el proyecto en otras centros del Sena. Para permitir los ajustes y mejoramientos del proyecto, este se debe disear con la suficiente flexibilidad y accesibilidad que permita los cambios propuestos que vayan surgiendo.

Pertinencia e Impacto



Conciencia ambiental

El uso de un energtico limpio, servir para modificar la cultura ambiental e impactar el inconsciente colectivo de todas las personas involucradas en los procesos productivos, gremio que histricamente se ha considerado contaminante.



Impacto en la formacin

El Sena fortalece y crear cursos de energas alternativas como:

Tecnlogo en diseo y desarrollo de sistemas trmicos solares.

Tcnico instalador de CSP

Tecnlogo analisista de prefactibilidad financiera de sistemas trmicos solares.



Creacin de empresa

La formacin de sus estudiantes que tendrn la capacidad de proponer proyectos de creacin de empresa en el fondo emprender en temas como:

Empresa de diseo y construccin de CSP. Diseo de sistemas electrnicos de medicin y control

para sistemas trmicos solares. Empresa de servicios de mantenimiento e instalacin

de sistemas trmicos solares. Servicios de anlisis y prefactibilidad de proyectos de

energa renovables.



Actualmente no existe en la regin un sistema trmico solar didctico modular demostrativo que utilice energas

limpias de bajo costo, una razn ms por la cual es

necesario la implementacin de este sistema para la

experimentacin, anlisis, demostracin y evaluacin

practica de ahorro y eficiencia energtica que impacte el

inconsciente colectivo.



El SENA dispondr de una metodologa sistmica para el diseo, construccin y montaje de sistemas trmicos solares CSP desarrollados con materiales de bajo costo y de alta eficiencia.



Este proyecto demostrar que es posible reducir los aportes contaminantes a la vez que se logran reducciones de costos de produccin.



El proyecto es el punto de partida para nuevas implementaciones e investigaciones de energa alternativa que brinden soluciones ptimas, planteadas desde el SENA, a problemas reales de sus procesos y que impulse en el sector Pymes al cambio cultural y metodolgico hacia la utilizacin de sistemas trmicos solares y uso eficiente de las

energas renovables.



DESCRIPCIN DEL PROYECTO AMBIENTAL

USER

Enmarcado en el programa jvenes rurales emprendedores, cuyos propsitos son entre otros atenuar la migracin del campo a la ciudad,

generar desarrollo sostenible en el medio rural, Innovar y difundir nuevas

tecnologas y promover la creacin de empresas con valor agregado en el

medio rural, Aumentar la productividad y disminuir el desempleo en el

sector rural y generar condiciones para que la poblacin vulnerable tenga la

posibilidad de incorporarse en actividades productivas de la regin, como

trabajadores o mediante la gestin de proyectos productivos asociados al

proceso formativo.

PROYECTO AMBIENTAL USER

El objetivo de este proyecto es desarrollar una planta de servicios que

provea de energa elctrica, agua caliente, y calefaccin a las unidades

productivas en la zona rural que permita el desarrollo de una granja

autosuficiente y automatizada, haciendo que el proceso productivo sea

ms competitivo al reducir los costos de produccin inherentes al proceso

productivo.

PROYECTO AMBIENTAL USER

OBJETIVOS.

General.

Desarrollar una Unidad de servicios Industriales, que estn Basados en el Uso de Energas Renovables y el Uso Racional de Energas para unidades productivas rurales.

Especficos.

Diseo Unidad de servicios Industriales, que estn Basados en el Uso de Energas Renovables y el Uso Racional de Energas.

Adquisicin de materiales para la construccin de la Unidad de servicios Industriales, que estn Basados en el Uso de Energas Renovables y el Uso Racional de Energas.

Construccin Unidad de servicios Industriales, que estn Basados en el Uso de Energas Renovables y el Uso Racional de Energas.

Instruir a las comunidades rurales en el uso eficiente de la energa y su generacin desde el aprovechamiento de los recursos disponibles, haciendo nfasis en el uso de

energas renovables.

Sistema de Generacin de Biogs

Consta de un sistema de digestin anaerobia de residuos orgnicos, biodigestor, con capacidad para

almacenar 100m3, con vlvulas, filtro de cidos, caja de

mezcla, entrada y salida de efluentes, sistema de

distribucin de gas.

Generacin de calor

Consta de sistemas de distribucin de gas para hacer combustin y generar llama que puede ser usada para cocinar, alumbrar y para

calentamiento de recintos a travs de reflectores de calor. 1 m3 de

gas tiene un poder calorfico de 4.500 a 5.600Kcal. Esto representa

un potencial de produccin de alrededor de 150.000kcal x da

Sistema de Generacin de energa Elctrica

con Biogs.

El diseo del sistema de generacin de energa elctrica a travs del uso de biogs como combustible, consiste en el

aprovechamiento del biogs que se usa como combustible de

reemplazo de la gasolina, para la generacin de energa elctrica.

Sistema de tratamiento de Aguas Servidas y

obtencin de abono orgnico.

Como resultado de los procesos de produccin de ganado se generan residuos slidos y lquidos (estircol y orina) y agua usada

para los menesteres de la finca (lavado), el uso del biodigestor

permite una primera fase de limpieza de aguas, el agua resultante

puede ser usadas como abono orgnico a cultivos de peces y

agricultura con excelentes resultados. El biodigestor propuesto tiene

una capacidad de tratamiento de 9m3 de aguas servidas x dia.

Sistema trmico solar.

El diseo del Sistema Estndar de Calentamiento trmico solar de Agua, consta de los equipos y materiales para elevar, en forma

directa por radiacin solar, la temperatura del agua entre 30 y 55

C.

Sistema de riego automatizado.

Un cultivo es un agrosistema con fines de produccin; depende del

hombre procurar mantener en equilibrio sus factores, para obtener

ms cantidad y mejor calidad. Por esto se ha diseado un sistema

de riego automatizado piloto, que ayudara a mejorar el proceso

productivo, este sistema se provee para su funcionamiento de la

energa que se genera en la planta elctrica y fotovoltaica.

Cocina Industrial con Energa trmica

solar

Rio inirida

Cocina industrial Puerto Inrida

CSP en tejado

Unidad de intercambio trmico ACS

Prueba y resultados

Muchas



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