Estudio de pre factibilidad técnica y económica para reducir el consumo de combustible en una empresa cuencana, mediante el uso de energía solar térmica (SST) en sus procesos industriales
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Date
2024-11-25
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Publisher
Universidad de Cuenca
Abstract
Resource scarcity and environmental impact pose significant challenges for industry, the third- largest global energy consumer, with 80% of its energy coming from fossil fuels. This study evaluates the technical, economic, and environmental feasibility of energy transition in a food industry in Cuenca, Ecuador, through the implementation of a solar thermal system (SST) to complement the existing steam generation system. The system's design was evaluated through simulations using Polysun software, based on 2021 meteorological data from the 'Mariscal La Mar' airport. Components were selected considering their feasibility and suitability
for simulation. The SST features an indirect exchange system with forced circulation and closed expansion, using pressurized water as the heat transfer fluid.
Three performance scenarios were evaluated, with the optimal configuration consisting of 16 ETC collectors, a surface area of 48 m2, and a 20° tilt, which meets an annual demand of 15969 kWh and achieves a solar fraction of 44.7%. The orientation (33.4° south) and hydraulic circuit analysis were key to maximizing solar capture and minimizing thermal losses. The financial analysis, considering both self-financing and bank loans, showed positive results in both cases. Financial indicators such as VAN, TIR, and the B/C ratio confirm the project's profitability. The SST offers an annual fuel savings of $4110 and reduces CO2 emissions by
13 tons. Additionally, the Levelized Cost of Heat (LCOH) of $0.09442/kWh positions the SST as a competitive and sustainable solution compared to traditional energy sources.
Resumen
La escasez de recursos y el impacto ambiental plantean desafíos significativos para la industria, el tercer sector de mayor consumo energético global, con el 80% proveniente de combustibles fósiles. Este estudio evalúa la viabilidad técnica, económica y ambiental, de la transición energética en una industria alimentaria en Cuenca-Ecuador, mediante la implementación de un sistema solar térmico (SST) que complemente el sistema actual de generación de vapor. El diseño del sistema fue evaluado mediante simulaciones en el software Polysun, usando datos meteorológicos del aeropuerto 'Mariscal La Mar' de 2021. Se seleccionaron componentes considerando su viabilidad y disposición para simulación. El SST es de intercambio indirecto, con circulación forzada y expansión cerrada, usando agua presurizada como fluido caloportador.
Se evaluaron tres escenarios de rendimiento, el óptimo incluye 16 colectores ETC con una superficie de 48 m2 e inclinación de 20°, logrando cubrir una demanda anual de 15969 kWh y una fracción solar del 44.7%. La orientación (33.4° al sur) y el análisis del circuito hidráulico fueron claves para maximizar la captación solar y reducir las pérdidas térmicas. El análisis financiero, considerando capital propio y crédito bancario, muestra resultados positivos en ambos casos. Indicadores financieros: VAN, TIR y la Relación B/C confirman la rentabilidad del proyecto. El SST ofrece un ahorro anual de $4110 en combustible y reduce en 13
toneladas las emisiones de CO2. Además, el Costo Nivelado de Calor (LCOH) de $0.09442/kWh posiciona al SST como una solución competitiva y sostenible frente a fuentes de energía tradicionales.
Keywords
Ingeniería Química
Citation
Código de tesis
TQ;643
Código de tesis
Grado Académico
Ingeniero Químico