La descarga está en progreso. Por favor, espere

La descarga está en progreso. Por favor, espere

1 Gestión Energética (3.0 ECTS) 1. Energía, Industria, Gestión y Medioambiente 2. Auditoría Energética 3. Eficiencia Energética 4. Tecnologías de Energías.

Presentaciones similares


Presentación del tema: "1 Gestión Energética (3.0 ECTS) 1. Energía, Industria, Gestión y Medioambiente 2. Auditoría Energética 3. Eficiencia Energética 4. Tecnologías de Energías."— Transcripción de la presentación:

1 1 Gestión Energética (3.0 ECTS) 1. Energía, Industria, Gestión y Medioambiente 2. Auditoría Energética 3. Eficiencia Energética 4. Tecnologías de Energías Renovables Temas: Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 5. Biomasa y Biocombustible 6. Cogeneración

2 2 Tema 3. Eficiencia Energética Concepto de ahorro energético. Técnicas de ahorro energético: reciclaje, aislamientos, análisis de procesos. Sistemas eléctricos y térmicos más eficientes. Integración de procesos. Descriptor: Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética

3 3 1. Eficiencia energética y ahorro energético 2. Técnicas de eficiencia y ahorro energético 3. Sistemas más eficientes 4. Integración de procesos Capítulos Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética Tema 3. Eficiencia Energética

4 4 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 1. Eficiencia Energética y Ahorro Energético Concepto: Conjunto de acciones que nos llevan a consumir menos energía AHORRO ENERGÉTICO Capacidad de alcanzar mayores beneficios finales con menos recursos y con el menor impacto sobre el medio ambiente EFICIENCIA ENERGETICA. Incorporación de variables sustentables para el desarrollo y el uso del sistema energético. Objetivos: Implementar medidas que permitan la reducción del consumo de energía. Promover el desarrollo de tecnologías limpias para la generación de energía. Cambiar hábitos y actitudes para lograr una mayor eficiencia en el uso de la energía, uso racional de los recursos energéticos y preservación de nuestro medio ambiente.

5 5 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética CONCEPTO SENCILLO: hacer lo mismo con el menor uso de los recursos energéticos y el menor impacto ambiental. Pero ¿COMO MEDIR LA EFICIENCIA?. divergencia en el uso de indicadores de intensidad energética. -¿Energía necesaria por unidad producida, por producido, o por invertido, o …? 1. Eficiencia Energética y Ahorro Energético

6 6 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética ¿Si el ahorro y la eficiencia energética son tan buenas ideas, porque no se aplican por sí solas? 1. Eficiencia Energética y Ahorro Energético

7 7 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 1. Eficiencia Energética y Ahorro Energético ¿Y qué se puede hacer? Apoyo Administrativo subvenciones Gestión energética Concienciación Implicación alta dirección

8 8 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 1. Eficiencia Energética y Ahorro Energético El plan de Acción de la Estrategia para el ahorro y la eficiencia energética , establece ayudas públicas (IDAE y CCAA) <22% del coste > Triple plan 05/07

9 9 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 1. Eficiencia Energética y Ahorro Energético El plan de Acción de la Estrategia para el ahorro y la eficiencia

10 10 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 1. Eficiencia Energética y Ahorro Energético Cálculo de la eficiencia energética

11 11 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 1. Eficiencia Energética y Ahorro Energético Cálculo de la eficiencia energética

12 12 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 1. Eficiencia Energética y Ahorro Energético Cálculo de la eficiencia energética

13 13 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 1. Eficiencia Energética y Ahorro Energético Cálculo de la eficiencia energética

14 14 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 1. Eficiencia Energética y Ahorro Energético La industria española debe mejorar la intensidad energética (Energía/PIB) para ser más competitivos Mejorar la eficiencia y el ahorro Pese a todo la industria es el sector con mejor intensidad (energía es muy importante en el coste final )

15 15 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 1. Eficiencia Energética y Ahorro Energético La industria española debe mejorar la intensidad energética (Energía/PIB) para ser más competitivos Mejorar la eficiencia y el ahorro Pese a todo la industria es el sector con mejor intensidad (energía es muy importante en el coste final )

16 16 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 2. Técnicas de Eficiencia y Ahorro - Por inversiones: Equipos y tecnologías más eficientes: mejor tecnología disponible Cogeneración Control mediante nuevas tecnologías - Por implantación de prácticas de operación: Medidas organizativas: Planificación, gestión, y auditorias energéticas Valorización de residuos, reciclado y recirculación. Análisis de procesos: Monitorización y control de procesos. Utilización de variadores de frecuencia en motores eléctricos. Sistemas de recuperación de calores residuales. Variación de los máximos en la curva de carga (potencia consumida vs tiempo) eléctrica a periodos de tarificación menor. Integración de procesos. Mejora de la eficiencia energética en compresores de aire. Mejora de la eficiencia energética en calderas, hornos y secaderos. Mejora del aislamiento térmico en las redes de distribución de fluidos térmicos

17 17 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración 2. Técnicas de Eficiencia y Ahorro Mejora eficacia calderas, quemadores, hornos y secaderos: Recirculación de gases de chimenea Aprovechamiento calor residual de gases (intercambiadores de calor) Mejoras en la combustión: mejores quemadores y menor exceso de aire Instalación y mantenimiento de trampas de vapor: separa condensado de vapor Ejemplo: secadero rotativo Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética

18 18 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 2. Técnicas de Eficiencia y Ahorro Aislamiento térmico: Las funciones del revestimiento térmico son las siguientes: 1.Conservación de la energía mediante la reducción de calor perdido o ganado. 2.Control en las temperaturas de superficie para protección personal (<60ºC) 3.Control en la temperatura en las facilidades de proceso. 4.Incremento en la eficiencia de transferencia de calor en los equipos. 5.Prevención o reducción de daños en los equipos por exposición al fuego o atmósferas corrosivas 6.Prevención en la condensación de agua en superficies frías Clasificación por temperaturas: - Baja (-40 a 15ºC): polietileno, poliuretano, fibra mineral, poli estireno, fibra de vidrio. - Media ( ºC): Silicato de calcio, perlita expandida, fibra de vidrio, espuma plástica elastomérica, poli estireno. - Alta ( ºC): : Silicato de calcio, cemento, perlita expandida, fibras de cerámica, fibra de vidrio, tierra diatomea

19 19 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 2. Técnicas de Eficiencia y Ahorro Aislamiento térmico: Clasificación por composición y estructura: - Fibroso: compuesto por fibras de diámetros pequeños finamente divididos. Ej. Fibras de vidrio y minerales - Celular: Compuesta de celdas individuales pequeñas separadas entre ellas. El material celular puede ser de vidrio o espuma tal como el poli estireno (Celdas cerradas), poliuretano, etc. - Granular : Compuesto de pequeños nódulos que contienen espacios huecos. Silicato de calcio, perlita, celulosa, tierra diatomea y poli estireno expandido Fundamentos de transferencia de calor: - Fuerza impulsora: Diferencia de temperaturas - Resistencia a la transferencia de calor: Conducción Conductividad (baja en aislantes), espesor. Convección Coeficiente de superficial de transmisión de calor

20 20 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 2. Técnicas de Eficiencia y Ahorro Fórmulas de referencia cálculo de flujos térmicos:

21 21 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 2. Técnicas de Eficiencia y Ahorro Ejemplo de cálculo de las pérdidas de calor en una tubería: Los datos de partida son: Temperatura interior = 200 °C Temperatura ambiente = 20 °C Tubería de acero galvanizado de 4 (114 mm de diámetro) Coef. de conductividad medio aislante entre 20 y 400 °C, λ = 0,046 W/(m · K) Coeficiente superficial externo, he = 12 W/(m 2 · K) Resistencias del fluido interior y del tubo de acero despreciables Espesor del aislante d ¿Cuál es el espesor óptimo? d (m) q (W/m)

22 22 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 2. Técnicas de Eficiencia y Ahorro Ejemplo de cálculo del espesor óptimo económico: Los datos de partida son: Los del ejemplo anterior y Inversión en aislamiento (/m): 40 mm de espesor 21,33 60 mm de espesor 28,84 80 mm de espesor 37, mm de espesor 46,87 Tiempo operación: Z= 8000 h/año Coste energía: E=1, /(W h) Incremento coste Energía, b=3% Interés dinero, 5%, inflación 3% r= 5-3=2%

23 23 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 3. Sistemas más eficientes Eficiencia energética en sistemas y equipos eléctricos: Motores eléctricos consumen 3/4 de la energía eléctrica en industria Selección correcta del motor: reducción de potencia nominal. Los motores que trabajan < 50% de su potencia nominal tienen una eficiencia muy baja (ideal %). Motores de alto rendimiento: Nuevos motores más eficaces etiquetado europeo (EFF1) Variador de frecuencia: Ventiladores, soplantes, bombas, etc. Métodos de compensación de energía reactiva: corrección del factor de potencia condensadores de compensación Transformadores más eficientes Control Voltage regulation Líneas de distribución en corriente continua (HVDC) Integración de la generación distribuida FACTS Superconductores HUBS Industria Distribución

24 24 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 3. Sistemas más eficientes Eficiencia energética en sistemas térmicos: Generadores de vapor y equipos auxiliares: -Reguladores de la combustión (quemadores más eficientes, reducción del exceso de aire, etc.) -Limpieza de calderas, etc. -Instalación de economizador (precalentador de agua) -Automatización y control Hornos y secaderos industriales: -Nuevos diseños más eficientes -Reguladores de la combustión (quemadores más eficientes, reducción del exceso de aire, etc.) -Funcionamiento en continuo -Reducir masa inertes -Recuperación del calor de los gases de escape, productos, etc. -Automatización y control Aislamiento térmico: Reducción de pérdidas de calor en el transporte de fluidos

25 25 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 4. Integración de procesos Ingeniería industrial de procesos diseño de operaciones unitarias y diseño del sistema completo. Optimización del sistema completo: especialmente optimización energética Optimización del uso de la energía térmica Integración de procesos ¿Cómo se optimiza el uso de la energía? ¿Cuáles son los usos de la energía térmica (vapor?) en mi proceso? ¿Cuál es la menor cantidad de energía térmica que puedo usar en mi proceso global? ¿Cuál es la mejor manera de generar el vapor y la energía ? Empleo de técnicas de integración energética de procesos: El análisis de pliegue o tecnología Pinch es una de las más destacables

26 26 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 4. Integración de procesos Se basa en el análisis térmico del proceso en su conjunto Metodología de integración de los intercambios de calor entre diferentes corrientes de un proceso Optimizar consumo Energético El objetivo es conocer la energía mínima necesaria y cual debe ser la estrategia de intercambio Ahorro energético por su implantación 5-15% Permite integrar también con otros elementos: Hornos, cogeneración, destilación, compresores, etc. Aplicable a otros ámbitos: integración de consumos de agua o de hidrógeno ¿Qué es la Tecnología Pinch (Pinzamiento)?

27 27 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 4. Integración de procesos El circuito de intercambio de calor está constituido por corrientes calientes y frías Las primeras deben o pueden ser enfriadas (ej.: condensados, efluentes, etc.) Las frías necesitan subir sus temperaturas (ej.: alimentación a reactores, evaporadores, destiladores, etc.) El análisis pinch identifica todas las corrientes frías y calientes significativas. El punto pinch es una temperatura Se describe el proceso global de intercambio en un gráfico de estructura semejante a un intercambiador de calor Se basa en el diagrama temperatura/entalpía, T vs h (J/s o W). h = m (kg/s) Cp (J/KgºC) (si no hay cambio de fase del fluido) Elementos Básicos de la Tecnología Pinch

28 28 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 4. Integración de procesos 210ºC 90ºC he=60 kW 120ºC 165ºC hc=90 kW Calentamiento Enfriamiento Temperatura ºC Flujo Térmico, h (kW) Proceso sin integración térmica

29 29 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 4. Integración de procesos 210ºC 90ºC he=25 kW 120ºC 165ºC hc=55 kW Calentamiento Enfriamiento Temperatura ºC Flujo Térmico, h (kW) Proceso con integración térmica 137.5ºC hint=35 kW 140ºC Tmin =15 K Intercambio

30 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 4. Integración de procesos Proceso con integración térmica: El valor de diseño Tmin definirá el calor intercambiable Tmin10-20K

31 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 4. Integración de procesos Proceso con integración térmica: ¿Cómo analizar un proceso con varias etapas de calentamiento y/o enfriamiento? Ejemplo Corrientes frías (que se calientan): -Feed :50 210ºC h= 3200 kW CP =m Cp= 20 kW/K -Recycle: ºC h= 2500 kW CP= 50 kW/K Corrientes calientes (que se enfrían): -Reactor: ºC h= 1980 CP=18 kW/K -Product:220 60ºC h= 3520 CP=22 kW/K

32 32 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 4. Integración de procesos Solución clásica minimización del número de cambiadores ¿Es la óptima? Análisis térmico del proceso

33 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración 4. Integración de procesos ¿Cómo analizar un proceso con varias etapas de calentamiento y/o enfriamiento? Curvas compuestas caliente y fría Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética Feed Recycle Product Reactor

34 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración 4. Integración de procesos Curvas compuestas fría y caliente juntas Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética Tmin Pinch (factor diseño) Máxima aproximación curvas Punto de división del proceso: Arriba del pinch Debajo del pinch Feed RecycleProduct Reactor

35 35 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 4. Integración de procesos Reglas y Objetivos de la Tecnología Pinch La temperatura pinch es la que corresponde a la mínima distancia entre las dos curvas El target es la mínima cantidad de vapor (u otra fuente externa de energía) absolutamente necesaria para el o los procesos La QCMín es la carga térmica mínima requerida por el sistema y entregada por una fuente externa (vapor u otra) La QFMín es la mínima capacidad de enfriamiento requerida por el sistema La lógica de la tecnología pinch consiste en combinar las corrientes calientes con las frías, para que intercambien calor: una vez que la recuperación térmica es maximizada, la necesidad restante de calor se satisface mediante la generación de vapor o algún aporte térmico similar

36 36 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 4. Integración de procesos Reglas y Objetivos de la Tecnología Pinch La temperatura pinch es única para cada sistema El pinch divide al sistema en dos subsistemas termodinámicamente diferentes: arriba y debajo del pinch Debajo del pinch existe más carga térmica de la que necesita el sistema El proceso necesitará enfriamiento Arriba del pinch hay siempre menos calor de lo que el sistema necesita El proceso necesitará calentamiento Reglas de diseño: No enfriar con servicios arriba del pinch No calentar con servicios abajo del pinch No transferir calor de la zona superior a la zona inferior

37 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración 4. Integración de procesos La Tabla problema, la Cascada de flujo de calor y la Gran curva compuesta Q cal min =1000 Q fría min = ºC 220ºC 210ºC 160ºC 60ºC 50ºC Corriente TipoTempe¿+ o -? T min/2 Temp Interval ProductoCaliente220/ /50 ReactorCaliente270/ /150 FeedFría50/ /220 RecycleFría160/ /220 Si fijamos T min = 20 K Tabla problema

38 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración 4. Integración de procesos La Tabla problema, la Cascada de flujo de calor y la Gran curva compuesta Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 260ºC 220ºC 210ºC 170ºC 60ºC 50ºC Tempe. ºC/ºC TIntCP neto (kW/K) CP calientes -CP frías h (kW) 260/ / = / = / = / = / ºC Reactor 2 Product 1 Feed 3 Recycle 4 220ºC 210ºC 170ºC 150ºC 60ºC 50ºC Pinch = Q fría min T ºC h neto h bruto Q cal min = ºC 1000= Q cal min 0

39 39 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 4. Integración de procesos Diseño de la red de cambiadores de calor: Malla de diseño Sobre PINCH Bajo PINCH Se inicia el diseño cerca del Pinch, Regla de la desigualdad de CP CP salida pinch > CP entrada pinch

40 40 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 4. Integración de procesos Diseño de la red de cambiadores de calor: Maximizar la carga de los cambiadores de calor Encima del Pinch HE1: -CP3=20>CP2=18 - h2=1620 kW - h3 = 1000 kW HE2: -CP4=50>CP1=22 -h4=2500 kW - h1= 880 kW HE3: - h4 rest=1620 kW - h2 rest= 620 kW Corriente 4 necesita: kW

41 41 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 4. Integración de procesos Diseño de la red de cambiadores de calor: Maximizar la carga de los cambiadores de calor Debajo del Pinch HE4: -CP1=22>CP3=20 - h1=2640 kW - h3 = 2200 kW Corrientes 1 y 2 Necesitan eliminar y 360 kW refrigeración

42 42 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 4. Integración de procesos Diseño de la red de cambiadores de calor: sistema completo

43 43 a Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 4. Integración de procesos Localización de servicios en la GCC: Ejemplos a) Posible usar servicios diferent. Temp. costes b) Posible generar vapor a media presión a partir de vapor a baja presión c) Podemos utilizar gases de hornos menor consumo de gases cuando línea de humos toca la GCC Vapor de agua a presión Baja LP, Media MP y Alta HP Refrigeración: Agua fría CW, Refrigerante bajas temperaturas R

44 44 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 4. Integración de procesos Localización de servicios

45 45 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 4. Integración de procesos Identificar modificaciones en unidades: ¿Dónde colocarlos? W

46 46 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 4. Integración de procesos Integración con otros elementos: ¿Dónde colocarlos? Turbina de vapor Obtener energía Bomba Calor Obtener Calor con un poco de W HP LP W H T W

47 47 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 4. Integración de procesos Integración con otros elementos: ¿Dónde colocarlos? W

48 48 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 4. Integración de procesos Diseño de la red de cambiadores de calor: Evaluación económica Total cost Energy cost Capital cost Annualized cost Point of design Tmin

49 49 Tema 3. Eficiencia energética y cogeneración Master en Ingeniería Ambiental: Gestión Energética 4. Integración de procesos Diseño de la red de cambiadores de calor: Limitación Pinch -Alta interconectividad Muchos cambiadores (¿es rentable?). Disminuir el número de intercambiadores puede ser también interesante - Incertidumbre en variables de entrada: Pequeñas variaciones en entrada pueden provocar variaciones importantes en el resultado. Es necesario realizar un análisis de variabilidad - El sistema suele ser más complejo, con mayores interacciones, y por lo tanto más inestable y difícil de controlar - Longitud y ubicación de las tuberías: La conexión de partes muy diversas del proceso necesita de mayor longitud de conducciones. - Será necesario tener en cuenta el fooling en el diseño. - Podemos determinar el mínimo dispendio energético pero no siempre esa es la solución óptima


Descargar ppt "1 Gestión Energética (3.0 ECTS) 1. Energía, Industria, Gestión y Medioambiente 2. Auditoría Energética 3. Eficiencia Energética 4. Tecnologías de Energías."

Presentaciones similares


Anuncios Google