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Evaluación termodinámica y económica de la integración de un campo solar de concentración a una central geotérmica emplazada en el norte de Chile
No full textMemoria para optar al título de Ingeniera Civil MecánicaEl potencial energético que posee el recurso geotérmico y solar en el norte de Chile, en conjunto con el interés de promover el uso de energías renovables en el país, han sido los motivos de llevar a cabo este trabajo de investigación, en el cual se evalúa la integración de la tecnología solar de concentración a una central geotérmica de ciclo binario basada en el mecanismo de operación de Cerro Pabellón, la primera planta geotérmica de Chile y Sudamérica. El modelo propuesto tiene el objetivo de aumentar la potencia eléctrica de la central geotérmica a través de la integración de un segundo bloque de potencia que utiliza el fluido geotermal y la potencia térmica suministrada por la tecnología termosolar para la generación de trabajo útil. Dicha integración se realiza procurando no alterar las condiciones de operación del ciclo orgánico, donde se considera además minimizar el riesgo de precipitación de sílice al interior del nuevo ciclo de potencia. Con relación a la tecnología termosolar implementada, esta corresponde a la tecnología de colectores cilindro parabólicos, para la cual, se proponen diferentes magnitudes de potencia térmica, múltiplo solar, horas de almacenamiento térmico y temperaturas nominales de operación del fluido de trabajo. La combinatoria de estos parámetros da lugar a diferentes configuraciones híbridas, las cuales son evaluadas a nivel termodinámico y económico. Para llevar a cabo dicha evaluación, se realiza en primer lugar la construcción del modelo termodinámico del sistema geotérmico en el programa Engineering Equation Solver, donde posterior a su validación, se procede a construir el modelo termodinámico del sistema híbrido. Las diferentes configuraciones híbridas son simuladas en régimen estacionario y transiente, donde, para llevar a cabo esta última, se complementa el programa Engineering Equation Solver con el programa System Advisor Model. A partir de la simulación realizada en régimen estacionario, se obtiene que con una potencia térmica del campo solar igual a 60 MWt, es posible aumentar la potencia eléctrica de la central en un 50% aproximadamente. A nivel exergético, se determina adicionalmente que los equipos con mayor destrucción de exergía en el nuevo bloque de potencia corresponden a los intercambiadores de calor, a los cuales se les atribuye cerca de un 72% de la exergía neta destruida en este nuevo ciclo. Por otro lado, a partir de la simulación transiente se obtiene que a medida que el valor del múltiplo solar y las horas de almacenamiento térmico aumentan conjuntamente, aumenta la producción eléctrica anual del ciclo geotérmico-solar. Con relación al factor de capacidad en función de estos dos parámetros, se determina que es posible aumentar su magnitud desde un 18% a un 71% cuando las magnitudes del múltiplo solar y horas de almacenamiento térmico corresponden a los máximos valores considerados. Por último, la evaluación económica realizada en base a la estimación del LCOE, arroja que las configuraciones híbridas alcanzan valores competitivos a pesar de las diferentes restricciones consideradas en este estudio para llevar a cabo la integración del recurso solar a la central geotérmica, donde, el mínimo valor obtenido es 81,19 US$/MWh, el cual es un 9,8% menor al mínimo LCOE estimado para una central geotérmica de 20 MWe instalada en Chile
Evaluación de la integración de sistemas de almacenamiento de electricidad con bombas de calor en centrales termo-eléctricas de gran escala
No full textTesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención MecánicaConsiderando la necesidad del uso de energías renovables para la descarbonización del sector de generación eléctrica, sin detrimento en la estabilidad y confiabilidad de las redes, en este trabajo se analizó un sistema emergente para el almacenamiento de electricidad a gran escala. Este es llamado Pumped Thermal Electricity Storage (PTES). A diferencia de las tecnologías que dominan el mercado, no tiene limitaciones geográficas y por su alta densidad energética (ρ_E) puede tener un costo potencialmente competitivo. Consiste en una bomba de calor (Heat Pump-HP) que transforma en energía térmica, electricidad de la red en periodos de bajo costo; un sistema de almacenamiento térmico (TES); y un ciclo de descarga para generar electricidad cuando es requerido. Hay pocos trabajos que han estudiado la integración de estos sistemas en centrales termoeléctricas convencionales, configuración con ahorro de costos (y preservación de empleos) potencial, que reutiliza el ciclo Rankine de vapor (Wet steam cycle-WSC) de estas plantas. Se analizó, por tanto, una HP con recuperación (con tres fluidos de trabajo: CO2, aire y argón) y aire ambiente como fuente de calor, integrada a varias opciones de sal fundida para el TES, y un ciclo WSC operando a 538°C y 16 MPa (caso base). Se realizó un estudio de sensibilidad, variando la temperatura, presión, temperatura ambiente y eficiencia isentrópica (η_is) de las turbomáquinas. Adicionalmente, se evaluó un WSC supercrítico y dos Brayton con recompresión, sistemas potenciales para la nueva generación de plantas de concentración solar. El desempeño y comparación de las configuraciones se analizó mediante la eficiencia de Round Trip (RTE), calculada por medio análisis exergético, y otras métricas como la ρ_E, densidad de potencia (ρ_P), relación de presiones (r) y costo de sales usadas.
En el caso base, la configuración con CO2 en la HP resultó en la mayor RTE. Valores del 50% pueden ser esperados con η_is del 80%. Sin embargo, la alternativa con argón resultó atractiva ya que la RTE es cercana, tiene una ρ_P mayor y r menor, que pueden conllevar a sistemas potencialmente más compactos y de menor costo. Además, el límite de temperatura máxima en estos compresores es más elevado. La sal fundida de nitratos y adición de Litio, si se reducen costos de adquisición, puede ser una opción interesante debido a alta ρ_E (ahorro potencial en tamaño de tanques y flujo másico). Con un WSC supercrítico, operando a 25 MPa y mejor η_is, una RTE alrededor de 64% puede ser alcanzada. Configuraciones Brayton con recompresión, integradas a HP con aire o argón y con parámetros de operación similar, pueden ser una opción competitiva, especialmente si se trabaja por encima de 700°C. Dichos sistemas son más susceptibles a la reducción de la η_is y la sal de carbonatos y litio es una opción adecuada, siempre y cuando los costos del material disminuyan. Otra opción interesante es la sal binaria clorada, de bajo costo, pero baja ρ_E. Un estudio económico y diseño específico de los equipos de la bomba de calor, es necesario para evaluar el potencial y rentabilidad de este tipo de sistemas PTES
Evaluación energética para integración de energía solar térmica en procesos de la industria láctea
No full textMemoria para optar al título de Ingeniero Civil MecánicoLa tendencia creciente al uso de energías renovables, ha motivado la creación de diversas líneas de investigación, con el objetivo de estudiar potenciales usos y barreras asociadas a su implementación. De esta manera, se han logrado importantes avances en cuanto a su aplicabilidad, efectividad, eficiencia y factibilidad. A su vez, se identifica a la integración de energía solar térmica en procesos industriales (Solar Heat for Industrial Processes, SHIP) como una de las aplicaciones con mayor potencial para el uso de energía solar térmica.
Estudios han permitido identificar ciertas industrias, y procesos, como potenciales candidatos para la integración de Sistemas Solares Térmicos (SST), en base a factores como distribución geográfica de plantas, condiciones meteorológicas, temperaturas de operación, entre otras características que puedan tener impactos en el desempeño energético de estos sistemas. Así, se identifica como candidato a la industria láctea, cuyos procesos térmicos suelen alcanzar temperaturas máximas del orden de los 130 °C.
En el presente trabajo, se analizó la implementación de SHIP en la industria láctea chilena. El objetivo general corresponde a evaluar el potencial de integración asociado al proceso de esterilización Ultra High Temperature (UHT). Este, se caracteriza por ser uno de los procesos más demandantes, energéticamente, al interior de una planta procesadora de lácteos, definiendo las condiciones de operación de los sistemas de generación de vapor. Así, es posible determinar líneas base para establecer esquemas de integración y el diseño de SST.
Particularmente, se estudió el efecto de introducir energía solar para apoyar la generación de vapor, en plantas de productos lácteos, en términos de su impacto energético, económico y ambiental. También, se analizó el efecto de la selección de las principales variables de diseño en el comportamiento transiente de sistema solar, y de su desempeño anual.
Las herramientas utilizadas fueron el software TRNSYS, para evaluación del comportamiento anual de los sistemas solares térmicos considerados, y el entorno de programación Python para postprocesamiento de resultados.
Como principales conclusiones del estudio, se tiene que la implementación de SST permite lograr costos competitivos para la energía térmica generada, mientras se mantenga un costo específico suficientemente bajo, del orden de 150 a 280 USD/m2, según la tecnología solar utilizada. Otra alternativa, para escenarios de costos más elevados, es exigir una rentabilidad menor para los proyectos. Con tasas de hasta el 7% se logra, en general, rentabilidad para proyectos con tecnologías FPC y Fresnel
Influence of solar energy resource assessment uncertainty in the levelized electricity cost of concentrated solar power plants in Chile
No full textGoing Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
No full textThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
No full text“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
No full textWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Study of local entropy generation in porous media under laminar and turbulent regimes
No full textRecently, in the last 15 years, porous structures have been proposed as an interesting solution in the design of high-temperature energy storage and exchange systems, both for applications in concentrated solar power (CSP) systems. The wide exchange area of the solid matrix allows to reaching higher conversion efficiencies, particularly in high-temperature applications (~1000°C) for compressible gases (CO2 or air). However, the presence of the solid matrix increases the hydrodynamic resistance of the flow and, consequently, generates irreversibilities to control. Similarly, the arduous operating conditions in some cases and the inherent complexity of simulating a tortuous porous medium make the task of simulation and analysis still a complex problem to solve in turbulent systems. Therefore, in this work, the generation of entropy is proposed as a comprehensive figure of merit capable of incorporating the different mechanisms of generation of irreversibilities in a single variable on the transport and management of the energy. Additionally, an analysis focused on the transport and generation of entropy to distinguish the quality of the energy potential of each energy flow interacting with a system.
Despite the fact that entropy as a concept is at least 200 years old, there is no methodology in the literature that allows to determining the local entropy generation (LEG) in porous media and distinguishing its different generation mechanisms. When a porous matrix is included in the analysis, additional volumetric heat transfer and energy dissipation mechanisms appear that are not found in free internal flows. This makes it necessary to study the modeling of these additional mechanisms and their impact on the generation of entropy. This work proposes a theoretical analysis of the transport equations of mass, energy, and momentum, and from them develops a physical-mathematical expression for the transport and generation of entropy in porous media. Furthermore, a methodology is presented to apply the LEG theoretical model in CFD simulation tools.
A preliminary dimensionless analysis on the LEG expression is presented to determine the dimensionless variables that define the level of significance of each LEG mechanism. Subsequently, a numerical experiment is implemented in a porous channel under 200 design and operation configurations. The results show that the irreversibilities associated with hydraulic resistance in porous media can dominate the LEG rate over volumetric heat transfer mechanisms. Similarly, inflection points are determined where the hydraulic resistance can dominate the LEG for different ReD, porosity, and inlet temperature difference. The hydrodynamic resistance effect dominate the total LEG in comparison to the volumetric heat transfer for high porous Reynolds regimes (ReD>100) when the porosity is below 0.6.ANID, a través de la beca de doctorado nacional 2018Versión original del auto
Diseño de una planta de poligeneración solar con colectores lineales fresnel para generación de electricidad, frío y calor para procesos industriales y agua desalinizada
No full textTesis (Magíster en Ciencias de la Ingeniería)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2016La alta demanda de energía en Chile es un problema ampliamente discutido, así como la posibilidad aprovechar el recurso solar como una solución a este problema dado el alto potencial de radiación que posee el norte del país. Además, dicha zona del país presenta graves problemas de abastecimiento de agua potable por la escasez de este recurso debido a sus condiciones climáticas. Una solución a estas problemáticas consiste en la utilización del recurso solar para la generación de electricidad con plantas termosolares, y para la obtención de agua mediante plantas desalinizadoras, donde además el recurso solar puede utilizarse para la generación de frío mediante refrigeración solar con ciclos de absorción y la generación de calor para procesos industriales. Este trabajo desarrolla un esquema de poligeneración utilizando una planta de concentración de solar de potencia de 50MW a la que se han acoplado los módulos de desalinización, generación de frío y calor para procesos industriales.Se seleccionó la tecnología de colectores lineales Fresnel para la concentración, la desalinización por multi-efecto, un ciclo de absorción de doble efecto para la refrigeración y un intercambiador de calor para alimentar la demanda de calor de procesos, modelando la planta en régimen transitorio para un período de un año en el software TRNSYS. Además, se consideró un sistema de almacenamiento térmico y un sistema de respaldo fósil para mantener la autonomía de la planta durante 24 horas. Se realizó un análisis del caso base, distinguiendo como afecta la integración de cada módulo el funcionamiento de la planta. Asímismo, se obtuvieron resultados en términos energéticos y económicos para los diferentes escenarios. Además, se determinó las condiciones para el diseño de la planta, llegando a una fracción solar de más del 52%, con la capacidad de producir más de 32.000 m3/día de agua, enfrentando demandas considerables de refrigeración y calor en la industria
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