“Análisis y comparación de ciclos termodinámicos para la generación de potencia a partir de recursos geotermales nacionales de media y alta entalpia” ALUMNO: Jose Matamala Aviles   PROFESOR GUÍA: Álvaro Valencia Musalem. ALUMNO: Jose Matamala Aviles   PROFESOR GUÍA: Álvaro Valencia Musalem. Leído y Aprobado 25/11/2013

Contenidos Introducción/Motivación. Objetivos. Origen del recurso geotérmico. Sistemas geotérmicos. Sistemas termodinámicos. Estado del arte en Chile. Metodología de trabajo. Carta GANTT. Recursos. ME6908 INTRODUCCIÓN AL TRABAJO DE TÍTULO 14-11-2018

Introducción/Motivación Fig.1: Distribución generación energética Agosto 2013, SIC+SING. Fuente: http://generadoras.cl/boletín. Fig.2: Emisiones CO2, centrales térmicas SIC. Fuente: EL MERCURIO. ME6908 Introducción al Trabajo de Título 14-11-2018

Objetivo general “Realizar un análisis comparativo de distintas configuraciones de ciclos termodinámicos aplicados a la generación de potencia a partir de recursos geotermales de alta y mediana entalpía.” ME6908 Introducción al Trabajo de Título 14-11-2018

Objetivos Específicos Investigar acerca del estado del arte de la energía geotermal, tanto en el extranjero como en Chile. Realizar un estudio de las tecnologías de generación de potencia utilizable a partir de recursos geotérmicos tanto de alta, como de mediana entalpia. Elaborar programaciones computacionales para cuatro tipos de configuraciones de ciclos termodinámicos; sistemas de conversión directa, sistemas de expansión súbita de una etapa, sistemas de expansión súbita de doble etapa y los sistemas de ciclo binario, para distintas condiciones de entrada, y distintas distribuciones de componentes. Integrar datos reales de recursos nacionales a los códigos computacionales elaborados. Concebir un diagrama para determinar la configuración termodinámica óptima en cuanto a rendimientos de generación de potencia, para distintas condiciones de entrada para sistemas geotérmicos hidrotérmicos. ME6908 Introducción al Trabajo de Título 14-11-2018

Origen del recurso geotérmico Calor acumulado en el núcleo desde la formación de la tierra. Radiación por desintegración de U-238, Th-232, K-40. Otras fuentes ME6908 Introducción al Trabajo de Título 14-11-2018

Origen del recurso geotérmico Promedio: 30°C/km Corteza continental antigua: 10°C/km Áreas de activo volcanismo: 300-350 °C/km Fig.3: Mapa mundial tectónico. Fuente: BBC. ME6908 Introducción al Trabajo de Título 14-11-2018

Sistema geotérmico hidrotérmico Fig.4: Sistema Geotérmico hidrotérmico. ME6908 Introducción al Trabajo de Título 14-11-2018

Otros sistemas geotérmicos Sistemas Geo presurizados: Contienen agua y metano disuelto a alta presión (~ 700 bar) y mediana temperatura (entre 90 y 200°C). Sistemas de roca caliente seca: Constan de rocas impermeables a mediana temperatura, entre 150ºC y 300ºC, y a diferencia de los hidrotérmicos, carecen de acuífero. Sistemas geotérmicos volcánicos: Sistemas de roca fundida asociados con aparatos volcánicos activos o detectados a gran profundidad en zonas de subsidencia tectónica. Sistemas geotérmicos sedimentarios: Se encuentran en cuencas sedimentarias, donde existen gradientes anómalos de calor (>30 ºC/km), y donde es la conducción la principal forma de transmisión del calor. ME6908 Introducción al Trabajo de Título 14-11-2018

Sistemas termodinámicos Sistema de Conversión directa Fig.5: Diagrama planta geotermal de conversión directa. ME6908 Introducción al Trabajo de Título 14-11-2018

Sistemas termodinámicos Sistema de expansión súbita de una etapa. Fig.6: Diagrama planta geotermal de expansión súbita. ME6908 Introducción al Trabajo de Título 14-11-2018

Sistemas termodinámicos Sistemas de expansión súbita de dos etapas. Fig.7: Diagrama planta geotermal expansión súbita de dos etapas. ME6908 Introducción al Trabajo de Título 14-11-2018

Sistemas termodinámicos Sistemas de ciclo binario Fig.8 Diagrama planta geotermal de ciclo binario. ME6908 Introducción al Trabajo de Título 14-11-2018

Estado del arte en Chile Potencial Geotérmico: ENAP: 3.350 [MW] Lahsen: 16.000 [MW] Tipo de Concesión Cantidad Inversión Aprox. (MM USD) Concesiones de exploración vigentes. 67 327 Concesiones de explotación vigentes. 6 975 Concesiones de exploración en tramite. 82 86 Concesiones de explotación en tramite. 1 N/A Fig.5: Potencial Geotérmico en Chile. Fuente: http://www.centralenergia.cl/2010/10/06/potencial-geotermico-de-chile/ ME6908 Introducción al Trabajo de Título 14-11-2018

Metodología de trabajo Enginering Equation Solver y CyclePad Ciclos Termodinámicos para geotermia. Centro de excelencia en Geotermia de los Andes. ME6908 Introducción al Trabajo de Título 14-11-2018

Metodología de trabajo Antecedentes Principios de Geotermia Configuraciones termodinámicas aplicadas a geotermia. Estado del arte mundial y nacional. Estudios Termodinámicos Análisis energético para las configuraciones de ciclo seleccionadas. Análisis computacional Programación en EES de las configuraciones en estudio. Realización de Diagramas en CyclePad de las configuraciones. Análisis comparativo para distintos recursos. Integración de datos reales de recursos nacionales. Análisis de Resultados Comparación de parámetros a definir para determinar performance de los ciclos. Determinación de rangos de operación óptimos para cada ciclo. Generación de catalogo de configuraciones optimas. ME6908 Introducción al Trabajo de Título 14-11-2018

Carta GANTT ME6908 Introducción al Trabajo de Título 14-11-2018   Actividad Tipo Semanas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 A Antecedentes Principios de Geotermia Recolección y análisis de datos Estudio del contexto mundial Tipos de configuraciones termodinámicas aplicadas a geotermia Entrega de Pre-Informe B Estudios Termodinámico Análisis de configuraciones termodinámicas aplicadas a geotermia Aplicaciones existentes. Estudio Exegético y energético para cada configuración. Integración de datos reales a configuraciones en estudio. C Cálculos y análisis computacional de configuraciones Estudio de herramientas computacionales (EES, CyclePad) Programación de configuraciones. Integración de datos reales al código programado. Análisis de Resultados Realización de diagramas de configuraciones Documento D Análisis comparativo Análisis de resultados para distintos recursos. Comparación de parámetros de rendimiento y generación para cada configuración Selección de rangos de trabajo óptimos para cada configuración Generación de catálogo de configuraciones optimas Conclusiones Entrega Informe Final ME6908 Introducción al Trabajo de Título 14-11-2018

Recursos Tabla.1: Recursos no financieros. Tipo Recurso Asistencia Capacitación en aspectos geológicos, geofísicos y geoquímicos de los yacimientos geotérmicos, en especial de aquel de donde provengan los datos a utilizar. Software EES; Programación y optimización de ciclos termodinámicos CyclePad o CycleTempo; Programación, esquematización y optimización de ciclos termodinámicos y sus componentes. Tabla 2: Recursos Financieros. Tipo Recurso Monto Licencia Licencia EES. Desconocido Licencia/Software Licencia CyclePad, o adquisición de CycleTempo. Documentos o Papers Adquisición de documentos necesarios. ME6908 Introducción al Trabajo de Título 14-11-2018