Publication: Desarrollo de una turbina para ciclo rankine orgánico con aplicaciones de recuperación energética y microgeneración utilizando fuentes de calor de baja temperaura. eléctrica
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Date
2017-03
Authors
Bula Silvera, Antonio José
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Abstract
En el desarrollo de la economía global, la energía es el componente principal directa o indirectamente de la cadena productiva en la mayoría de las actividades de los diferentes sectores. El aumento del precio de los energéticos ha impulsado a que las tendencias de gestión energéticas globales vayan dirigidas a el Uso Racional y Eficiente de Energía que promueven el desarrollo sostenible del planeta. Estas políticas al ser puestas en marcha, ayudarían a promover la disminución de los impactos ambientales, el incremento de la productividad en los diferentes sectores industriales, el manejo eficiente de los recursos y ocasionarían un gran impacto en los procesos productivos de las organizaciones que se verían reflejados en beneficios económicos para ellas y un aumento en la competitividad del sector industrial en los diferentes países.
En Colombia existe un Organismo encargado de los programas de gestión energéticos llamado Unidad de Planeación minero Energética la cual desarrolla el programa de Uso Racional y eficiente de los Recursos energéticos (PROURE). Una de los componentes principales del PROURE es el análisis de eficiencia en los procesos del sector industrial. Según el PROURE existe un potencial de ahorro de energía eléctrica para el 2015 del 5,3% del consumo actual, y se planea alcanzar como meta para ese año un ahorro del 3,43%[19] que corresponden a 2219 GWh[20].
Una de las formas de alcanzar esas metas de reducción de consumo y aumento de la eficiencia en el sector industrial es la implementación de sistemas de recuperación de energía térmica que puedan aprovechar el calor de desecho de los diferentes procesos industriales. Existen muchas aplicaciones en donde este calor sobrante es utilizado para calentar agua o para procesos de precalentamiento de materias primas, de esta forma se aprovecha una parte de la energía de desecho antes de ser expulsada al ambiente. Sin embargo este calor de desecho al ser expulsado todavía tiene un gran potencial de energía recuperable que puede ser transformada en trabajo mecánico o en energía eléctrica. De esta forma no solo se reduce el consumo eléctrico sino que se genera electricidad.
Para realizar los procesos de recuperación energética a partir de calores de desechos de procesos industriales, es necesario recurrir a las tecnologías de generación a partir de fuentes de calor de baja temperatura (menores a 200°C). La tecnología más desarrollada para estas aplicaciones es el Ciclo Rankine Orgánico conocido por sus siglas en inglés ORC (Organic Rankine Cycle) el cual es capaz de generar trabajo con fuentes de de calor desde los 80 °C. Como todo ciclo de potencia, requiere de una máquina de flujo que convierta la energía térmica del fluido en movimiento del eje, y este es uno de los problemas fundamentales que tiene el ORC ya que son pocos los fabricantes que desarrollan turbomáquinas para las condiciones y características especiales que se presentan en el ciclo. La mayoría de las turbinas actuales que existen para ORC se hacen bajo pedido y generalmente para potencias superiores a los 100 KW, se diseñan para condiciones específicas y son muy costosas. Debido a lo anterior, la implementación de este tipo de tecnología en aplicaciones de recuperación de calor de desecho en procesos industriales es muy limitada.
Teniendo en cuenta la restricción de la aplicación de ciclos ORC, se hace necesario desarrollar una turbina que en lo posible sea fabricada con materiales y tecnología presentes en el país para incorporarla en ciclos Rankine que permitan la recuperación energética y la generación de electricidad en pequeñas potencias. Debido a la incertidumbre que existe en el desarrollo, diseño y fabricación de turbo máquinas para generación de potencia, se requiere de un esfuerzo técnico académico que permita desarrollar un prototipo de una turbina que haga viable la utilización de los ciclos Rankine orgánicos en el país.