Diseño de un sistema de precalentamiento indirecto de alta eficiencia para grandes moto-generadores a gas natural apoyado en análisis computacional (CFD)

Abstract

Celsia como empresa del grupo Argos con enfoque en la generación, distribución, transmisión y comercialización de energía eficiente ha venido trabajando en una planta de generación térmica en Sahagún/Córdoba llamada el Tesorito. Actualmente tienen la necesidad de reducir los costos operativos asociados a mantener los moto-generadores en sus condiciones de arranque. Por tal razón el presente proyecto tiene como objetivo aportar una solución mediante el diseño un sistema de precalentamiento, con el uso de fuentes de energía renovables. A través de una simulación CFD (Dinámica de fluidos computacional) de un modelo simplificado del circuito de precalentamiento del motor 16V50DF, se obtuvo la demanda de potencia del sistema, comportamiento de la distribución de temperatura y perdidas asociadas al proceso. De esta manera se formularon tres alternativas de solución: calentamiento a través de paneles fotovoltaicos, colectores solares y paneles híbridos. Posteriormente con la consideración de los criterios de diseño más relevantes, que son compatibilidad con el control actual de la planta térmica, nula modificación en el motor-generador, alta eficiencia de generación de energía térmica y costo de instalación; se escogió la de calentamiento a través de paneles fotovoltaicos, a la cual se le realizó el diseño en detalle sobre la estructura que los soporta. Finalmente, se le plantearon distintos escenarios operativos donde se modificó su disponibilidad energética variando la capacidad de almacenamiento para obtener una solución costo-efectiva, junto con un análisis de riesgos que puedan afectar el desarrollo del proyecto y la operación.

Celsia, as a company of the Argos Group focused on the generation, distribution, transmission and commercialization of efficient energy, has been working on a thermal generation plant in Sahagún/Córdoba called El Tesorito. Currently they have the need to reduce operating costs associated with maintaining the motor-generators in their starting conditions. For this reason, the present project has the objective of providing a solution through the design of a preheating system, with the use of renewable energy sources. Through a CFD (Computational Fluid Dynamics) simulation of a simplified model of the preheating circuit of the 16V50DF engine, it was obtained the power demand of the system, the behavior of the temperature distribution and losses associated to the process. In this way, three alternative solutions were formulated: heating through photovoltaic panels, solar collectors and hybrid panels. Subsequently, considering the most relevant design criteria, which are compatibility with the current control of the thermal plant, no modification in the motor-generator, high efficiency of thermal energy generation and installation cost, the heating through photovoltaic panels was chosen, with a detailed design of the structure that supports them. Finally, different operational scenarios were proposed where energy availability was modified by varying the storage capacity to obtain a cost-effective solution, together with an analysis of risks that may affect the development of the project and its operation.