energías renovables y eficiencia energética una política...

Energías renovables y eficiencia energética una

política de emprendimiento al interior del SENA

Objetivos

• Intercambiar y divulgar las diferentes experiencias que desde el SENA C.E.A.I. se

viene desarrollando en eficiencia energética y el uso de energías renovables

aplicadas en la formación profesional y los procesos industriales de la región.

• Objetivos específicos:

• Divulgar las experiencias temáticas de formación de 17 instructores del Sena en

el país Vasco.

• Mostrar los equipos y laboratorios adquiridos por el Sena

• Intercambiar experiencias de proyectos de energías renovables y eficiencia

energética que el Sena viene desarrollando en la región: Unidad de Servicios de

energías renovables USER, una experiencia con jóvenes rurales;

Precalentamiento de agua para la caldera de la planta de procesos industriales

del taller 24 del CEAI utilizando energía térmica solar; Energía térmica solar

aplicada en la cocina industrial de Puerto Inírida.

17 Instructores

Transferencia Tecnológica y Pedagógica

Eficiencia Energética

Energía Solar Térmica

Energía Solar Fotovoltaica

Energía mini Eólica

Energía pico Hidráulica

Pedagógica

Diseño e

Instalación

Introducción

Demanda de EE. España

Demanda energética Colombia

Sistema interconectado

Oportunidad

Condiciones naturales !

El País Vasco como referente en Energías

Renovables

• En el año 2008, las renovables han

supuesto el 20% de la electricidad

consumida, lo cual sitúa a España como el

primer país europeo en energía

termoeléctrica, el segundo en eólica y

fotovoltaica y el tercero en mini-hidráulica.


Renovables

Al finalizar el año 2008, las renovables tenían una

potencia instalada en el conjunto del Estado de 31.101

MW y generaban 73.900 empleos directos. La eólica

presentaba una potencia instalada de 16.549 MW,

encaminándose hacia los 20.000 MW en el año 2010. El

sector, formado por unas 700 empresas, genera 38.000

puestos de trabajo y un I+D+i de 175 millones anuales.


Renovables

clúster de la energía

• Euskadi (el País Vasco) cuenta con un tejido tecnológico, industrial

y financiero de primer nivel -Iberdrola, Gamesa, Petronor, MCC,

Sener, Guascor, Tecnalia, IK4, IDOM, el propio ente vasco de la

energía EVE y el CIC EnergyGune; entidades financieras como el

BBVA o la BBK, que participan en el clúster de la energía- para

convertirse en una referencia en el ámbito de las renovables.


Renovables

La producción energética limpia representa el 4,4% del

total en Euskadi.

La Comisión asignó diferentes objetivos obligatorios a

cada Estado para poner en práctica los acuerdos

alcanzados en marzo de 2007 por los líderes europeos:

una reducción de un 20% de los gases de efecto

invernadero respecto a los niveles de 1990; un 20% de

renovables y un 10% de biocarburantes para el transporte.

Todos estos objetivos deben lograrse en 2020.


Renovables

En Euskadi, la adaptación a este escenario exigirá

ingentes inversiones y unos cambios profundos tanto en la

estructura productiva como en los hábitos de consumo. La

contribución de las renovables en 2006 a la demanda

eléctrica en el País Vasco fue de 4,5% prácticamente la

mitad del peso porcentual que tiene en el resto del Estado

(8,7%). La meta en el Plan de Lucha Contra el Cambio

Climático es que alcance el 15% de la demanda eléctrica

en 2010.


Renovables

Otras medidas aprobadas para impulsar el uso de

fuentes renovables consisten en «reforzar» el apoyo a

las instalaciones de energía solar como fuentes de

producción eléctrica, de modo que sumen una

capacidad de 10,7 MW instalados; disponer de 175 MW

instalados para generar energía hidroeléctrica, y el

desarrollo de nuevas tecnologías, como las vinculadas a

la geotermia, la energía de las olas (mareomotriz)...

Sobre educación energética en el País Vasco

A lo largo 2002-2004 los centros de enseñanza

secundaria públicos del País Vasco fueron equipados con

instalaciones solares fotovoltaicas para la generación de

energía eléctrica de forma limpia y eficiente. Todo este

proyecto forma parte de un convenio entre el

Departamento de Educación, Universidades e

Investigación del Gobierno Vasco y el Ente Vasco de la

Energía, EVE.

Sobre educación energética en el País Vasco

• Los 60 centros dotados de instalaciones solares en esta tercera fase

en el 2004 se distribuyen por territorios históricos de la siguiente

manera: 8 centros en Araba, 28 en Bizkaia y 24 centros en Gipuzkoa,

lo cual supone 170 nuevas instalaciones solares. Para la selección de

los centros se han tenido en cuenta criterios de distribución por

territorios, población estudiantil y, adicionalmente, la disponibilidad en

los institutos de la red informática PREMIA. Red promovida por el

Gobierno Vasco, que permite visionar de forma remota la información

referente al equipamiento solar y realizar de esta forma un seguimiento

continuo de generación, potencia etc.

Energía y desarrollo sostenible

Ayudas públicas a la inversión

Incentivos fiscales a la explotación de biocarburantes

Primas a la generación de electricidad con fuentes renovables

Plan de Energías Renovables 2005-2010

Plan de Fomento de las Energías Renovables 2000-2010

Compromisos de España (Protocolo de Kioto, Plan Nacional de Asignación)

Plan de Acción 2005-2007 de la Estrategia de Ahorro y Eficiencia Energética

Plan de Energías Renovables 2011-2020 (Informe de previsión)

España prevé que en 2020 EERR 22,7% Energía Final 42,3% Generación Eléctrica

•La captación solar directa, por medio de ingenios fabricados por el ser humano,

podemos dividirla en tres tipos, a saber: 1.-captación térmica pasiva.

2.-captación térmica activa.

3.-captación fotovoltaica.

Olas Eólica Hidráulica

CAPTACIÓN SOLAR

DIRECTA FOTÓNICA TÉRMICA

Fotoquímica Fotovoltaica

Arquitectura solar pasiva

Solar térmica

Solar Fotovoltaica Fotoquímica Biomasa

Activa Pasiva

CAPTACIÓN SOLAR INDIRECTA

Introducción

Consideraciones

Sena C.E.A.I. Ing. José Ignacio Pérez Chaparro

Diseño de CSP eficientes

Durante el presente año, el Sol arrojará sobre la Tierra cuatro mil

veces más energía que la que vamos a consumir.

Colombia, por su privilegiada situación y climatología, se ve

particularmente favorecida ya que sobre cada metro cuadrado de su suelo inciden al año más de 1.500 kilovatios-hora de energía. Esta

energía puede aprovecharse directamente, o bien ser convertida

en otras formas útiles.

Ing. José Ignacio Pérez Chaparro

Legislación Ambiental



Temario






Pedagógica

Energía Solar Térmica (EST) - Colector Solar

EST

Componentes

Sistema de apoyo

EST

Home Energy Report 2008 - 2009

Agua Caliente Sanitaria (ACS)

EST

E = m*Ce*ΔT Vivienda 5 personas 200 l/día

E = 200*1.16*(60-13)= 10 KW/día*365=3.65MW/año

147 viviendas = 540 MW

Capacidad Instalada en Betania 540 MW

EST

ACS

Viviendas

multifamiliares

Viviendas

unifamiliares

Sector

Terciario

Calentamiento de Piscinas

EST

Suelo Radiante

EST

Calor de proceso

•Industria alimentaria: Productos

lácteos, bodegas, envasadoras, jugos

y conservas vegetales, industria del

pan, pastelería

•Industria textil: fabricación y

tratamiento de tejidos, tintado

•Industria química: Cosméticos,

productos farmacéuticos, detergentes

•Industria agropecuaria:

Invernaderos, secaderos, sacrificio de

ganado, preparación y conservas

cárnicas

EST

Energía Termosolar

Plataforma Solar de Almería EST

50 5.000

5.000 6.000

6.000 7.000

7.000 8.000

8.000 9.000

9.000 10.000

10.000 12.500

12.500 15.000

15.000 17.500

17.500 20.000

Mas de 20.000

ZONA IV ZONA VPISCINAS

CUBIERTAS

Tabla 2.1 (HE4)

Tabla 2.3 (HE4)

ZONA I ZONA II ZONA III

CONSUMO ACS

(l/día a 60°C)

70

70

70

70

70

70

70

70

70

70

ZONA V

APORTACION SOLAR (%) CON COMBUSTIBLE FOSIL

ZONA II

7055

ZONA IVZONA III

70

70

70

70

70

70

70

60

65

70

70

70

70

70

70

70

50

55

61

63

65

70

70

7070

70

30

35

45

5230

30

30 65

52

30

30

ZONA I

35

45

30

30

30

30

7030 30 50 60

EST

Temario






Pedagógica


Generación de Electricidad

ESFV

Solar Fotovoltaica

Conexión a Red

Home Energy Report 2008 - 2009

Autónomos

ESFV

Solar Fotovoltaica

Home Energy Report 2008 - 2009 ESFV

Huertas Solares

Capacidad Instalada de 300 KW

27 seguidores

ESFV

Temario






Pedagógica

Potencia Eólica en Europa

Teorema de Betz

59%

Potencia del Aerogenerador

Pa = ½ ρ V3 Cp π r2 (W)

Cp: Coeficiente (0.1 a 0.45) V: velocidad del viento R: radio de la pala

Energía Eólica

Mini Eólica

Autónomos

Conexión a Red

Recursos naturales complementarios

Híbridos

Temario






Pedagógica

Energía hidroeléctrica

¿Qué es? Transformación de la energía presente en un curso de agua en energía

eléctrica para su transporte y utilización.

ENERGÍA

PRIMARIA

Potencial Cinética Oscilatoria

Energía hidroeléctrica

Breve historia En el siglo XVIII, el matemático Euler propuso la ecuación básica de las turbomáquinas

hidráulicas. Basándose en ella, y en múltiples ensayos prácticos, Fourneyron construyó, en

1827, la primera turbina hidráulica.

Esquema de la turbina Fourneyron

A partir de entonces, se propusieron y construyeron

múltiples diseños, de los que han sobrevivido los más

efectivos, conocidos por los nombres de sus diseñadores:

Pelton, Francis, Kaplan, Banki.

1881 Primera planta hidroeléctrica

Desarrollo de la tecnología eléctrica

Desarrollo del alternador (Tesla)

Transporte en alterna (AEG)

1892

Sección de alternadores con turbina

hidráulica en Niagara Falls

Fundamento

gmtc

hQkWP ***8.9][

7.05.0

Aforo caudal

Salto

Potencia Generada típica para sistemas PCH

Componentes de una picocentral hidroeléctrica

Pico Hidráulica

Potencias menores a 10 KW Ingeniería Inversa •Bomba – Turbina

•Motor - Alternador

Ejemplo 1.

Aplicaciones

200 W

15 PSI 10.5 m altura

6 lps

Generador de imán permanente 24 V

Producción mensual 144 KWh

Ejemplo 2.

Aplicaciones

10 kW

90 m altura

275 metros de tubería forzada 10 cm.

22 lps

Turbina Pelton

Ejemplo 4. Turbina de reacción

Aplicaciones

Oscillating Water Column (OWC)

http://www.daedalus.gr/OWCsimulation2.html

http://www.daedalus.gr/OWCsimulation2.html

Temario






Pedagógica


Transversal

Problemas en España Auditoria Energética

Gestor Energético


Auditoria Energética


Recibos y registros

de datos

Eficiencia Energética Sustitución de Lámparas

Automatización de la Iluminación

€ 5403

Micro-cogeneración

Dachs G5.5

14,5 kW térmicos

5,5 kW eléctricos

Iluminación

Calentamiento eficiente de agua para la planta de

procesos industriales del C.E.A.I. empleando

energía térmica solar

Ing. José Ignacio Pérez Chaparro



Procesos Industriales



El desarrollo sustentable y sostenible

“para mantener un crecimiento sostenible y equitativo, garantizando un suministro de energía a largo plazo, hace falta un incremento de la eficiencia energética, la búsqueda de otras fuentes de energía renovables y un cambio en el sistema organizacional y cultural global”.



Descripción de la planta de procesos industriales del C.E.A.I.

Planta de

servicios Planta auxiliar

Planta de

procesos



Planta de servicios



Planta auxiliar



Planta de Procesos



Planta de procesos



Planta de intercambio térmico



Formulación del problema

• En la actualidad la planta didáctica de procesos industriales del taller 24 del Sena CEAI cuenta con un sistema de precalentamiento de agua, que se utiliza para alimentación de la caldera, con un sistemas térmico solar que no desarrolla la eficiencia requerida para el proceso y requiere mejoras en la utilización del área equivalente de acuerdo a la radiación solar y la posición de acuerdo a la ubicación geográfica, de esta forma no cumple con aspectos de inclinación especificados y su construcción es rígida que evita experimentación por su poca modularidad.



Formulación del problema



Topología de sistemas SCP

• Sistema con acumulación y tanque de reposición



Objetivos

• Objetivo General

• Diseñar, construir y poner en servicio, un sistema de calentamiento de agua, empleando energía solar, en la planta didáctica de procesos industriales del taller 24 del Centro de Electricidad y Automatización Industrial del SENA CEAI, de la ciudad de Cali Valle Colombia Sur América.

• Emplear materiales y procedimientos de ingeniería adaptados a nuestro medio, para hacer viable el uso de la energía solar y promover su uso, realizando análisis de prefactibilidad financiera que sustente la rentabilidad del proyecto.

• Elaborar un procedimiento sistémico de diseño y calculo matemático y físico de los CSP que permita la experimentación, análisis y evaluación de eficiencias energética comparativa para plantas de procesos industriales.



Resultados esperados Resultados Directos.

• Estado del arte en el diseño e implementación de sistemas térmicos solares

• Apropiación de conocimientos en las técnicas para el desarrollo y construcción de sistemas solares y el uso de energías alternativas para sus requerimientos y necesidades.

• Metodología estructurada para el diseño, dimensionamiento y construcción de sistemas térmicos solares aplicados con materiales de bajo costo, logrando máxima eficiencia y aplicando procedimientos de ingeniería propia.

• Diseño, instalación y puesta en marcha del sistema térmico solar

• Implementación de sistemas de medición y control apropiados para la integración del sistema con las plantas de procesos industriales, ubicados en el taller 24 del CEAI.

• Análisis y estudio de prefactibilidad financiera

• Un artículo publicado en una revista nacional o internacional.



Resultados del proyecto Resultados Indirectos

• Fortalecimiento en la utilización de energías alternativas de bajo costo, en el diseño y construcción de CSP y acumuladores y aplicación real en procesos industriales, la cual es una línea de investigación aplicada que el Sena C.E.A.I promueve desde la Subdirección.

• Proporcionar recursos y casos de estudio para la formación de los estudiantes del Sena, universidades e instituciones tecnológicas y de postgrado de la Universidades de la región.

• Proporcionar a la industria local y nacional alternativas para el mejoramiento en eficiencia y calidad de sus procesos.

• Participación en congreso nacional o internacional.

• Compromiso y relación con el sector productivo a través de alianzas con la empresa IGT ingeniería total, empresa reconocida.

• Realización de un Seminario de energías alternativas dirigido a Pymes.



Las Pymes el mercado Objetivo Por ser las mayores generadoras de empleo, representan mas

del 95% de las empresas del país, proporcionan cerca del 65% del empleo y generan mas del 35 % de la producción nacional.



Esta tecnología es empleada ampliamente en otras latitudes, con resultados satisfactorios. Por lo tanto, la viabilidad técnica y financiera del uso de la energía solar para calentamiento de agua, está comprobada. Es importante adaptar esta tecnología a las condiciones regionales y particularmente a los esquemas de producción de los diferentes procesos industriales y de aquellas zonas alejadas o de frontera donde los recursos del estado son limitados, y que es factible para Pymes como industrias de alimentos, hoteles ecológicos, Plantas medicinales, trapiches paneleros, entre otros.

.

Aplicaciones en zonas de frontera



Innovación y desarrollo tecnológico

• Este proyecto pretende fortalecer la investigación, aplicación y desarrollo de energías alternativas reales y alcanzables para los procesos industriales.

Además de lo anterior, los aspectos novedosos a resaltar de proyecto se encuentran definidos por:

• Se dispondrá de una herramienta sistémica para la experimentación, análisis y evaluación de sistemas térmicos CSP.

• Se implementaran sistemas de medición y control integrados con los sistemas supervisorio con los que cuenta hoy la planta didáctica de procesos industriales del taller 24.



Pertinencia e Impacto

• Reducción de consumo de combustibles El principal objetivo del proyecto, es reducir el consumo de combustibles fósiles

empleados para el calentamiento del agua y la producción de vapor.

Con la reducción del consumo de gas, se logrará reducir la producción de gases contaminantes tales como NOx, SO2, CO, entre otros.

• Reducción de costos de producción También se reducirán los costos de producción por reducción de compras de

gas. La medición y evaluación de la reducción de costos mostrara una razón más para que la industria mejore la competitividad de la empresa



MODELO El proyecto será un prototipo que servirá de modelo de pruebas para futuras implementaciones dentro de las Pymes y para propósitos académicos en el Sena. El objetivo a corto y mediano plazo, es lograr un mejoramiento continuo del proyecto, por medio de un seguimiento técnico permanente durante los primeros meses de implementación. Una vez se haya logrado un alto desempeño de la infraestructura instalada, se intentará reproducir el proyecto en otras centros del Sena. Para permitir los ajustes y mejoramientos del proyecto, este se debe diseñar con la suficiente flexibilidad y accesibilidad que permita los cambios propuestos que vayan surgiendo.

Pertinencia e Impacto



Conciencia ambiental

• El uso de un energético limpio, servirá para modificar la cultura ambiental e impactar el inconsciente colectivo de todas las personas involucradas en los procesos productivos, gremio que históricamente se ha considerado contaminante.



Impacto en la formación

• El Sena fortalece y crear cursos de energías

alternativas como:

• Tecnólogo en diseño y desarrollo de sistemas

térmicos solares.

• Técnico instalador de CSP

• Tecnólogo analisista de prefactibilidad financiera de

sistemas térmicos solares.



Creación de empresa

La formación de sus estudiantes que tendrán la capacidad de proponer proyectos de creación de empresa en el fondo emprender en temas como:

• Empresa de diseño y construcción de CSP. • Diseño de sistemas electrónicos de medición y control

para sistemas térmicos solares. • Empresa de servicios de mantenimiento e instalación

de sistemas térmicos solares. • Servicios de análisis y prefactibilidad de proyectos de

energía renovables.



Actualmente no existe en la región un sistema térmico

solar didáctico modular demostrativo que utilice energías

limpias de bajo costo, una razón más por la cual es

necesario la implementación de este sistema para la

experimentación, análisis, demostración y evaluación

practica de ahorro y eficiencia energética que impacte el

inconsciente colectivo.



El SENA dispondrá de una metodología sistémica para el diseño, construcción y montaje de sistemas térmicos solares CSP desarrollados con materiales de bajo costo y de alta eficiencia.



• Este proyecto demostrará que es posible reducir los aportes contaminantes a la vez que se logran reducciones de costos de producción.



• El proyecto es el punto de partida para nuevas implementaciones e investigaciones de energía alternativa que brinden soluciones óptimas, planteadas desde el SENA, a problemas reales de sus procesos y que impulse en el sector Pymes al cambio cultural y metodológico hacia la utilización de sistemas térmicos solares y uso eficiente de las

energías renovables.



DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO AMBIENTAL

USER

• Enmarcado en el programa jóvenes rurales emprendedores, cuyos

propósitos son entre otros atenuar la migración del campo a la ciudad,

generar desarrollo sostenible en el medio rural, Innovar y difundir nuevas

tecnologías y promover la creación de empresas con valor agregado en el

medio rural, Aumentar la productividad y disminuir el desempleo en el

sector rural y generar condiciones para que la población vulnerable tenga la

posibilidad de incorporarse en actividades productivas de la región, como

trabajadores o mediante la gestión de proyectos productivos asociados al

proceso formativo.

PROYECTO AMBIENTAL USER

El objetivo de este proyecto es desarrollar una planta de servicios que

provea de energía eléctrica, agua caliente, y calefacción a las unidades

productivas en la zona rural que permita el desarrollo de una granja

autosuficiente y automatizada, haciendo que el proceso productivo sea

más competitivo al reducir los costos de producción inherentes al proceso

productivo.

PROYECTO AMBIENTAL USER

OBJETIVOS.

• General.

• Desarrollar una Unidad de servicios Industriales, que estén Basados en el Uso de

Energías Renovables y el Uso Racional de Energías para unidades productivas rurales.

• Específicos.

• Diseño Unidad de servicios Industriales, que estén Basados en el Uso de Energías

Renovables y el Uso Racional de Energías.

• Adquisición de materiales para la construcción de la Unidad de servicios Industriales,

que estén Basados en el Uso de Energías Renovables y el Uso Racional de Energías.

• Construcción Unidad de servicios Industriales, que estén Basados en el Uso de

Energías Renovables y el Uso Racional de Energías.

• Instruir a las comunidades rurales en el uso eficiente de la energía y su generación

desde el aprovechamiento de los recursos disponibles, haciendo énfasis en el uso de

energías renovables.

Sistema de Generación de Biogás

• Consta de un sistema de digestión anaerobia de

residuos orgánicos, biodigestor, con capacidad para

almacenar 100m3, con válvulas, filtro de ácidos, caja de

mezcla, entrada y salida de efluentes, sistema de

distribución de gas.

Generación de calor

• Consta de sistemas de distribución de gas para hacer combustión y

generar llama que puede ser usada para cocinar, alumbrar y para

calentamiento de recintos a través de reflectores de calor. 1 m3 de

gas tiene un poder calorífico de 4.500 a 5.600Kcal. Esto representa

un potencial de producción de alrededor de 150.000kcal x día

Sistema de Generación de energía Eléctrica

con Biogás.

• El diseño del sistema de generación de energía eléctrica a través

del uso de biogás como combustible, consiste en el

aprovechamiento del biogás que se usa como combustible de

reemplazo de la gasolina, para la generación de energía eléctrica.

Sistema de tratamiento de Aguas Servidas y

obtención de abono orgánico.

• Como resultado de los procesos de producción de ganado se

generan residuos sólidos y líquidos (estiércol y orina) y agua usada

para los menesteres de la finca (lavado), el uso del biodigestor

permite una primera fase de limpieza de aguas, el agua resultante

puede ser usadas como abono orgánico a cultivos de peces y

agricultura con excelentes resultados. El biodigestor propuesto tiene

una capacidad de tratamiento de 9m3 de aguas servidas x dia.

Sistema térmico solar.

• El diseño del Sistema Estándar de Calentamiento térmico solar de

Agua, consta de los equipos y materiales para elevar, en forma

directa por radiación solar, la temperatura del agua entre 30 y 55

°C.

Sistema de riego automatizado.

• Un cultivo es un agrosistema con fines de producción; depende del

hombre procurar mantener en equilibrio sus factores, para obtener

más cantidad y mejor calidad. Por esto se ha diseñado un sistema

de riego automatizado piloto, que ayudara a mejorar el proceso

productivo, este sistema se provee para su funcionamiento de la

energía que se genera en la planta eléctrica y fotovoltaica.

Cocina Industrial con Energía térmica

solar

Rio inirida

Cocina industrial Puerto Inírida

CSP en tejado

Unidad de intercambio térmico ACS

Prueba y resultados

Muchas



energías renovables y eficiencia energética una política...

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