Repositorio Institucional de Documentos

-II- ÍNDICE RESUMEN ........................................................................................................................... I ÍNDICE ................................................................................................................................ II Índice de figuras ................................................................................................................. V MEMORIA ........................................................................................................................... 1 1.OBJETO DEL PROYECTO .............................................................................. 2 1.1Motivación ..................................................................................................... 2 1.2Objeto ............................................................................................................ 2 2.DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA ................................................................... 3 2.1Descripción de consumos y equipos ............................................................. 4 3.MEMORIA DESCRIPTIVA ................................................................................ 6 3.1Conceptos teóricos de la cogeneración ........................................................ 6 3.1.1Introducción ........................................................................................... 6 3.1.2Clasificación de los sistemas de cogeneración ..................................... 7 3.1.3Elementos básicos de un sistema de cogeneración ............................ 10 3.1.4Aplicaciones ......................................................................................... 23 3.1.5Cogeneración en España .................................................................... 25 3.2Normas y legislación ................................................................................... 26 4.METODOLOGÍA Y ANÁLISIS ........................................................................ 27 4.1Procedimientos ........................................................................................... 27 4.2Análisis de consumos ................................................................................. 28 4.2.1Necesidades térmicas .......................................................................... 28 4.2.2Necesidades eléctricas ........................................................................ 33 5.ELECCIÓN DE EQUIPOS Y CÁLCULOS ...................................................... 35 5.1MACI ........................................................................................................... 35 5.1.1Introducción ......................................................................................... 35 5.1.2MACI: Ciclos reales ............................................................................. 36 -III- 5.2Turbinas de gas .......................................................................................... 40 5.2.1Tipos de turbinas de gas ...................................................................... 41 5.2.2Recuperación de calor ......................................................................... 42 5.3Máquinas de absorción ............................................................................... 43 5.3.1Introducción ......................................................................................... 43 5.3.2Principio de funcionamiento ................................................................. 44 5.3.3Tipos de máquinas de absorción ......................................................... 50 5.3.4Requisitos de funcionamiento .............................................................. 54 5.3.5Consideraciones finales ....................................................................... 54 5.3.6Acoplamiento de una máquina de absorción a una instalación de cogeneración ............................................................................................................. 55 5.4Elección de equipos .................................................................................... 57 5.4.1Máquina de absorción .......................................................................... 57 5.4.2Generador ............................................................................................ 58 5.4.3Cálculos con los nuevos equipos ......................................................... 62 5.4.4Clasificación de la instalación .............................................................. 65 5.4.5Tramitación de la instalación ............................................................... 72 6.ESTUDIO ECONÓMICO ................................................................................ 73 6.1Situación actual ........................................................................................... 73 6.2Planta de Trigeneración .............................................................................. 73 6.3Cálculo de los parámetros económicos de la inversión .............................. 74 6.3.1Resumen inversión inicial: ................................................................... 74 6.3.2Flujo de caja: Ingresos y costes anuales ............................................. 75 6.3.3VAN, TIR y periodo de recuperación ................................................... 76 6.4Conclusiones ............................................................................................... 77 7.ESTUDIO DE SEGURIDAD ........................................................................... 78 7.1Alcance del estudio ..................................................................................... 78 7.2Finalidad del estudio ................................................................................... 79 7.3Medidas de Seguridad previas a la realización de las obras ...................... 80 -IV- 7.3.1Protecciones contra incendios ............................................................. 80 7.4Servicios de las obras: ................................................................................ 81 7.5Análisis de riesgos y prevenciones ............................................................. 82 7.5.1Instalaciones ........................................................................................ 82 7.5.2Maquinaria ........................................................................................... 83 7.6Obligaciones del Promotor .......................................................................... 85 7.6.1Coordinadores en materia de Seguridad y salud ................................. 85 7.7Plan de Seguridad y Salud en el trabajo ..................................................... 86 7.8Obligaciones de contratistas: ...................................................................... 87 7.9Obligaciones de los trabajadores: ............................................................... 88 7.10Derechos de los trabajadores .................................................................. 89 7.11Paralización de los trabajos ..................................................................... 89 7.12Disposiciones mínimas ............................................................................ 89 8.ANEXOS ......................................................................................................... 90 8.1Máquinas de refrigeración por absorción .................................................... 90 8.2MACI ........................................................................................................... 94 9.REFERENCIAS .............................................................................................. 99 PLIEGO DE CONDICIONES .......................................................................................... 100 10.OBJETO ....................................................................................................... 102 10.1Ejecución de la instalación .................................................................... 102 10.2Control, inspecciones y pruebas en fábrica ........................................... 103 10.3Seguridad .............................................................................................. 104 10.4Mantenimiento ....................................................................................... 105 10.5Conclusión ............................................................................................. 105 PRESUPUESTO ............................................................................................................. 106 11.EQUIPOS ..................................................................................................... 108 11.1Motor ..................................................................................................... 108 11.2Máquina de refrigeración ....................................................................... 109 11.3Intercambiadores ................................................................................... 110 -V- 11.4Nuevas instalaciones y puesta en marcha ............................................ 111 11.5Resumen Presupuesto .......................................................................... 112 PLANOS ......................................................................................................................... 114 Índicedefiguras Figura 1: Emplazamiento de la empresa ERVISA..................................................... 3 Figura 2: Esquema de la planta ERVISA .................................................................. 4 Figura 3: Esquema general de un sistema de cogeneración .................................... 7 Figura 4. Distribución de la potencia producida en España a 31 Enero 2013......... 25 Figura 5. Distribución de la potencia producida en España en 2009 ..................... 25 Figura 6: Fotografía de la caldera de gasoil ............................................................ 28 Figura 7: Esquema del circuito de aceite térmico actual ......................................... 30 Figura 8: Esquema del circuito de ACS actual ........................................................ 31 Figura 9. Esquema del circuito de frío actual ......................................................... 32 Figura 10. Consumo eléctrico por meses ................................................................ 33 Figura 11: Ciclo Otto real. ....................................................................................... 37 Figura 12: Valor medio de la temperatura (ºC) en diferentes partes del motor ....... 38 Figura 16. Funcionamiento genérico de un ciclo de refrigeración por absorción .... 45 Figura 17. Diagrama de presión frente a temperatura ............................................ 46 Figura 18. Ciclo de refrigeración con economizador ............................................... 47 Figura 19. Ciclo de refrigeración con amoniaco ...................................................... 48 Figura 20. Configuración de un GAX ...................................................................... 49 Figura 21. Máquina de doble efecto de Br-Li .......................................................... 51 Figura 22. Máquina de doble efecto de amoniaco .................................................. 52 Figura 23. Esquema de los gases de escape ......................................................... 62 Figura 24. Esquema del circuito de agua caliente .................................................. 63 Figura 25. Esquema del circuito de agua fría .......................................................... 64 Figura 26. Precios medios mensuales EUROPEX .................................................. 66 -VI- - 1 - MEMORIA Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 2 - 1. OBJETODELPROYECTO 1.1 Motivación La principal motivación de este estudio nace de la necesidad de implantar un sistema de aprovechamiento de la energía de una manera más eficiente en la empresa ERVISA, para lo cual se aplicarán a un caso real los conocimientos adquiridos a lo largo de mi formación como Ingeniero Técnico Industrial. Con el objetivo de minimizar la inversión inicial, en el proyecto se aprovecharán los equipos e instalaciones existentes. El proyecto implantado supone el beneficio tanto de la sociedad, al obtener un mayor aprovechamiento de la energía y su consiguiente beneficio medioambiental al minimizar el consumo de combustible, como de la empresa al obtener un beneficio económico a largo plazo. Todo esto se realizará con el menor coste posible manteniendo unos niveles de calidad, y con el objetivo de mejorar la eficiencia global del proceso. 1.2 Objeto El objeto de este proyecto es mejorar la eficiencia energética de la planta ERVISA de Zaragoza, especificando las condiciones técnicas y económicas que habrá que ajustarse. Para ello, se realizará un estudio energético de la planta, y analizando las tecnologías y equipos existentes, se seleccionará la más adecuada para la instalación. Así se cubrirán las necesidades de calor y frío que tiene la planta, aprovechando a su vez para producir electricidad, lo que dará una mayor rentabilidad. Además se llevará a cabo un estudio de seguridad y salud, para poder llevar a cabo todos los cambios en la planta mientras esta siga a pleno rendimiento, además de indicar aquellos aspectos que tengan importancia en la seguridad de los trabajadores una vez que la nueva instalación se ponga en marcha. Por último, se realizará un estudio económico de la nueva instalación, para comprobar que se trata de un proyecto económicamente atractivo, y rentable a largo plazo. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 3 - 2. DESCRIPCIÓNDELAEMPRESA ERVISA Zaragoza es una empresa con sede en la localidad de La Puebla de Alfindén (Zaragoza), dedicada a la producción de films retráctiles de alta calidad, para envase y embalaje de artículos de consumo, así como la impresión de films plásticos por indicación del cliente. Figura 1: Emplazamiento de la empresa ERVISA La planta dispone de 5 naves de 4500 m² en total, en una de las cuales se acondicionará el espacio necesario para la instalación que aquí se proyecta. Una de las naves sirve como almacén de materia prima, con una parte refrigerada para el almacenamiento del producto terminado, ya que al ser un material retráctil, el aumento de temperatura puede hacer que el material pierda sus propiedades. En esta nave también se encuentra el muelle de carga. Tres de las naves están destinadas a la producción, cada una de ellas destinada a un producto diferenciado, poliolefinas, pvc retráctil e impresión. Otra de las naves es donde se encuentran los vestuarios, aseos y sala de control en la planta baja, y las oficinas en las dos superiores. La nave en la que actualmente se haya la caldera y el compresor es donde realizaríamos la instalación de los equipos que en este proyecto se van a seleccionar. La zona de oficinas, que a su vez se divide en administración, producción, comercial, marketing e I+D+I, y gerencia, trabaja de lunes a viernes en horario partido de mañana y tarde. La zona de producción trabaja a modo de cuarto turno de forma ininterrumpida durante largas temporadas, haciendo descansos de varios días según sean periodos vacacionales o de mantenimiento de la instalación. Por ello, las necesidades de energía pueden fluctuar bastante en función de la hora y la época del año. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 10 - de contaminantes y mayor eficiencia que si se produjeran estos tres productos separadamente. Hay diferentes métodos para adaptar un sistema de cogeneración convencional con una máquina de refrigeración, bien sea de absorción (usando el calor para generar frío) o por compresión (utilizando la cogeneración para impulsar el compresor). La trigeneración puede aplicarse a todas las aplicaciones de la cogeneración. 3.1.3 Elementosbásicosdeunsistemadecogeneración Los sistemas de cogeneración consisten en los siguientes elementos básicos [2]:  Impulsor primario  Generador  Sistema de recuperación de calor  Sistema de control  Sistema de transmisión y distribución de energía eléctrica y térmica. 3.1.3.1 Impulsorprimario El impulsor primario o motor primario es una máquina o mecanismo que convierte energía en trabajo [2]. Los motores primarios utilizados comúnmente en instalaciones de cogeneración incluyen turbinas de vapor, turbinas de gas, microturbinas y motores alternativos de combustión interna. Su principal función es convertir la energía liberada por un combustible en energía mecánica. Esta potencia generalmente se usa para accionar un generador eléctrico, pero también puede ser utilizado para propulsar otros tipos de aparatos mecánicos. Las pilas de combustible representan otro tipo de aparatos de conversión de energía que se utiliza a veces en sistemas de cogeneración. A pesar de que las pilas de combustible no producen energía mecánica son capaces de convertir la energía del combustible en electricidad por medio de un proceso electroquímico que no implica la combustión del combustible. Seleccionar un impulsor primario que se adapte bien a los requisitos de una aplicación particular requiere el conocimiento de su diseño y de las propiedades de operación así como de sus posibles aplicaciones. A continuación se presentan los principales tipos de impulsores primarios en sistemas de cogeneración. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 11 - Turbinas de vapor La cogeneración con turbina de vapor produce energía mecánica aprovechando la expansión del vapor de alta presión generado por una caldera convencional. Este sistema genera menos energía eléctrica por unidad de combustible que la turbina de gas (aproximadamente un 15%); en contraste, la eficiencia global del sistema es superior (85 - 90%) que la de la turbina de gas (75%). Estos sistemas se usan en las instalaciones que necesitan 4 veces o más energía térmica que energía eléctrica. Las turbinas de vapor se clasifican en:  Turbina de vapor a contrapresión. La turbina de vapor a contrapresión envía el vapor que sale de la turbina directamente al proceso.  Turbina de extracción-condensación. Permite que una parte del vapor se extraiga en uno o varios puntos de la turbina antes de la salida al condensador. Así, produce vapor de proceso en varias presiones.  Turbina de condensación. En la turbina de condensación el vapor expandido pasa al condensador a una presión normalmente menor a la presión atmosférica. Turbinas de gas Las turbinas de gas son los impulsores primarios más utilizados para plantas de cogeneración de gran tamaño (1-100 MWe). En las turbinas de gas se quema el combustible en una cámara de combustión, los gases generados pasan a la turbina para convertir su energía térmica en energía mecánica, la cual puede utilizarse directamente para propulsar compresores, bombas, etc., o bien se convierte en energía eléctrica usando un alternador. Los gases generados tienen una temperatura de 450 a 550ºC, lo que hace de las turbinas de gas impulsores primarios muy adecuados para sistemas con demanda de calor de alta temperatura. Los gases de escape pueden ser usados para:  Procesos de secado.  Producción de vapor a media o baja presión (8-18 bar).  Generar agua caliente (T>140ºC).  Generar vapor a alta presión en una caldera de recuperación de calor para impulsar una turbina de vapor. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 12 - Microturbinas Las microturbinas son pequeñas turbinas de gas, capaces de suministrar energía eléctrica desde unos 30 kW, en conexión en paralelo a la red o en isla, como una fuente independiente de energía. Constituyen una solución efectiva, alternativa o complementaria a la instalación de nuevas plantas de producción de energía eléctrica. Tienen un bajo nivel de emisiones y de ruido, y el reducido peso y dimensiones de la instalación, favorecen su colocación en lugares de reducido espacio, o en lugares sensibles a la contaminación acústica o medioambiental. Se pueden clasificar según su configuración en eje simple o doble eje, siendo más sencillas en funcionamiento y mantenimiento las de eje simple, además de tener un menor consumo de combustible con un mayor aprovechamiento de los gases de escape. También se clasifican en sistemas de ciclo simple o regenerativo, siendo las de ciclo simple las más utilizadas debido a su coste inferior. El uso de microturbinas ofrece un gran número de ventajas respecto a otras tecnologías de producción de energía a pequeña escala, como pueden ser los motores de gas natural:  Menor número de partes móviles.  Tamaño compacto.  Menor peso.  Alta disponibilidad.  Menor nivel de emisiones.  Vida operativa más larga. Las principales aplicaciones de las microturbinas son:  La microcogeneración: en lugares donde necesitan la generación de energía eléctrica y térmica a pequeña escala, o como apoyo en una red de cogeneración mayor.  Vehículos de transporte: principalmente en vehículos híbridos en combinación con un motor térmico de diesel o gasolina.  Aplicación directa del calor: utilización directa de los gases de escape para calefacción de invernaderos, o en procesos de secado, favorecido por la alta temperatura de los gases de escape, > 270ºC. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 13 - Motores alternativos de combustión interna La cogeneración con motores alternativos de combustión interna produce la mayor generación eléctrica por unidad de combustible consumido (34% a 40%); sin embargo es más difícil utilizar la energía térmica que producen puesto que generalmente es a bajas temperaturas y se distribuye entre los gases de escape y los sistemas de refrigeración del motor. Los motores y sus aceites de lubricación necesitan refrigeración, esto proporciona una fuente de calor recuperable, pero es generalmente a baja temperatura y no siempre es útil. En muchas aplicaciones el calor se recupera mediante un sistema en serie entre los circuitos de refrigeración y los gases de escape, produciendo una única salida de calor, generalmente agua caliente a unos 100ºC. El calor de los gases de escape es siempre de alta calidad (<400ºC), sin embargo representa únicamente la mitad del calor total producido por el motor. La energía térmica de los MACI se suele aprovechar para producir:  Vapor (≤15 bar) utilizando los gases de escape y agua caliente (85-90 ºC) aprovechando el calor del sistema de refrigeración;  Producción de agua caliente a 100ºC, utilizando toda la energía térmica del motor;  Uso directo de los gases para procesos de secado;  Generación de aire caliente. Pilas de combustible Las pilas de combustible suponen un enfoque completamente diferente de producción de electricidad comparado con las tecnologías de impulsores primarios convencionales. Las pilas de combustible se parecen a las baterías en que producen electricidad a través de un proceso electroquímico sin combustión directa del combustible. A diferencia de las baterías que producen potencia a partir de una cantidad finita de energía almacenada, las pilas de combustible pueden operar indefinidamente, si se proporciona una fuente de combustible continua. Como sistemas de conversión de energía las pilas de combustible tienen un montón de ventajas:  Alta eficiencia.  Buenas características a carga parcial.  Diseño modular y flexibilidad de tamaño. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 14 -  Bajo impacto medioambiental.  Emisión de calor residual adecuado para cogeneración.  Rápida respuesta a cambios de carga. Ya que la tecnología de pilas de combustible es relativamente nueva, los costes de capital actuales son bastante altos. Pueden proporcionar eficacias cercanas al 80%, siendo un 50% de aprovechamiento eléctrico, y el resto como térmico. La operación con pilas de combustible es muy sensible a ciertos contaminantes que pueden estar presentes en los combustibles, como es el azufre. La Tabla 1 recoge las principales características de los diferentes tipos de motores primarios para los sistemas de cogeneración. Impulsor primario Turbina de vapor Turbina de gas Microturbina MACI Pila de combustible Diesel Otto Capacidad (MW) 0.05 - >250 0.5 - 250 0.03 - 0.35 0.03 - 4 0.05 - 5 < 0.2 Relación W/Q 0.05 - 0.2 0.5 -2 0.4 - 0.7 0.5 - 1 0.5 - 1 1 Coste de instalación (€/kW) 200 - 1000 400 - 1800 1300 - 2500 900 - 1500 900 - 1500 2800 - 5500 Costes de mantenimiento (€/kWh) < 0.002 0.003 - 0.01 <0.018 0.005 - 0.0015 0.007 - 0.02 0.007 - 0.02 Tiempo de revisión (h) >50000 12000 - 50000 5000 - 40000 25000 - 30000 24000 - 60000 10000 - 40000 Tiempo de arranque Horas Minutos Minutos Sg Sg Horas ηtotal (HHV) 70% - 85% 70% - 75% 65% - 75% 70% - 80% 70% - 80% 65% - 80% ηeléctrica (HHV) 20% - 40% 22% - 36% 18% - 29% 27% - 45% 22% - 40% 30% - 36% Disponibilidad 100% 90% - 98% 90% - 98% 90% - 95% 92% - 97% 90% Ruido Alto Alto Moderado Alto Alto Bajo Tiempo de vida ≥ 30 años 30000 - 100000 h 40000 - 80000 h 15 - 25 años 15 - 25 años 10 años Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 15 - Operación a carga parcial Buena Pobre Satisfactoria Buena Buena Buena Usos preferentes del calor recuperado Calor de proceso, Agua caliente Vapor de baja y alta presión Calor de proceso, Agua caliente Vapor de baja y alta presión Calor de proceso, Agua caliente Vapor de baja presión Agua caliente Vapor de baja presión Agua caliente Vapor de baja presión Agua caliente Vapor de baja presión Temperatura calor recuperado(ºC) Depende de la extracción 260 - 593 204 - 315 82- 482 82 - 648 60 -115 Modo de operación Loadtracking Baseloaded Baseloaded Loadtracking Peak shaving Base-loaded Loadtracking Peak shaving Baseloaded Loadtracking Peak shaving Emerg. Baseloaded Loadtracking Peak shaving Emerg. Base-loaded Load-tracking Principales aplicaciones Ciclo superior, inferior y combinado Trigener. Cogener. Ciclo superior y combinado. Trigener. Cogener. Ciclo superior y combinado. Trigener. Cogener. Ciclo superior y comb. Trigen. Cogenr. Ciclo superior y comb- Trigener. Cogener. Ciclo superior Tabla 1: Características de los impulsores primarios para aplicaciones de cogeneración (Sistemas que operan al menos 8000 h/año) 3.1.3.2 Equiposderecuperacióndecalor Los equipos de recuperación de calor se usan en los sistemas de cogeneración para capturar la energía térmica generada en los motores primarios y otras fuentes de calor y para hacer disponible el calor recuperado para usos útiles [2]. Extrayendo la energía térmica de las corrientes de gases de escape y de los circuitos de refrigeración, los equipos de recuperación de calor reducen el consumo de combustible incrementando la eficiencia energética global. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 16 - Las unidades de recuperación de calor se clasifican en dos tipos:  Unidades de recuperación de calor sin combustión  Unidades de recuperación de calor con combustión 3.1.3.2.1 Unidadesderecuperacióndecalorsincombustión Las unidades de recuperación de calor sin combustión se usan en sistemas de cogeneración para extraer el calor emitido por el impulsor primario. Este calor residual puede estar contenido en los gases de escape o en los circuitos de refrigeración. Los gases de escape de las turbinas de gas o de los MACI contienen gran cantidad de calor recuperable, sin embargo hay que tener en cuenta que parte de este calor no se puede recuperar por las siguientes razones:  Para lograr una eficaz transferencia de calor la temperatura de los gases de escape tiene que mantenerse por encima de la temperatura del fluido que se quiere calentar. La diferencia de temperaturas que se usa típicamente en el diseño de calderas de recuperación de calor es de entre 5 a 10ºC.  Para asegurar el adecuado flujo de los gases de escape bajo cualquier tipo de condiciones climatológicas, la temperatura de la corriente de gases debe ser lo suficientemente alta para permitir a los gases subir desde el punto de descarga hasta la atmósfera y facilitar su dispersión. Cuando el combustible contiene azufre, la temperatura de los gases de salida debe ser lo suficientemente alta para evitar que condensen derivados del azufre que puedan crear problemas de corrosión (>150ºC) El calor latente del vapor de agua presente en los gases de escape puede ser recuperado si se disminuye la temperatura de los gases por debajo de 100ºC, pese a que es posible diseñar condensadores parciales para este fin, las tres condiciones anteriores se tienen que seguir teniendo en cuenta. HRSG, Calderas de recuperación de calor Son el elemento encargado de aprovechar la energía de los gases de escape, transformándola en vapor. Con posterioridad, ese calor puede transformarse en electricidad por una turbina de gas, ser utilizado en procesos industriales o en sistemas de calefacción centralizados. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 17 - Las calderas de recuperación de calor pueden clasificarse en calderas con o sin postcombustión, en calderas horizontales o verticales, y también por el numero de veces que el agua pasa a través de la caldera. Recuperadores Un recuperador es un intercambiador gas-gas diseñado para extraer el calor de una corriente de gases de escape y usarlo para precalentar el aire de entrada al combustor. Los recuperadores se suelen usar en algunas turbinas de gas y en muchas microturbinas, donde precalientan el aire comprimido que entra a la cámara de combustión. De esta manera reducen la cantidad de combustible necesario para alcanzar la temperatura de entrada a la turbina, aumentando la eficiencia mecánica del ciclo. Los recuperadores son caros y su uso no se justifica a no ser que la turbina opere un gran número de horas a carga completa cada día y el coste del combustible sea relativamente alto. Regeneradores Un regenerador es un intercambiador de calor gas-gas en el cual el calor se transfiere indirectamente, ya que un medio de almacenamiento de calor es expuesto alternativamente a las corrientes de gas caliente y frío. En principio, el aire que se alimenta a una turbina de gas puede ser precalentado en un regenerador usando el calor recuperado de los gases de escape, pero diferentes motivos tanto técnicos como económicos restringen la aplicación generalizada de este tipo de intercambiadores en sistemas de cogeneración de turbina de gas. Sistemas de refrigeración en ebullición Estos sistemas de refrigeración se usan para refrigerar los motores alternativos de combustión interna. El principio de operación de estos sistemas se basa en la utilización de la circulación natural de un refrigerante en ebullición como el agua destilada para extraer calor. Ya que únicamente se evapora una parte del refrigerante, la recuperación de calor tiene lugar a temperatura y presión constante. A la salida del motor, el refrigerante pasa por una cámara flash donde el vapor se separa para ser utilizado en el proceso, mientras que el resto de refrigerante se recircula al motor. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 18 - Sistemas de refrigeración por circulación forzada Son los sistemas más utilizados para refrigerar los motores alternativos de combustión interna. Su principio de operación se basa en extraer el calor del motor incrementando la temperatura del refrigerante sin que haya un cambio de fase. A diferencia de los sistemas de refrigeración en ebullición, en este tipo de sistemas utiliza una bomba para impulsar el refrigerante a través de un circuito cerrado. El calor recuperado por el refrigerante es transferido a otro medio bien en un intercambiador líquido-aire o bien en uno líquido-líquido. Aftercooler Un aftercooler es un intercambiador de calor gas-líquido (aire-agua) que extrae calor del turbocompresor de un MACI. El agua (refrigerante) suele salir del intercambiador a una temperatura máxima de unos 70ºC, por lo que este calor de tan bajo nivel térmico tan sólo puede aprovecharse para precalentar el agua de entrada a una caldera o bien para aplicaciones del proceso que demanden agua caliente. Intercambiadores de calor Otros tipos de intercambiadores de calor, además de los que se acaban de exponer, son utilizados también en sistemas de cogeneración. Los usos habituales de intercambiadores de calor en cogeneración son:  Calentar aire para climatización a partir de agua caliente o vapor.  Enfriar aire para climatización.  Precalentar aire (cámara combustión) o agua (caldera) con los gases de escape de las turbinas de gas o de los MACI, o bien con el refrigerante de una pila de combustible 3.1.3.2.2 Unidadesderecuperacióndecalorconcombustión Las unidades de recuperación de calor con combustión desempeñan dos roles de gran importancia en las plantas de cogeneración, sirven de intercambiadores de calor y de sistemas de combustión [2]. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 19 - Calderas de recuperación de calor con encendido suplementario Los gases de escape de las turbinas de gas contienen tanto calor sensible como un contenido de oxígeno del 15% o superior. Esta mezcla caliente rica en oxígeno es susceptible de ser utilizada como comburente para quemar cierta cantidad de combustible adicional en este tipo de elementos. De esta manera se consigue aumentar la temperatura de los gases de escape desde unos 540ºC hasta unos 980ºC. El contenido de oxígeno en los gases de escape de un MACI no suele ser mayor al 8%, por lo que estos gases normalmente no pueden soportar una combustión adicional. Calderas convencionales Calderas para uso industrial, comercial o institucional se diseñan principalmente para usar la energía química de un combustible en aumentar la temperatura del agua, para que pueda ser utilizada en el proceso y en aplicaciones de calefacción. En sistemas de cogeneración una caldera puede ser utilizada para generar vapor utilizando el calor de los motores junto con otra fuente auxiliar de energía, de tal manera que se genere más vapor con menos combustible. En estos casos, las calderas se suelen denominar calderas de recuperación. Las calderas de recuperación se clasifican principalmente en: calderas pirotubulares (gases) y acuatubulares (agua). El calor emitido por el impulsor primario puede ser utilizado para aumentar la temperatura del agua que se alimenta a la caldera o para calentar el aire que se alimenta al quemador de la misma. 3.1.3.3 Generadores Los generadores convierten la energía mecánica procedente del eje de un motor rotativo en electricidad [2]. Pueden ser síncronos o asíncronos, siendo la velocidad del rotor y el estator igual en el síncrono, y desfasada en el asíncrono. Un generador síncrono puede operar aislado de otras plantas de generación de electricidad y de la red. Este tipo de generador puede continuar suministrando potencia durante fallos de la red y por esto pueden actuar como generadores de emergencia. Un generador asíncrono puede operar únicamente en paralelo con otros generadores, normalmente la red. La unidad puede cesar de operar si se desconecta Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 26 - 3.2 Normasylegislación[3] En los últimos años, el crecimiento que las tecnologías incluidas en el régimen especial ha permitido superar con creces en 2010 los objetivos de potencia instalada previstos en el Plan de Energías Renovables 2005-2010 para la tecnología eólica y en particular para las tecnologías solar termoeléctrica y solar fotovoltaica. En este plan se establecía un consumo del 12,1 por 100 de la energía primaria consumida sea abastecida por las energías renovables, además de una producción eléctrica con estas fuentes del 30,3 por 100 del consumo bruto de electricidad. Actualmente el gobierno ha elaborado un nuevo Plan de Energías Renovables para 2011-2020, dentro de un marco europeo. Para España, estos objetivos se concretan en que las energías renovables representen un 20 por 100 del consumo final bruto de energía, con un porcentaje en el transporte del 10 por 100, en el año 2020. Esta superación de los objetivos ha puesto de manifiesto un desequilibrio entre los costes de producción y el valor de las primas, suponiendo un sobrecoste para el sistema en concepto de primas. Por ello a principios de 2012, el gobierno aprobó el Real Decreto ley 1/2012, de 27 de Enero, por el que se procede a la suspensión de los procedimientos de pre-asignación de retribución, y a la supresión de los incentivos económicos para nuevas instalaciones de producción de energía eléctrica a partir de cogeneración, fuentes de energía renovables y residuos. De igual modo este Real Decreto Ley, suspende los anteriores Real Decreto 1578/2008 de 26 de Septiembre, y Real Decreto 661/2007 de 25 de Mayo que establecían las tarifas reguladas y los complementos por eficiencia para empresas productoras de energía eléctrica dentro del régimen especial. En el año 2013 el gobierno ha emitido un nuevo Real Decreto Ley 2/2013, de 1 de Febrero, en el que establece las retribuciones que deben percibir las empresas productoras de energía pertenecientes al régimen especial. Con estas retribuciones el gobierno tiene la intención de ajustar el marco eléctrico en España, ya que en los últimos años la asignación de retribuciones y primas a los productores de energía eléctrica creaba un desajuste entre el coste de la producción de energía y los ingresos obtenidos. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 27 - 4. METODOLOGÍAYANÁLISIS 4.1 Procedimientos Para poder llevar a cabo el proyecto que aquí se presenta se han de seguir unos pasos que se van a explicar a continuación. En primer lugar debemos analizar todos los consumos energéticos que tiene la planta, tanto eléctricos como las necesidades de calor y frío que tiene los distintos procesos e instalaciones. Por un lado para saber las necesidades eléctricas de la planta, se dispone de las facturas emitidas por Endesa, así se pueden ver los kW eléctricos consumidos mes a mes. Para el circuito de calor, se dispone de los consumos de gasoil a lo largo del anterior año, que junto con las horas de funcionamiento de la impresora, proporcionados por el departamento de fabricación, podemos saber las necesidades térmicas necesarias para un correcto secado de las tintas. En el circuito de frío disponemos de igual manera de las horas de funcionamiento de los distintos equipos, así mismo sabemos la potencia de los equipos instalados actualmente, y que nuestro propósito es sustituirlos por la nueva instalación. Con los datos de las necesidades energéticas bien definidas, será momento de analizar las distintas variantes que nos presenta la tecnología actual, para poder satisfacer todas esas necesidades energéticas de la manera más eficiente, ajustándose a las características de producción que tiene la planta. Así pues en la memoria descriptiva se presentarán todas las opciones existentes, para posteriormente en los cálculos analizar y presentar aquella propuesta que se ajusta mejor, describiendo los cambios a llevar a cabo, así como los nuevos equipos que deberán instalarse. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 28 - 4.2 Análisisdeconsumos 4.2.1 Necesidadestérmicas En primer lugar vamos a calcular las necesidades térmicas que tiene la planta, tanto de calor como de frío, que se corresponden con el circuito de aceite térmico, el circuito de ACS, y el circuito de frío. Actualmente tanto la calefacción como la refrigeración de las dos plantas de oficinas, se realiza con distintos aparatos independientes, por tanto estos aparatos no se van a incluir en el estudio, ya que seguirán consumiendo la misma electricidad, y están incluidos en el consumo eléctrico global de la empresa. 4.2.1.1 Circuitodeaceitetérmico: La planta dispone de una impresora (Galaxy), que necesita un caudal mínimo de aire a una temperatura de 80ºC para poder secar las tintas correctamente. Actualmente, para lograr el aporte de calor suficiente se dispone de una caldera de gasoil, que calienta aceite térmico. Este aceite previamente calentado pasa a través de un intercambiador aceite-aire, calentando así un caudal de aire suficiente para un secado correcto de las tintas. Este caudal de aire es muy importante que sea constante y a una temperatura lo suficientemente caliente para que las tintas se puedan secar inmediatamente después de impregnarse al film plástico, ya que un caudal menor o una temperatura insuficiente hace que todo el material sea inservible y puede provocar averías importantes. La caldera de gasoil de la que se dispone es el modelo ORBUS de la marca Geval. Tiene una antigüedad de 25 años, con una potencia de 465,2 kW, una temperatura de trabajo de 300ºC a una presión de 5 bar. Figura 6: Fotografía de la caldera de gasoil Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 29 - No se dispone de ningún contrato de gasoil con ninguna compañía de carburantes. La empresa tiene un depósito de 2500 litros de capacidad, y cada vez que es necesario su llenado, se contacta con varios suministradores de carburantes, eligiendo aquel que lo oferta a un precio menor. Para poder calcular la demanda de calor que necesita este circuito, se saben los litros consumidos de gasoil sacados de las facturas, y las horas de funcionamiento de la impresora al año. Con estos datos se puede hacer una estimación del calor que debemos aportar. Sabiendo que la productividad de la impresora es de 50 Kg/h, y con los datos del departamento de producción sobre la cantidad de Kg fabricados al mes, podemos hacer una estimación de las horas en las cuales la impresora ha permanecido en funcionamiento. Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Kg fabricados Galaxy 21907 29806 30040 27628 28653 29367 Julio Agosto Septiemb. Octubre Noviembre Diciembre Kg fabricados Galaxy 30510 5731 28308 30562 29720 18818 TOTAL Kg fabricados Galaxy 311050 A continuación se muestra una tabla con los litros de gasoil consumidos al mes, y el coste que ha conllevado, sacados de las facturas mensuales de 2012. Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Litros gasoil 24010,07 32667,37 32923,84 30280,28 31403,68 32186,23 Coste euros 21609,06 30380,65 30948,4 28463,47 28891,39 30576,92 Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Litros gasoil 33438,96 6281,17 31025,56 33495,95 32573,12 20624,52 Coste euros 32101,4 6029,92 29164,03 31821,15 31270,19 20212,03 TOTAL Litros gasoil 340910,8 Coste euros 321465,98 Se puede observar que existen meses en los cuales el consumo de gasoil es menor, eso es debido a que las horas de funcionamiento de la impresora han sido Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 30 - igualmente pocas respecto a otros meses, como consecuencia del menor número de días de trabajo. El mes de agosto la empresa suele parar varias semanas, al igual que parte de diciembre, abril y enero, donde se acumulan varios días de vacaciones. Con los datos que se muestran en las tablas podemos hacer una estimación sobre el consumo de gasoil, saliendo un consumo de 54,8 litros/hora = 0,0152 litros/s Siendo que se estima según el fabricante un rendimiento de la caldera del 85% y el PCI gasoil= 9,98 kWh/l = 35,86 MJ/l. En base a esta información se estima una demanda máxima de 465 kW, asegurando así que todas las necesidades térmicas quedan cubiertas. Figura 7: Esquema del circuito de aceite térmico actual 4.2.1.2 ACS La empresa dispone de un depósito de agua caliente de 100 litros para satisfacer las necesidades de la planta, como pueden ser el uso doméstico de agua caliente en los aseos, y el uso de agua caliente en duchas y aseos en los vestuarios. Actualmente ese depósito se calienta a través de unas resistencias eléctricas, que se disparan cada vez que se utiliza parte del agua del depósito, para mantener continuamente esa cantidad de agua a unos 60ºC. En la nueva instalación se eliminarían las resistencias eléctricas, y sería el calor procedente de la cogeneración el encargado de calentar el depósito de agua caliente. Según el Código Técnico de edificación (CTE-DB HE-4), para una planta de producción se necesitan unos 15 litros por persona y día a unos 60ºC. Lo que supone Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 31 - para una planta de 60 personas el gasto de 900 litros al día. Este código a su vez estima una presión de unos 5 bar para calentadores. Si suponemos una presión de 5 bar, una temperatura de entrada de 20ºC y una temperatura de salida de 60ºC, y sabiendo que el Cp del agua = 4,18 kJ/kgºC, vemos que la diferencia de entalpías son 167,2 kJ/kg. Si tenemos un gasto de 900 litros, tendremos un consumo de 150480 kJ/día. Por tanto se puede estimar que para la futura planta, el aporte térmico de calor que deberá asumir la instalación para el circuito de ACS será de un 1,74 kW. Figura 8: Esquema del circuito de ACS actual 4.2.1.3 Circuitodefrío La planta tiene varias necesidades de frío. Por un lado, se debe refrigerar el agua de las bañeras de las extrusoras, para evacuar rápidamente el calor del plástico extruido, y así obtener buenas propiedades de rotura. Por otro lado parte del almacén debe permanecer refrigerado, ya que el producto final que se haya en el interior es retráctil, y con un calor excesivo puede quedar inservible. Para garantizar estas necesidades de frío, actualmente se tiene una máquina eléctrica de refrigeración. Se trata del modelo RTWB212 del fabricante Trane, es una máquina refrigerada por agua, con una potencia frigorífica de 364 kW. Según la ficha técnica, la máquina de refrigeración tiene una potencia de 88 kWe, que habrá que tener en cuenta cuando se realice el análisis económico. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 32 - A continuación se muestra el esquema general del circuito de frío. Figura 9. Esquema del circuito de frío actual En primer lugar vamos a analizar las necesidades térmicas de frío que tiene cada una de las extrusoras, las dos que producen poliolefina, y las tres que producen PVC. Las cinco extrusoras funcionan al mismo tiempo en la fabricación. La máquina de refrigeración nos aporta un caudal de 14,5 l/s, siendo el caudal de 3,5 litros para cada una de las dos extrusoras de poliolefina, y de 2,3 l/s para las tres extrusoras restantes de PVC. La temperatura de entrada a la bañera de refrigeración es de 7ºC y la de salida es de 12ºC. La potencia térmica de cada una de las dos extrusoras de poliolefina es de 73,15 kW, y el de cada una de las dos extrusoras de PVC es de 48,7 kW. Por tanto, la potencia para la refrigeración de las extrusoras es de 292,6 kW. Los 0,5 l/s de agua refrigerada sobrante se utiliza para la refrigeración del almacén, lo que equivale a una potencia consumida de 10,5 kW, no obstante más adelante se analizará este consumo. La potencia total de frío necesario en la planta es de 303 kW. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 33 - 4.2.2 Necesidadeseléctricas La compañía suministradora de energía eléctrica a la empresa es ENDESA. El punto de conexión otorgado por ENDESA es la Línea de Media Tensión Royales_5 de SET Malpica, a través del Seccionamiento Z05818. Para saber las necesidades eléctricas de la planta nos fijamos en las facturas de electricidad del último año. En la tabla que aparece a continuación se muestran las necesidades eléctricas de la planta mes a mes. Eliminando el mes de Agosto, Diciembre y Enero en el que la planta permanece en tareas de mantenimiento y vacaciones varios días, la media de la potencia eléctrica es de 662 kW. Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio kWh 396732 463879 475201 474213 476887 478553 Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre kWh 483216 93201 481711 479992 473888 245876 TOTAL kWh 5023349 Coste euros 467171,45 Para realizar un cálculo más preciso, y como todos los meses no han trabajado las mismas horas, calcularemos que mes ha tenido mayor consumo de electricidad y lo elegiremos como mes más desfavorable, cogiendo su consumo eléctrico como base para diseñar la instalación. Figura 10. Consumo eléctrico por meses Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 34 - En la figura anterior podemos observar, a partir del consumo eléctrico y las horas de funcionamiento de la planta, que en el mes que más consumo tenemos es en Septiembre, con una potencia eléctrica estimada de 669 kW, dato a partir del cual se diseñará la instalación. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 35 - 5. ELECCIÓNDEEQUIPOSYCÁLCULOS En la instalación que estamos estudiando se van a aprovechar varios equipos ya existentes. La caldera de gasoil y parte de las instalaciones existentes seguirán como elemento auxiliar por si en un momento dado el motor sufre alguna avería, o por si en un futuro se amplían las instalaciones y se necesita mayor aporte calorífico a la instalación. Después de estudiar las opciones que nos presenta el mercado para el sistema de trigeneración que queremos implantar, y la capacidad que tiene la empresa para afrontar una inversión de este calibre. Las dos mejores opciones como generador de electricidad y calor son los MACI y las turbinas de gas. Por otra parte para implantar un circuito de refrigeración que nos permita implantar un sistema de trigeneración, la mejor opción sería una máquina de absorción, que se ayudaría del calor suministrado por el anterior sistema. De esta manera, a continuación vamos a profundizar en el estudio de estas tres opciones, para en apartados posteriores, basándonos en las características de nuestro sistema, elegir los equipos más adecuados para nuestro proyecto. 5.1 MACI 5.1.1 Introducción Los motores alternativos de combustión interna (MACIs) son uno de los equipos considerados para el proyecto. Dado su amplio rango de potencias de trabajo y flexibilidad de operación son especialmente útiles para el sector terciario, donde las potencias demandadas son generalmente inferiores a 5 MWe. En los MACIs, se convierte la energía química de un combustible en energía mecánica que, por conexión directa al eje del motor puede generar energía eléctrica (acoplándolo a un generador eléctrico) o accionar otro tipo de máquina. Debido a las leyes de la termodinámica tiene lugar una producción simultánea de calor. Si este calor es aprovechado se consigue mejorar considerablemente la eficiencia de un proceso que de por sí es bastante baja (en torno al 40%) [4, 5]. A continuación se describe el funcionamiento de un motor, se clasifican sus tipos y se caracteriza mediante sus ciclos termodinámicos y rendimientos. Al final, se hace especial énfasis en el posible aprovechamiento térmico de las distintas corrientes que Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 42 - También se pueden clasificar según su origen en:  Aeroderivativas: han sido adaptadas de los motores de aviación para la industria eléctrica. Son más ligeras y eficientes térmicamente pero generalmente más caras que las diseñadas exclusivamente para aplicaciones estacionarias. Hay turbinas de hasta 50MW de capacidad.  Industriales: son exclusivamente para la generación de energía eléctrica y están disponibles en el rango de 1 a 350 MW. Son más baratas y pueden operar más tiempo entre paradas técnicas, son más adecuadas para operación en continuo base-load con intervalos entre mantenimiento mayores que las aeroderivativas. Otro tipo lo constituyen las microturbinas, con un rango de potencias entre 25 y 350kW. 5.2.2 Recuperacióndecalor Si además de energía eléctrica se requiere calor en el proceso como es el caso de los sistemas de tri/co-generación, los gases de escape de la turbina de gas pueden satisfacer una parte de ese calor necesario. Son unos gases de escape con un contenido en oxígeno más alto que los de los motores alternativos. Las turbinas de gas captan de 3 a 4 veces más aire del requerido para la combustión, con parte de este aire usado para refrigeración de la propia turbina. El aire de refrigeración mezclado con el gas de combustión sale como una corriente limpia, rica en oxígeno y seca a una temperatura de aproximadamente 490ºC. Estos humos se pueden utilizar [4, 5]:  Directamente como una corriente de aire caliente.  En una gran caldera u horno como una fuente de aire de combustión precalentado (estos gases de escape contienen sobre el 16% de oxígeno).  Para calentar un fluido de proceso.  Con postcombustión mediante quemadores en conducto se puede aumentar la capacidad de recuperación de calor y la eficiencia aumentando la temperatura de los gases. Las eficiencias en estos sistemas varían entre el 50 y el 90%. Para los gases que salgan por la chimenea se fija una temperatura mínima de 150ºC para prevenir condensación. Como el gas de salida de la turbina contiene un alto porcentaje de aire en exceso, colocando quemadores de postcombustión o dispositivos similares se tiene un sistema de recuperaciòn de calor. Con este sistema se puede generar vapor y/o agua caliente y permite nivelar la producción de vapor en Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 43 - casos de funcionamiento de la turbina a cargas parciales. El método convencional para controlar la producción de vapor o de agua caliente en el sistema de recuperación de calor es hacer un by-pass alrededor de este dispositivo para la fracción gaseosa que será expulsada directamente por la chimenea. Por último, una opción que no está presente en el diagrama pero que también hay que considerar es la utilización de máquinas de absorción accionadas directamente con los humos de la turbina. Figura 15: Ciclo típico de recuperación de calor en una turbina de gas 5.3 Máquinasdeabsorción 5.3.1 Introducción Los sistemas de absorción no son un descubrimiento reciente, sino que llevan comercializándose desde hace más de 100 años. Actualmente, son cada vez más utilizadas en procesos industriales en los que hay un excedente de flujo de calor, puesto que al contrario que los equipos de compresión, su gasto de energía mecánica (generalmente aportada por la electricidad) es muy pequeño y no producen alteraciones en la curva de demanda, sobre todo en veranos muy calurosos. Esta es una de las razones por las que estos equipos han tomado importancia en el mercado de la refrigeración, tanto para fines industriales como de confort; ya que suponen un ahorro energético y económico considerable [6, 7]. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 44 - Desde el punto de vista medioambiental, las emisiones de los fluidos comúnmente empleados hasta la última década en equipos de compresión, los clorofluorocarbonos (CFC), han sido considerados como los causantes del deterioro de la capa de ozono, además de favorecer el efecto invernadero y el incremento de la temperatura media global del planeta [7]. A pesar de que hoy en día ya no se comercializan equipos de climatización que contengan CFC, los fluidos alternativos más utilizados en la actualidad, los hidrofluorocarbonos (HFC), aún tienen un impacto medioambiental significativo, al menos desde el punto del efecto invernadero. A la vista del crecimiento del mercado del aire acondicionado, y puesto que la red eléctrica tiene unos límites de abastecimiento, los fabricantes de climatizadores, empresarios y compañías energéticas buscan la introducción en el mercado de nuevas tecnologías de climatización más eficientes energéticamente y que permitan un uso racional de las distintas fuentes de energía. Entre las diferentes propuestas realizadas en las últimas décadas, la opción de equipos de climatización accionados por energía térmica y más concretamente a partir de la combustión de gas natural, aparece como la opción más viable. 5.3.2 Principiodefuncionamiento El ciclo termodinámico de enfriamiento por absorción se basa en la necesidad de extraer calor de un foco caliente para conseguir que la sustancia refrigerante pase del estado líquido al de vapor, cuando se le hace pasar de una presión a otra más baja. El vapor producido se disuelve en una masa líquida, y el resto de componentes del ciclo la transportan para poder recuperar el refrigerante y el líquido (agente absorbente) de manera que la evaporación se produzca de una manera continua [6]. Las sustancias que se utilizan en estos sistemas deben cumplir unas ciertas propiedades termodinámicas que justifiquen que son afines y sobre todo que tengan temperaturas de ebullición muy diferentes para que su separación mediante aporte de calor sea más fácil. La sustancia más volátil es la que actúa como refrigerante. Una primera clasificación de estas máquinas se puede hacer en base a la mezcla absorbente-refrigerante utilizada. Las mezclas más utilizadas son las formadas por bromuro de litio (absorbente) y agua (refrigerante) y por amoníaco (refrigerante) y agua (absorbente). Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 45 - 5.3.2.1 Sistemaaguabromurodelitio Este par de sustancias se utiliza principalmente para climatización (aire acondicionado), debido sobre todo al problema de la cristalización del agua por debajo de los 0ºC. Tiene importantes ventajas: el agua, al igual que los refrigerantes, tiene un elevado calor latente de vaporización; el absorbente no es volátil, el sistema trabaja a baja presión, se necesita una baja potencia de bombeo y el agua ni es tóxica ni inflamable. La principal desventaja de estos sistemas es que para la refrigeración de los condensadores se necesita agua, ya que con aire no se alcanzan las temperaturas correspondientes al aire acondicionado. Esto conlleva un problema de erosión por el desprendimiento, dentro de las tuberías de la unidad, del hidrogeno disuelto que el agua puede llevar. Y un aumento de la presión dentro del sistema y como consecuencia una disminución de la eficiencia del ciclo. Figura 16. Funcionamiento genérico de un ciclo de refrigeración por absorción Comenzando el ciclo en el generador, donde lo que se pretende es extraer el refrigerante de la solución líquida, se produce un aporte exterior de energía térmica que provoca que dicha disolución entre en ebullición y el refrigerante se libere en forma de vapor. Este vapor pasa entonces a un condensador que se encuentra a alta presión, donde el refrigerante pasa al estado líquido por la cesión de calor a un fluido exterior. A continuación, fluye a través de una válvula de expansión que evita el paso de vapor del condensador al evaporador. La corriente líquida llega entonces al evaporador, donde el refrigerante pasa a la fase vapor tomando calor de una corriente Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 46 - externa que es el fluido que se pretende refrigerar. La presión de trabajo en este componente es baja, la que corresponda a su temperatura de saturación. Por último, para finalizar el ciclo el vapor entra en el absorbedor, donde entra en contacto con el absorbente procedente del generador, con el fin de disolverse en él. A su salida, se obtiene una solución concentrada en refrigerante, la cual es impulsada hacia el generador por medio de una pequeña bomba. Puesto que el proceso de absorción es exotérmico, la energía liberada es transferida a una corriente externa para no detener dicho proceso de absorción. Para una comprensión más clara del ciclo, éste puede representarse en un diagrama de presión frente a temperatura, el cual muestra la relación de presión y temperatura de un componente respecto a otro. Figura 17. Diagrama de presión frente a temperatura A partir de esta configuración básica se han superpuesto otros componentes con el fin de mejorar el rendimiento térmico y reducir las irreversibilidades internas del ciclo. Una de las variantes, por ejemplo, puede ser la adición de un intercambiador de calor, que recibe el nombre de economizador, que permite mejorar el rendimiento del ciclo debido a la disminución de la carga térmica en el generador y en el absorbedor. De esta manera conseguimos que la solución que se dirige hacia el generador se caliente, y por lo tanto consuma menos calor para llegar a ebullición, y enfriamos la corriente de absorbente que retorna al absorbedor, la cual interesa que esté lo más fría posible, puesto que como se ha dicho antes el proceso de absorción es exotérmico. Esta disposición se puede observar en la Figura 18: Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 47 - Figura 18. Ciclo de refrigeración con economizador 5.3.2.2 Sistemaamoníacoagua Este par refrigerante-absorbente es uno de los más antiguos que se han utilizado en la industria [8]. El amoníaco, como refrigerante, tiene unas buenas características termodinámicas: bajo peso molecular y gran calor de vaporización. Mientras que el agua es barata, no existen problemas de disponibilidad, no es tóxica y tiene una gran afinidad por el vapor amoniaco. Ambos fluidos son mutuamente solubles en un rango muy amplio de condiciones de operación, son altamente estables y compatibles con casi todos los materiales que se encuentran en los sistemas de refrigeración, exceptuando el cobre y sus aleaciones. Probablemente la principal desventaja del sistema amoníaco-agua es el hecho de que el absorbente (agua) es razonablemente volátil, lo que implica que el vapor obtenido en el generador contiene una cierta cantidad de agua. Como resultado el rendimiento del ciclo disminuye, ya que el agua tiende a acumularse en el evaporador y se necesita aumentar la temperatura de éste para evaporarla, reduciéndose por esto el efecto refrigerante. Para evitar la acumulación de agua en el evaporador se utiliza la rectificación, proceso de separación situado a la salida del desorbedor con el objetivo de mejorar la separación entre el amoniaco y el agua. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 48 - En la figura 19 se puede observar un esquema de este tipo de máquinas: Figura 19. Ciclo de refrigeración con amoniaco Los sistemas que utilizan esta mezcla pueden alcanzar temperaturas de entre 0 y -70ºC, por lo que su principal campo de aplicación son los procesos industriales. Al igual que ocurría en los sistemas H2O/LiBr sobre los esquemas de amoniaco también se están investigando mejoras. Una de ellas es el llamado ciclo GAX. El termino GAX se refiere a la inserción de un intercambiador de calor (X) entre el generador (G) y el absorbedor(A) y en algunas ocasiones se llama DAHX, el cual representa un intercambiador de calor(X), entre un desorbedor (D) y un absorbedor (A). Con estas mejoras se pueden alcanzar altas eficiencias con sistemas de un solo efecto. El concepto GAX permite simplificar un ciclo de absorción de dos etapas, pero produciendo la misma eficiencia. La figura 20, representa una configuración de un GAX. En esta figura un absorbedor y un generador se consideran como un intercambiador de calor a contracorriente y hay un fluido secundario adicional, el cual se usa para transferir calor entre el absorbedor y el generador. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 49 - condensador evaporador generador fluido secundario rectificador Pre-enfriador de condensado QI QLQL QH absorbedor Figura 20. Configuración de un GAX 5.3.2.3 ComparaciónsistemasH2O/LiBrfrenteaNH3/H2O Cuando se compara la eficiencia de un ciclo de absorción de simple efecto, para una misma aplicación, utilizando uno y otro fluido de trabajo, se concluye que el sistema H2O/LiBr es más eficiente. El fluido NH3/H2O, por lo general, requiere rectificación, algo que no sucede en el caso del fluido H2O/LiBr. Además, el calor específico del amoniaco es casi el doble que el del agua, por lo que cualquier ineficiencia en los distintos procesos de intercambio de calor que se dan a lo largo del ciclo supone una penalización cuando el refrigerante es amoniaco. Por último, el calor latente del amoniaco es aproximadamente la mitad que el del agua, por lo que en algunos casos se requiere caudales mayores para lograr los mismos efectos que con el sistema H2O/LiBr. Por otro lado, no hay que olvidar los inconvenientes del sistema H2O/LiBr: la posibilidad de cristalización del LiBr y su carácter corrosivo en presencia de oxígeno disuelto; la limitación por la temperatura de congelación del agua, y la necesidad de trabajar en condiciones de vacío, con todos los inconvenientes técnicos que esto supone. Sin embargo, estas desventajas compensan los beneficios que ofrece el sistema H2O/LiBr sobre el de NH3/H2O. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 50 - 5.3.3 Tiposdemáquinasdeabsorción Dentro de estos sistemas, se puede encontrar una primera clasificación según el tipo de fuente de calor por la que es propulsado, y una segunda clasificación según el número de efectos que desarrolla [6]. El término múltiple efecto implica que el calor disipado en la etapa de alta temperatura se suministra en una etapa con una temperatura mas baja, para la generación de un efecto adicional de enfriamiento. El objetivo de utilizar uno de estos equipos es incrementar la eficiencia del sistema cuando se dispone de una fuente térmica de alta temperatura. Aunque se han estudiado absorbedores de dos, tres y hasta cuatro efectos, los más utilizados y accesibles comercialmente son los de simple y doble efecto. Esto se debe a que el incremento de la eficiencia no va unido a un aumento en el número de efectos; además cuanto mayor sea el número de efectos mayor será su complejidad en todos los aspectos (análisis, control…). El ‘motor’ de una máquina de absorción es la fuente de calor que se suministra en el generador, dicha fuente debe tener una temperatura mínima de 90ºC. Dependiendo de que esta energía sea aportada por un fluido térmico o por un proceso de combustión, el generador, será un intercambiador de calor o una caldera. Los equipos que se comercializan utilizan:  agua caliente con una temperatura por encima de esos 90ºC  vapor de agua con una presión mínima de 1 bar  los gases de combustión procedentes de un motor o una turbina, con una temperatura mínima de 250ºC.  el calor generado por el quemado directo de cualquier combustible (gas natural, diesel, queroseno…). Estos últimos reciben el nombre de absorbedores de llama directa.  Dos fuentes de calor diferentes. Estas máquinas combinan el quemado de un combustible y además vapor, agua caliente o gases. A continuación, se van a describir los dos tipos principales de máquinas de absorción. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 51 - 5.3.3.1 Máquinasdesimpleefecto La disposición de un absorbedor de simple efecto es la descrita en el apartado anterior, es decir, la configuración básica. Este tipo de máquinas suelen estar propulsadas por agua caliente, vapor o gases calientes. Y para amoniaco también se pueden encontrar algunos modelos que queman combustible. 5.3.3.2 Máquinasdedobleefecto Estos sistemas, a diferencia de los de simple efecto, trabajan entre los 140 y 170ºC, lo que supone un aumento del rendimiento del equipo. Pero esta mejora se debe también a la adición de un generador y un intercambiador de calor al ciclo básico de simple efecto. Un sistema de doble efecto puede considerarse como una combinación de dos sistemas de absorción de un solo efecto. En estos equipos, el vapor refrigerante que se forma en la zona de alta temperatura se utiliza para calentar la solución que se halla en la parte de baja temperatura donde se ha creado una presión inferior y por lo tanto presenta un punto de ebullición menor. En la figura 19 se puede ver la disposición de los componentes dentro de estos de equipos: Figura 21. Máquina de doble efecto de Br-Li Generador I A bsorbedo r Generador II Evaporado r Condensador Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 58 - Caudal mínimo agua caliente (kgh) 10856 Consumo eléctrico (kWe) 2,5 Coste instalado (euros) 69800 Después de ver la ficha técnica podemos observar que el caudal de agua caliente necesaria será de 10 kg/s, y el salto térmico nominal es de 10ºC, de 98ºC pasa a 88ºC. Como más tarde observaremos, los motores sólo pueden tener un salto térmico de 8,5 ºC en la evacuación de calor, por tanto los gases de escape o una máquina suplementaria deben aumentar la temperatura en 1,5 ºC para el correcto funcionamiento de la máquina de absorción. En este caso la cantidad de calor necesario a obtener de los gases de escape, será la suma del calor del circuito de aceite térmico (465 kW), y el calor necesario para aumentar la temperatura del circuito de agua caliente en 1,5 ºC (66 kW), en total 531 kW. Otro de los aspectos a tener en cuenta es que la actual máquina de refrigeración tiene un gasto de 88 kWe, mientras la máquina de absorción apenas gasta 2,5 kWe, por tanto nuestro consumo eléctrico bajará en 85,5 kWe. No obstante, seguiremos manteniendo este equipo para poder utilizarlo en caso de que la máquina de absorción sufriera alguna avería, como equipo auxiliar, si bien en el estudio económico como en el cálculo del REE, utilizaremos solamente la máquina de absorción para los cálculos. 5.4.2 Generador Después de ver en profundidad los distintos equipos, se observa que para la planta que se presta al estudio se adapta mejor un MACI, ya que presenta mayores ventajas en nuestro caso que las turbinas de gas. En primer lugar la potencia a instalar es relativamente pequeña, las turbinas de gas suelen resultar más rentables en plantas que requieren una potencia mucho mayor. Los MACI tienen un proceso de arranque más sencillo y menos costoso, por tanto cuando existen paradas de producción, una MACI es mucho más rentable a la hora de pararlo y ponerlo en marcha. Los MACI tienen un tiempo de vida más largo, de este modo la rentabilidad no debe ser tan alta como en una turbina de gas. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 59 - El coste de instalación de los MACI es mucho más pequeño que el de las turbinas de gas, siendo éste un aspecto muy importante, ya que la inversión inicial será mucho menor, y dado que la situación económica actual es muy complicada, este aspecto pasa a tener mayor relevancia. Bien es cierto que el coste de mantenimiento de un MACI es mayor que el de una turbina de gas, pero tendrá consecuencias en otros apartados del análisis económico, pero no el la inversión inicial. Otro aspecto importante a favor de la instalación de un MACI, es que en un futuro si la producción de la empresa cayera, el motor podría trabajar a menor carga que la total, pudiendo dimensionarse de nuevo la instalación. Con lo que si se diera esta situación el MACI elegido podría seguir siendo útil en la instalación. En los anexos se presentan varios de los MACI que se pueden encontrar en el mercado. Los tres aspectos en los cuales nos tenemos que fijar para la elección del MACI son la potencia eléctrica nominal, el calor que seremos capaces de extraer de los gases de escape, y el calor a evacuar de las camisas del motor, además del coste que pudiera tener. En el caso que se presenta, la potencia eléctrica necesaria para satisfacer la demanda eléctrica es de 583,5 kWe, el Q necesario de los gases de escape es de 531 kW y el Q necesario del agua de camisas será de 305 kW. Para seleccionar el motor adecuado, se cubrirá toda la demanda de calor y de frío de la planta, sin que para ello tengamos que generar un exceso de electricidad, ya que perjudicaría la eficiencia de la instalación. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 60 - En el siguiente cuadro comparamos estos aspectos de los motores que más se pudieran ajustar con nuestra instalación: Marca Caterpillar Caterpillar Deutz Icogen Modelo G3512FG 750 HT G3512FG 750 TL TBG 2016 V16K D 800 Pot. elec. Nominal (kWe) 709 786 774 815 Q gases de escape hasta 120ºC (kW) 497 547 443 378 caudal agua camisas (kgs) 10 11,5 8,5 13 Q agua de camisas (kW) 764 383 286 442 Después de analizar los MACI existentes, el elegido para la instalación es el modelo G 3512 FG 750TL de Caterpillar, ya que es el que mejor se ajusta al consumo eléctrico y a las necesidades de calor de la planta, ya que con los gases de escape y el calor evacuado de las camisas del motor cubriremos las necesidades de calor de la planta, y la potencia nominal del mismo cubre igualmente las necesidades eléctricas de la planta. El motor puede trabajar a distintos niveles de carga, pero para que el motor cubra las necesidades de la planta, este deberá trabajar al 100% de su nivel de carga. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 61 - A continuación mostramos la ficha técnica del motor elegido con sus características principales: Fabricante Caterpillar Modelo G 3512 FG 750TL Tipo de combustible Gas natural Potencia (Kw) 786 588 389 Nivel de carga 100 75 50 Rendimiento eléctrico (%) 37,1 35,4 32,1 Rendimiento térmico (%) 44 46,9 51,1 Rendimiento total (%) 81,1 82,3 83,6 Tra gases escape (ºC) 518 524 528 Caudal gases escape (Kg/h) 4374 3380 2357 Tra máxima agua camisas (ºC) 99 99 99 Salto térmico máximo (ºC) 8 8 8 Calor a evacuar camisas (kW) 383 350 309 Consumo de combustible (MJ/h) 7614 5988 4309 Coste instalado (euros) 666900 Coste mantenimiento (euros/Mwh) 11,4 Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 62 - 5.4.3 Cálculosconlosnuevosequipos 5.4.3.1 Gasesdeescape Los gases de escape del motor serán utilizados mediante un intercambiador de aire – aceite, para calentar el circuito de aceite térmico de la impresora, encargado de secar las tintas. Este circuito tiene unas necesidades de 465 kW térmicos, por lo tanto los gases de escape que salen a unos 518 ºC y un caudal de 1,215 Kg/s según datos del catálogo proporcionado por el fabricante, saldrán del intercambiador a unos 156ºC. Después de pasar por el primer intercambiador, los gases de escape pasaran por un segundo intercambiador, esta vez de aire-agua, para aumentar la temperatura del circuito de agua caliente en 1,5 ºC. La temperatura de salida de los gases de escape no deberá ser menor de unos 120ºC, para no tener problemas de condensación en el circuito y las chimeneas. Por tanto para llegar a aportar los 66 kW restantes, los gases de escape saldrán a una temperatura de unos 130 ºC. En el siguiente esquema se puede ver el circuito de los gases de escape: Figura 23. Esquema de los gases de escape Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 63 - 5.4.3.2 Circuitodeaguacaliente El circuito de agua caliente será el encargado de aportar el calor necesario a la máquina de refrigeración, al circuito de ACS y a la calefacción de las naves siempre y cuando hubiera un exceso de calor. El calor que necesita el circuito de agua caliente será aportado por el calor evacuado por las camisas del motor y por el intercambiador de agua-aire de los gases de escape . Según el fabricante el calor a evacuar es de 383 kW, con un salto térmico de 8,5ºC, por lo tanto tendrá un caudal de agua de 11,5 Kg/s. En primer lugar el agua entra a la máquina de absorción a 98 ºC y sale a 88 ºC con un caudal de 10 Kg/s, por tanto hay un sobrante de 1,5 Kg/s de agua a 98ºC, que nos pueden aportar una potencia de 58 kW. Parte del caudal de agua caliente sobrante sirve para calentar el agua del depósito del circuito del ACS, cuyo consumo es de 1,74 kW. El resto del caudal agua caliente, antes de volver a pasar por las camisas del motor, podría alimentar un intercambiador destinado a la calefacción de las naves. Siempre que la instalación funcione a pleno rendimiento, el aporte de calor excedente sería como máximo de unos 56 kW tanto para la calefacción, pudiendo ser mayor si la máquina de refrigeración no funcionara a pleno rendimiento. A continuación se muestra el esquema del circuito de agua caliente: Figura 24. Esquema del circuito de agua caliente Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 64 - Circuitodeaguafría La máquina de absorción aporta un caudal según el fabricante de unos 10,5 l/s, ofreciendo agua a 7ºC y recuperando el agua a 14ºC. Parte de este caudal servirá para refrigerar las extrusoras, tanto de poliolefina como de PVC. Como el caudal que ofrece la máquina de absorción es distinto al actual, habrá que recalcular los nuevos caudales que irán a cada extrusora. Para las extrusoras de Poliolefina, cuyo calor a evacuar es de 73,15 kW, habrá que aportar un caudal de 2,5 kg/s a cada una, mientras que a las extrusoras de PVC, con un calor a evacuar de 48,7 kW, el nuevo caudal será de 1,6 kg/s a cada extrusora. La máquina de refrigeración tiene una potencia frigorífica de 302 kW. Como la potencia frigorífica necesaria para las extrusoras es de 292,6 kW, podemos aprovechar la potencia excedente para refrigerar el almacén, teniendo un mínimo de 9,4 kW para este fin siempre que las extrusoras funcionen a pleno rendimiento. Esta potencia es más que suficiente para refrigerar una estancia dentro ya de un edificio aislado de unos 200 m con una temperatura de consigna de 22ºC. A continuación se observa el esquema del circuito de frío: Figura 25. Esquema del circuito de agua fría Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 65 - 5.4.4 Clasificacióndelainstalación Las plantas productoras de energía eléctrica no superiores a 50 MW, pueden clasificarse en instalaciones ordinarias y de régimen especial. Estas últimas requieren de una tecnología con un nivel de eficiencia y ahorro energético considerable, por ello gozan de un marco jurídico y económico beneficioso en comparación con las instalaciones ordinarias. Para poder clasificar los dos tipos de productoras se hace un cálculo con la energía que producen y la que aprovechan en términos anuales. A este cálculo se le conoce como REE, y dependiendo del valor que tenga una instalación se clasifica en un grupo u otro. Tal y como se ha visto en el apartado 3.2, el gobierno elaboró en 2012 el Real Decreto ley 1/2012, de 27 de Enero, en el cual suspende para las nuevas plantas productoras de energía eléctrica el marco jurídico y económico beneficioso. Por tanto la instalación que se presenta en este proyecto no podrá acogerse al régimen especial. Por consecuencia, la electricidad producida sobrante que no se utilice en el funcionamiento de la planta podrá venderse solamente a precio de mercado, mucho menor que el precio otorgado a las empresas acogidas al régimen especial antes del Real Decreto ley 1/2012, de 27 de Enero. Para el análisis económico de la nueva instalación se cogerá como precio de mercado, el precio medio de la electricidad vendida por las instalaciones ordinarias en el año 2012 según la OMIE, (0,04723 €/kWh). Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 66 - Figura 26. Precios medios mensuales EUROPEX No obstante, a expensas de que en un futuro el gobierno vuelva a permitir a nuevas plantas acogerse al régimen especial, se va analizar el REE de la instalación, así como definir donde quedaría clasificada en este supuesto. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 67 - 5.4.4.1 REE El cálculo del Rendimiento Eléctrico Equivalente es el siguiente: 100 82.0             V Q E REE E = Energía eléctrica generada  5696928 kWh/año. Q = Gas natural consumido  15355601 kWh/año. V = Energía térmica aprovechada: 2892765 kWh/año de la impresora. 12611,5 kWh/año del ACS. 2120764,8 kWh/año del circuito de las extrusoras. 225600 kWh/año de la refrigeración. 202500 kWh/año de la calefacción. TOTAL = 5454241,3 kWh. 100 82,0/3,545424115355601 5696928         REE REE = 65 % El rendimiento eléctrico equivalente de la planta es del 65 %. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 74 - Costes anuales: Aquí se analizan los costes que va a tener la nueva planta anualmente, cabe destacar que la electricidad necesaria para la planta la obtendremos de la generada por el MACI. Coste de electricidad: 0 euros Coste mantenimiento motor: 5504 euros Coste gas natural (0,046798 €/kWh): 718611 euros Total gastos anuales: 724115 euros Ingresos anuales Tenemos unos ingresos anuales que provienen de la venta de electricidad sobrante que produciremos con el motor de gas: Venta electricidad: 69320 euros 6.3 Cálculodelosparámetroseconómicosdelainversión 6.3.1 Resumeninversióninicial: INVERSIÓNINICIAL MOTOR666900 MAQUINAABSORCION69800 INTERCAMBIADORES15000 INSTALACION100000 Total851700  Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 75 - 6.3.2 Flujodecaja:Ingresosycostesanuales El ahorro que se obtiene anualmente con la nueva instalación recibe el nombre de flujo de caja, y se obtiene al restar los costes anuales de la instalación actual con los costes que se tendrían con la instalación de cogeneración. Con todo lo anterior, se obtiene un flujo de caja: FlujodeCaja197424€/año Costesplantaactual ELECTRICIDAD477218 GASOIL375001,88 Total852219,88 Costesplantatrigeneración ELECTRICIDAD0 VENTAELECTRICIDAD‐69320 GASNATURAL718611 MANTENIMIENTOMOTOR5504 Total654795 Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 76 - 6.3.3 VAN,TIRyperiododerecuperación A continuación se calcula el VAN de la inversión para una vida útil de la instalación de 20 años. Para ello se considera una tasa de descuento constante del 6%, una inflación del 1 %, y ninguna ayuda económica de la administración para implantar la instalación de trigeneración. Año0 Flujo‐851700 VAN‐ Año20 Flujo197424 VAN1.412.737,73€ La inversión se recupera entre el cuarto y el quinto año, en concreto el periodo de recuperación es 5,14 años. Año6 Flujo197424 VAN119.097,84€ La tasa interna de retorno a 20 años (TIR) es del 21,5 %. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 77 - 6.4 Conclusiones Como se puede ver en el estudio económico la instalación es totalmente viable. Deberíamos realizar una inversión inicial de 851700 euros, la cual recuperaríamos en poco más de 5 años. Viendo los valores del VAN y el TIR se puede considerar que el proyecto tiene una gran rentabilidad, por tanto sería una inversión muy beneficiosa para la empresa. Cabe destacar que habría que analizar como afrontaría una inversión tan fuerte la empresa, ya que en el contexto económico actual, las entidades financieras no facilitan el crédito para este tipo de inversiones. El estudio económico se ha realizado sin tener en cuenta ayudas económicas de la administración. Es importante comentar que el actual marco para implantar un sistema de cogeneración de alta eficiencia como el propuesto es el peor en los últimos años, ya que el gobierno suspendió para nuevas plantas el RD 661/2007 y el RD 1578/2008. Por tanto si se volviera al marco anterior, la inversión sería mucho más rentable, ya que el precio de venta de electricidad sería mucho mayor. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 78 - 7. ESTUDIODESEGURIDAD 7.1 Alcancedelestudio Este estudio contempla los dispositivos de seguridad y medios de higiene específicos para la ejecución del Proyecto. El Real Decreto 1627/1997 establece la obligatoriedad de la inclusión de un Estudio de Seguridad y Salud. El promotor del Proyecto estará obligado a que en la fase de redacción del proyecto, se elabore un estudio básico de seguridad y salud, coherentes con el contenido del Proyecto de ejecución, en el que se desarrollará la problemática específica de seguridad e higiene, con el contenido y características mínimas que se señalan en el Real Decreto. En dicho estudio básico, se contemplarán también las previsiones y las informaciones útiles para efectuar en su día, en las debidas condiciones de seguridad y salud, los previsibles trabajos posteriores. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 79 - 7.2 Finalidaddelestudio La finalidad de este estudio es el establecimiento de las directrices generales y particulares que se presuponen para la prevención de riesgos de accidentes laborales, de enfermedades profesionales, así como daños a terceros, teniendo en cuenta el sistema de ejecución de la obra. Se especifica que debe contemplar:  La identificación de los riesgos laborales que puedan ser evitados, indicando las medidas técnicas necesarias.  La relación de los riesgos laborales que no pueden eliminarse conforme a lo señalado anteriormente, especificando las medidas preventivas y protecciones técnicas para controlar y reducir riesgos valorando su eficacia.  Las previsiones e informaciones útiles en las condiciones de seguridad y salud para efectuar los previsibles trabajos posteriores. Este documento proporciona las directrices básicas a la Empresa contratista para llevar a cabo sus obligaciones en el campo de la prevención de riesgos laborales. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 80 - 7.3 MedidasdeSeguridadpreviasalarealizacióndelasobras En las zonas de obras se dispondrá de una señalización indicando la ejecución de trabajos. La dimensión y características de las señales serán las adecuadas según el RD 485/1997, de 14 de Abril, sobre disposiciones mínimas en materia de señalización de seguridad y salud en el trabajo. En un lugar visible cerca del botiquín, se colocará un cartel indicando el centro asistencial más próximo. 7.3.1 Proteccionescontraincendios El riesgo más frecuente es el motivado por el sistema eléctrico debido a materiales inflamables como pinturas, disolventes y combustibles. Estos últimos, estarán ubicados en un local exclusivo, ventilado y con un cartel de Prohibido fumar y hacer fuego. Todo el personal que use este material, debe estar familiarizado con los sistemas de extinción de incendios. Los extintores (de polvo polivalente y cerca de cuadros eléctricos de CO2), se situarán en los lugares de trabajo, colocados convenientemente visibles y libres de obstáculos. Todos los aparatos de extinción de incendios serán revisados periódicamente. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 81 - 7.4 Serviciosdelasobras: El suministro de energía eléctrica se utilizará la existente dentro del edificio. Los servicios higiénicos se utilizarán los existentes en la residencia. Puesto que los módulos donde se proyectan las obras están en funcionamiento habrá que comunicar a la propiedad el programa de trabajos con la suficiente antelación y en coordinación con aquella. No se prevé interferencias en los trabajos. No obstante si existe más de una empresa en la ejecución del proyecto, debe nombrarse un Coordinador de Seguridad y Salud integrado en la dirección facultativa, que será quien resuelva en las mismas desde el punto de vista de Seguridad y Salud en el trabajo. La designación de este Coordinador habrá de ser sometida a la aprobación de la Propiedad. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 82 - 7.5 Análisisderiesgosyprevenciones 7.5.1 Instalaciones Riesgos más frecuentes:  Heridas en extremidades superiores.  Caídas de personal al mismo nivel, por uso indebido de escaleras.  Electrocuciones por contactos directos o indirectos.  Cortes en extremidades superiores.  Caídas de objetos.  Caídas de personal a diferente nivel. Normas básicas de seguridad:  Casco de seguridad homologado.  Mascarilla de protección de vías respiratorias.  Guantes de goma o de cuero.  Calzado de puntera reforzada.  Mono de trabajo adecuado.  Cinturón de seguridad homologado.  Protectores auditivos.  Las herramientas tendrán su aislamiento correspondiente. Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 83 -  El lugar de trabajo estará ordenado. 7.5.2 Maquinaria Como norma general se tendrán en cuenta las siguientes características para el uso de la mayor parte de herramientas. Detección de riesgos más frecuentes:  Caídas en alturas.  Descargas eléctricas por contactos directos o indirectos.  Ambiente ruidoso.  Proyección de partículas.  Generación de polvo.  Explosiones e incendios.  Cortes en extremidades. Normas básicas de seguridad:  Todas las herramientas eléctricas estarán dotadas de doble aislamiento de seguridad, interruptor de hombre muerto y toma tierra.  El personal que utilice estas herramientas ha de conocer las instrucciones de uso.  Las herramientas serán revisadas periódicamente, de manera que cumplan las instrucciones de conservación del fabricante.  La desconexión de herramientas no se hará con un tirón brusco y se guardarán finalizado el trabajo de una manera correcta. Protecciones personales y colectivas: Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 90 - 8. ANEXOS 8.1 Máquinasderefrigeraciónporabsorción FABRICANTE BROAD BROAD BROAD BROAD BROAD DISTRIBUIDOR EN ESPAÑA FRIGICOLL FRIGICOLL FRIGICOLL FRIGICOLL FRIGICOLL Modelo BDH15 BDH20 BDH25 BDH30 BDH40 Tª in Agua refrig (ºC) 30 30 30 30 30 Tª out Agua refrig (ºC) 37 37 37 37 37 Tª in Agua fría (ºC) 14 14 14 14 14 Tª out Agua fría (ºC) 7 7 7 7 7 Potencia frig nominal (kW) 151 209 256 302 407 COP 0,76 0,76 0,76 0,76 0,76 Tª nom Agua caliente (ºC) 98 98 98 98 98 Tª min Agua caliente (ºC) 85 85 85 85 85 Tª out Agua caliente (ºC) 88 88 88 88 88 Gasto nom. Agua caliente (kg/h) 18100 25000 30600 36100 48600 Gasto máx Agua caliente (kg/h) 21674 29985 36719 43311 58356 Gasto min Agua caliente (kg/h) 5447 7525 9208 10856 14617 Consumo eléctrico (kW) 1,8 1,8 2,2 2,2 2,2 Potencia evacuar por refrigeración (kW) 349 488 593 707 951 Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 91 - Caudal nom agua fria (kg/h) 26000 36000 44000 52000 70000 Coste instalado (sin IVA) (€) 42700 53760 62080 69800 86280 Caudal agua refrig (m3/h) 43 60 73 87 117 T min out agua fría (ºC) 5 5 5 5 5 T max in agua fría (ºC) 10 10 10 10 10 Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 92 - FABRICANTE BROAD BROAD ENTROPIE ENTROPIE ENTROPIE DISTRIBUIDOR EN ESPAÑA FRIGICOLL FRIGICOLL Modelo BDH50 BDH65 NH31 NH32 NH33 Tª in Agua refrig (ºC) 30 30 30 30 30 Tª out Agua refrig (ºC) 37 37 35 35 35 Tª in Agua fría (ºC) 14 14 -4 -4 -4 Tª out Agua fría (ºC) 7 7 -8 -8 -8 Potencia frig nominal (kW) 512 663 600 700 800 COP 0,76 0,76 0,635 0,635 0,635 Tª nom Agua caliente (ºC) 98 98 90 90 90 Tª min Agua caliente (ºC) 85 85 85 85 85 Tª out Agua caliente (ºC) 88 88 60 60 60 Gasto nom Agua caliente (kg/h) 61100 79200 27079 31593 36106 Gasto máx Agua caliente (kg/h) 73401 95037 27079 31593 36106 Gasto min Agua caliente (kg/h) 18379 23788 8091 9440 10788 Consumo eléctrico (kW) 2,2 4,8 1,62 1,89 2,16 Potencia evacuar por refrigeración (kW) 1195 1544 1398 1631 1864 Caudal nom agua fria (kg/h) 88000 114000 141374 164936 188499 Coste instalado (sin IVA) (€) 101550 122000 113600 126800 139400 Caudal agua refrig (m3/h) 147 190 240 280 321 Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 93 - T min out agua fría (ºC) 5 5 -10 -10 -10 T max in agua fría (ºC) 10 10 0 0 0 Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 94 - 8.2 MACI FABRICANTE CATERPILLAR CATERPILLAR DISTRIBUIDOR EN ESPAÑA FINANZAUTO FINANZAUTO Modelo G 3512 FG 750HT G 3512 FG 750LD Potencia eléc. Nominal KW 709 780 Nivel de carga % 100 75 50 100 75 50 Rendimiento eléctrico % 36,3 35 32,4 32 29,1 26,5 T gases escape ºC 531 536 539 486 480 471 Caudal gases escape KG/h 4125 3184 2263 4272 3395 2701 Tmáx salida agua camisas ºC 99 99 99 99 99 99 Salto térmico máximo ºC 8 8 8 8 8 8 Calor a evacuar HT (KW) 326 277 234 764 717 515 Consumo elec. HT (KW) 4,18 3,68 3,24 8,65 8,17 6,11 Consumo elec. LT KW 1,99 1,54 1,14 4,26 3,06 2,35 Cp agua KJ/KGºk 3,91 3,91 3,91 3,87 3,87 3,87 Densidad agua camisas KG/m3 1003 1003 1003 1011 1011 1011 Carga mínima % 50 50 Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 95 - Coste instalado (sin IVA) € 607500 662280 Costes k€/MWh 0,0114 0,0112 Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 96 - FABRICANTE CATERPILLAR DEUTZ ENERGY DISTRIBUIDOR EN ESPAÑA FINANZAUTO DEUTZ IBERIA S.A. Modelo G 3512 FG 750TL TBG 2016 V16K, 500NOx Potencia eléc. Nominal KW 786 774 Nivel de carga % 100 75 50 100 75 50 Rendimiento eléctrico % 37,1 35,4 32,1 41,1 40,2 38,1 T gases escape ºC 518 524 528 470 499 520 Caudal gases escape KG/h 4374 3380 2357 4294 3232 2210 Tmáx salida agua camisas ºC 99 99 99 90 90 90 Salto térmico máximo ºC 8 8 8 6,75 5,8 5 Calor a evacuar HT (KW) 383 350 309 286 241 203 Consumo elec. HT (KW) 4,76 4,43 4,01 3,77 3,31 2,93 Consumo elec. LT (KW) 2,21 1,65 1,19 2,29 1,62 1,11 Cp agua KJ/KGºk 3,87 3,87 3,87 4,18 4,18 4,18 Densidad agua camisas KG/m3 1011 1011 1011 1000 1000 1000 Carga mínima % 50 50 Coste instalado (sin IVA) € 666,89 657,670975 Costes k€/MWh 0,0112 0,0112 Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 97 - FABRICANTE GENERAL ELECTRIC JENBACHER ICOGEN-PERKINS DISTRIBUIDOR EN ESPAÑA GE JENBACHER S.L. ICOGEN S.A. Modelo JMS 312 GS-NL(C05), NOx500MG/M3n D600 Potencia eléc. Nominal (KW) 625 612 Nivel de carga % 100 75 50 100 75 50 Rendimiento eléctrico % 39,8 38,8 36,5 36 34,5 32,3 T gases escape ºC 485 494 504 406 416 423 Caudal gases escape KG/h 0 0 0 0 0 0 Tmáx salida agua camisas ºC 84,7 80 80 99 99 99 Salto térmico máximo ºC 14,7 10 10 8 8 8 Calor a evacuar HT (KW) 342 275 211 342 275 211 Consumo elec. HT (KW) 4,34 3,66 3,01 3,42 2,75 2,11 Consumo elec. LT (KW) 2,44 1,73 0,94 1,368 1,1 0,844 Cp agua KJ/KGºk 4,18 4,18 4,18 4,18 4,18 4,18 Densidad agua camisas KG/m3 1000 1000 1000 1000 1000 1000 Carga mínima % 50 50 Coste instalado (sin IVA) € 532000 541000 Costes k€/MWh 0,026540671 0,02654865 Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 98 - FABRICANTE ICOGEN-PERKINS DISTRIBUIDOR EN ESPAÑA ICOGEN S.A. Modelo D800 Potencia eléc. Nominal KW 815 Nivel de carga % 100 75 50 Rendimiento eléctrico % 35,7 34,1 32,5 T gases escape ºC 412 416 423 Caudal gases escape KG/h 4300 3200 2300 Tmáx salida agua camisas ºC 99 99 99 Salto térmico máximo ºC 8 8 8 Calor a evacuar HT (KW) 442 375 311 Consumo elec. HT (KW) 4,42 3,75 3,11 Consumo elec. LT (KW) 1,768 1,5 1,244 Cp agua KJ/KGºk 4,18 4,18 4,18 Densidad agua camisas KG/m3 1000 1000 1000 Carga mínima % 50 Coste instalado (sin IVA) € 567000 Costes k€/MWh 0,026440121 Implantación de un sistema de trigeneración en la planta ERVISA MEMORIA - 99 - 9. REFERENCIAS [1] A guide to cogeneration. March 2001. EDUCOGEN [2] C.B. Oland, Guide to Combined Heat and Power Systems for Boiler Owners and Operators. [3] Página web del Ministerio de Industria, trabajo y comercio, www.mityc.es [4] ASHRAE 2000 HVAC. Systems and Equipment Handbook [5] Neil Petchers, Combined heating, cooling and power handbook: Technologies and applications. [6] Sabún J, Bassols J. Refrigeración con motores de gas combinados con grupos de absorción. Revista: Montajes e Instalaciones, noviembre 2001. Fuente: www.energuia.com [7] Cano, J. Refrigeración por absorción. Interés energético e impacto ambiental. Jornadas técnicas: Climatización 2001. Fuente: www.energuia.com [8] Bassols, J. Trigeneración con plantas de absorción de amoniaco. Revista Energética, octubre de 2003