Ingeniería Civil Mecánica (Campus San Joaquín)
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Browsing Ingeniería Civil Mecánica (Campus San Joaquín) by Author "BARRAZA VICENCIO, RODRIGO SEBASTIAN (PROFESOR(A) GUÍA)"
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- PublicationANÁLISIS DE OPERACIÓN DE CICLO DE VAPOR EN PLANTA DE CONCENTRACIÓN SOLAR DE POTENCIA TIPO TORRE EN CONDICIONES FUERA DE DISEÑO(2021-07)
;MACHUCA LAZO, NICOLÁS IGNACIO ;BARRAZA VICENCIO, RODRIGO SEBASTIAN (PROFESOR(A) GUÍA) ;GARCÍA, JESÚS (PROFESOR(A) CORREFERENTE)Universidad Técnica Federico Santa María. Departamento de Ingeniería MecánicaDebido a la creciente inestabilidad climática mundial producto del aumento de emisiones de gases de efecto invernadero generados por el uso de fuentes energéticas y la actividad antropógeno es que varios países del mundo han comenzado a realizar acuerdos y marcar objetivos para reducir sus emisiones. Esto ha incentivado el desarrollo de tecnologías que utilizan fuentes energéticas renovables como solar, eólica e hidráulica. La tecnología fotovoltaica tiene uno de los mayores crecimientos de instalación y generación en la actualidad dentro de las tecnologías con fuentes renovables, sin embargo, poseen factores de planta entre los 20-30% y alternativas de almacenamiento de energía costosas. Una de las alternativas en tecnología renovables que permite producir energía con factores de planta más altos es la concentración solar de potencia (CSP) debido a la posibilidad de integrar un sistema de almacenamiento térmico relativamente económico, permitiéndole generar electricidad en la noche. En este estudio se modela y analiza el bloque de potencia de una planta de Concentración Solar de tipo torre en condiciones fuera de diseño. A pesar de que el bloque de potencia es altamente conocido en centrales termoeléctricas, existen pocos modelos que detallen su comportamiento en condiciones fuera de diseño, debido a que no han sido diseñados para operar en condiciones variables y en ambientes desérticos. Por esta razón se analiza el rendimiento del bloque de potencia en condiciones de carga parcial producto de la variación del recurso solar y la variación de la temperatura ambiental. Para esto se utiliza las herramientas EBSILON y SAM para diseñar el bloque de potencia y la planta CSP con torre respectivamente. Se determinó que la eficiencia del bloque de potencia de una planta CSP con torre se ve afectada por los periodos de carga parcial de operación del ciclo reduciendo su eficiencia hasta en un 5% para cargas de potencia de 30% respecto a la carga nominal. Por otra parte, la temperatura ambiental de diseño del ciclo térmico influye directamente en el tamaño del condensador y en la eficiencia del ciclo tanto en su condición de diseño como en su condición fuera de diseño, marcando una diferencia de 2% entre un ciclo configurado para una temperatura ambiental de 30°C, respecto a uno de 20°C en el caso de diseño. Además, se comprobó que la caída de eficiencia producto del aumento de temperatura en un día de operación afecta en mayor medida al ciclo térmico diseñado con 20 °C en comparación con el ciclo diseñado con 30°C lo que influye directamente en el rendimiento anual del ciclo. Esto permite generar alrededor de un 2,3% más energía anual representando 2,7 Millones de dólares anuales con un acuerdo de compra de electricidad (PPA) de 100 USD/MWh. Finalmente se considera que el paso de tiempo del típico año metereológico (TMY) utilizado para el cálculo del rendimiento influyen de manera significativa en los periodos en que el ciclo térmico experimenta algún cambio abrupto en su carga o en la temperatura ambiental, recomendando utilizar un paso de tiempo de 10 minutos. Este parámetro junto con la consideración de efectos transientes de los flujos másicos y flujos de calor presentan una buena alternativa para producir rendimientos diarios y anuales más precis