DESALACIÓN SOLAR

Las instalaciones de Desalación se dividen en:

PLANTA SOL-14 DE DESALACIÓN DE AGUA DE MAR CON ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

Esta instalación está constituida por los siguientes subsistemas:

  • Una planta de destilación multiefecto (MED) de 14 etapas.
  • Un campo de captadores solares estáticos de tipo CPC (concentrador parabólico compuesto).
  • Un sistema de almacenamiento térmico basado en agua.
  • Una bomba de calor por absorción (LiBr-H2O) de doble efecto.
  • Una caldera de gas pirotubular.

La unidad de destilación multiefecto está constituida por 14 etapas o efectos, en disposición vertical y con alimentación directa del agua de mar en la primera celda. Para una alimentación nominal de 8 m3/h, la producción de agua destilada se sitúa en 3 m3/h, y el consumo térmico de la planta es de 190 kWt, con un factor de rendimiento (número de kg de destilado producidos por cada 2.326 kJ de energía térmica consumida) mayor de 9. La concentración salina del destilado se sitúa en torno a 5 ppm. El gradiente nominal de temperatura entre la primera etapa y la última es de 40ºC, con una temperatura máxima de operación de 70ºC en la primera celda.

La planta MED Sol-14

El sistema opera con agua como fluido caloportador, la cual es calentada a su paso por los captadores solares y transportada al sistema de almacenamiento. El agua caliente procedente de dicho sistema de almacenamiento proporciona a la planta MED la energía térmica necesaria para su funcionamiento. El campo solar está compuesto por 252 captadores solares estáticos (CPC Ao Sol 1.12x) con una superficie total de 500 m2, dispuestos en cuatro filas de 63 captadores. La temperatura máxima de trabajo es de 100ºC ya que los captadores se encuentran conectados con los tanques de almacena-miento en circuito abierto, y éstos últimos se encuentran a presión atmosférica. El sistema de almacenamiento térmico está constituido por dos tanques de agua interconectados entre sí con una capacidad total de 24 m3. Este volumen permite la autonomía de operación suficiente para que el sistema de respaldo pueda alcanzar las condiciones nominales de operación.

La bomba de calor por absorción (LiBr-H2O) de doble efecto está interconectada con el último efecto de la planta MED. El vapor saturado de baja presión (35ºC, 56 mbar) producido en dicha celda alimenta energéticamente al evaporador de la bomba de calor, una energía que de otra forma sería desechada al medioambiente. El resultado final es que se consigue reducir en la mitad el consumo de energía térmica requerido por el proceso de destilación multiefecto convencional. El sistema fósil de respaldo está integrado por una caldera de gas propano de tipo pirotubular con una capacidad máxima de producción de 200 kg/h de vapor saturado a una presión de 10 bar. Dicha caldera permite garantizar las condiciones de operación de la bomba de calor (180ºC, 10 bar) así como la operación de la planta MED en ausencia de radiación solar.

PLATAFORMA DE ENSAYOS PARA MÓDULOS DE DESTILACIÓN POR MEMBRANAS

Esta nueva instalación se ha implementado en el año 2007 en el marco del proyecto europeo MEDESOL. La instalación MEDESOL-1 fue diseñada para hacer el análisis de una planta de destilación por membrana multietapa, acoplada a un campo solar de captadores estáticos (tipo CPC) encargados de aportar la energía térmica necesaria para el proceso de destilación. La planta piloto incluye una serie de componentes nuevos, desarrollados en el marco del proyecto.

En la actualidad cuenta, como componente principal, con tres módulos de destilación por membrana tipo AGMD1 fabricados por el grupo Keppel Seghers (www.keppelseghers.com). Cada uno de los módulos tiene una producción de destilado de entre 5 y 15 L h-1 m-2 dependiendo de las condiciones de operación.

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Vista de la planta de ensayos para módulos de DM

El intercambiador de calor esta especialmente tratado para soportar la acción del agua salada y caliente. A las placas del intercambiador se les aplicó una película especial, desarrollada por uno de los socios del proyecto (Universidad de Stuttgart) con el objetivo de reducir los problemas de ensuciamiento y deposiciones calcáreas.

El campo de captadores solares esta compuesto por 252 CPC (Compound Parabolic Collectors, CPC Ao Sol 1.12x) y esta orientado E-W para maximizar la cantidad de energía recogida a lo largo del año. Cada captador tiene una superficie aproximada de 2 m. La superficie total del campo es de 499 m2 .El campo de captadores es modular y por tanto muy versátil, pudiéndose ajustar fácilmente a las necesidades térmicas del proceso. Por las necesidades térmicas de la planta de destilación por membrana, sólo es necesaria una de las filas del campo (125 m2).

Como elementos auxiliares, la instalación cuenta con dos tanques de 2 m3, un intercambiador de calor conectado con el campo de captadores solares térmicos, un aerorefrigerador conectado a la corriente de refrigeración y al circuito solar y la instrumentación necesaria para la evaluación del proceso (medición precisa de temperaturas, presiones, caudales y conductividad) cuyos datos se registran en el correspondiente sistema de adquisición de datos.

La instalación es versátil y permite el ensayo tanto de diferentes configuraciones como de nuevos módulos de destilación por membrana. En la instalación se han caracterizado dentro del proyecto MEDESOL, los modulos fabricados por la firma sueca Scarab AB (www.scarab.se) y posteriormente el circuito fue adaptado, mediante ligeras modificaciones para la recepción de los módulos de destilación por membrana de la empresa con sede en Singapur, Keppel Seghers.

Módulos de destilación por membrana caracterizados en la planta; izquierda: Modulo de Scarab AB; derecha: módulo de Keppel Seghers
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Esquema de la planta DM

INSTALACIÓN ORC SOLAR

Instalación experimental ORC solar

El generador tiene una potencia eléctrica nominal de 5 kW, funciona con una turbina tipo Scroll y utiliza el fluido de trabajo Solkatherm SES36. El sistema necesita una alimentación térmica de entre 25 y 30 kW, con temperatura de entrada al evaporador de unos 200ºC. Se trata de un prototipo único por varias razones: (i) la turbina, un expansor tipo Scroll, está especialmente diseñada para este tipo de máquina, en lugar de utilizar en modo inverso una turbina de las que generalmente se usan como compresores en máquinas de refrigeración; (ii) la temperatura de entrada al ciclo es más elevada que la de otras instalaciones ORC similares, y por tanto el fluido orgánico que se utiliza es diferente. Esto permite en teoría un mayor rendimiento.

La máquina está conectada al depósito de aceite térmico del campo solar de colectores cilindro-parabólicos Acurex mediante un circuito muy simple controlado por una válvula de regulación automática. Al hacer la conexión no directamente al campo solar, se pueden estabilizar las condiciones de entrada de la alimentación térmica. Dentro de la máquina, el fluido calentado se evapora en el evaporador y el vapor se introduce en el expansor para activar la rotación del generador. Una vez exhausto, el vapor saliente de la turbina se enfría y condensa en el condensador para cerrar el ciclo con la bomba que devuelve el líquido comprimido al evaporador. La máquina también dispone de un regenerador de calor interno, pero necesita una refrigeración para mantener frío el condensador. Esta se realiza por medio de un circuito de agua que utiliza el tanque contiguo de agua contraincendios. La energía eléctrica trifásica generada, una vez medida y analizanda la onda, se disipa a través de un sistema de resistencias que también es enfriado por el circuito de agua.

PLATAFORMA DE ENSAYOS DE CAPTADORES SOLARES ESTÁTICOS

Esta instalación fue construida durante el año 2002 con objeto de ofrecer servicios adicionales a la comunidad científica investigadora, entre los que destaca la posibilidad de poder llevar a cabo la caracterización energética de captadores solares estáticos, con un énfasis especial en su posible aplicación en procesos de desalación solar.

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Esquema general de la plataforma de ensayo de captadores solares estáticos
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Campo de captadores solares estáticos (500 m²) de la planta SOL-14

La instalación cuenta con tres circuitos hidráulicos independientes. En el circuito primario el fluido (agua o mezcla de agua con anticongelante) es calentado a su paso a través del captador solar entregando la energía adquirida al agua depositada en un tanque de almacenamiento. En el circuito secundario, el agua procedente del tanque es bombeada hacia un intercambiador de calor con objeto de transferir su energía al circuito terciario. Este intercambiador de calor simularía la introducción de agua caliente en la primera celda de una planta de destilación multi-efecto. Finalmente, el agua que circula por el circuito terciario es impulsada hacia una torre de refrigeración donde la energía adquirida procedente del circuito secundario es disipada hacia el ambiente.