DESARROLLO DE LA INGENIERÍA DE MÓDULO GENERACIÓN ELÉCTRICA MEDIANTE CICLO ORGÁNICO RANKINE UTILIZANDO COMO FUENTE TÉRMICA ENERGÍAS RENOVABLES NO CONVENCIONALES

Abstract

Este trabajo de titulación se realiza con el objetivo de disear un equipo demostrativo y funcional de generación eléctrica mediante ciclo Rankine orgánico para poder determinar si es técnica y económicamente viable su fabricación en Chile. El ciclo Rankine orgánico es técnicamente igual al ciclo Rankine tradicional con la particularidad de que en lugar de utilizar agua como fluido de trabajo esta es reemplazada por un fluido orgánico, como por ejemplo, diferentes tipos de hidrocarburos y refrigerantes. Al utilizar un fluido orgánico se pueden conseguir temperaturas de evaporación mucho menores que con el agua lo cual abre una serie de posibilidades de aprovechamiento de fuentes energéticas de baja entalpía, tales como energía geotérmica, calores de desecho, biomasa, energía solar, etc. En el caso de este diseo se pretende usar como fuente térmica agua caliente a 95 ?C. Para llevar a cabo el diseo del equipo ORC lo primero que se hizo fue hacer un estudio del mercado nacional e internacional para encontrar alternativas que se ajusten a los requerimientos del proyecto (10 KW de potencia generada, fuente de calor a 95 ?C, fuente fría a 25 ?C, entre otros). Se determinó que en el mercado nacional no existen alternativas de equipos ORC de ese tamao y que a nivel internacional la oferta es reducida. Se encontró un fabricante, Infinity Turbine que ofrece un equipo ORC de 10 KW el cual se usó como referencia. Además, de la misma empresa es la turbina considerada a partir de la cual se comenzó con el diseo del equipo. La elección de la turbina definió también el fluido de trabajo a usar, que es el refrigerante R245fa. Este fluido no está disponible en Chile pero se hicieron las gestiones comerciales para que pueda ser traído de forma especial. El diseo de ingeniería parte con la realización de un modelo termodinámico del funcionamiento del ciclo en su punto nominal. Este modelo se efectuó con la ayuda del software Engineering Equation Solver (EES). De este modelo se obtienen algunos parámetros de funcionamiento del equipo los que junto a las condiciones de partida permitieron realizar las especificaciones de los diferentes componentes que forman el sistema ORC. Luego con estos datos se procedió a buscar en el mercado local alternativas para la bomba, acumulador, evaporador y condensador. En el caso de los dos últimos no se encontraron opciones en el mercado local por lo que hubo que cotizarlos en el extranjero. Con el sistema definido se realizó el cálculo de las pérdidas de carga en las tuberías y se descartó que exista riesgo de cavitación en la bomba. Finalmente, se obtuvo que realizar el diseo del equipo ORC propuesto tiene un costo de 15,6 millones de pesos mientras que la alternativa de mercado cuesta 31,8 millones de pesos, es decir, el equipo ORC propuesto sería un 51% más económico que la alternativa de mercado. Se concluye por tanto que el equipo ORC diseado es técnica y económicamente factible de ser realizado.