Contank: sistema solar térmico de 360 kW para un proceso industrial de limpieza

El calor para procesos industriales tiene un potencial considerable para la energía solar térmica. En el marco del proyecto de investigación POSHIP [1], un estudio del potencial del calor solar para procesos industriales, financiado por la Comisión Europea dentro del 5º programa marco, y del trabajo en curso de una red internacional de expertos dentro de la tarea 33/IV (calor solar para los procesos industriales) [2], una tarea común de la IEA SolarPACES y del Solar Heating and Cooling Programme, se ha demostrado que en varios países industrializados cerca de 3 - 4 % de la demanda del calor de procesos industriales se pueden cubrir con energía solar térmica.

Los resultados de los análisis de potencial condujeron a un interés creciente en la realización de plantas de demostración de calor solar industrial. Uno de los proyectos recientemente realizados es la planta solar de Contank en Castellbisbal (Barcelona), que inició su operación en marzo del 2005. El contratista principal de la planta es la compañía GAE y la ingeniería ha sido realizada por Aiguasol, ambas con sede en Barcelona.

La compañía Contank (Parking Service Castellbisbal S.A., Castellbisbal, Barcelona) es una empresa dedicada a la limpieza de contenedores para mercancías líquidas sobre transporte rodado y ferroviario.

Los procesos que demandan la mayor parte del calor son los de lavado, que consumen calor en forma de agua caliente entre 70 y 80 °C (cerca de 46% del total) o en forma de vapor (54% restantes). El consumo diario de agua caliente está sobre los 70 - 80 metros cúbicos al día. El sistema convencional del calor es una caldera de vapor alimentada por gas natural.

La planta funciona 5,5 días/semana durante todo el año, con 22 días de paro durante las vacaciones de verano, dando como resultado 264 días de operación por año.

Posibilidades de uso de calor solar para procesos

Las posibilidades técnicas de uso del calor solar en esta fábrica son:

• generación directa del vapor solar
• precalentamiento del agua de alimentación de la caldera
• precalentamiento del agua caliente

Se ha elegido la tercera opción, por ser el nivel de temperatura más bajo, que garantiza una máxima producción solar, y porque la cantidad de calor requerida está en buena proporción al calor que se puede producir mediante un sistema solar que cubra toda el área disponible en cubierta.

Conjuntamente con el sistema solar térmico, inicialmente, se propuso la instalación de un depósito del almacenaje para el agua caliente residual y de un intercambiador de calor para la recuperación de calor. Sin embargo la compañía decidió no instalar este sistema de recuperación del calor, por lo que, hasta el momento, solo se ha realizado el sistema de precalentamiento solar.

El sistema solar está compuesto por dos campos de captadores con una potencia térmica total de 360 kW (área neta de captación de 510 m²) y un tanque de almacenamiento no-presurizado de 40 m³.

El agua para los procesos de lavado es precalentada por el sistema solar, y después presurizada para luego ser calentada con vapor hasta la temperatura final de 70 a 80 °C.

El campo solar está instalado en la cubierta de la fábrica, hecha de panel sándwich construido in-situ. El sistema solar estaba previsto desde la fase de diseño del edificio, por lo que la estructura del tejado no sólo se dimensionó para soportar el peso del campo solar sino que las distancias entre vigas se adecuaron a la instalación de los soportes de los captadores.

El campo solar está formado por 92 captadores solares de tipo módulo grande, de 5,54 metros cuadrados de absorbedor, en 4 filas de 8 y 5 filas de 12 captadores, en conexión serie, para poder evitar la instalación de gran cantidad de tubería de interconexión. Un caudal bajo, de 16,35 litros por metro cuadrado cada hora, se ha utilizado para mantener bajos costes de instalación de tuberías y minimizar las pérdidas térmicas en los mismos.

El sistema está diseñado para soportar las condiciones de estancamiento sin pérdida de líquido, mediante un adecuado dimensionado del vaso de expansión del circuito primario. Durante las primeras semanas de operación en varios casos el sistema a llegado a estancamiento, debido al bajo consumo —la fábrica todavía no está funcionando a plena carga– y una vez debido a un fallo de la unidad de control de sistema. El comportamiento parece ser bueno y no se ha observado ningún problema bajo condiciones de estancamiento.

Al ser una instalación con cierto riesgo de legionellosis se optó por la instalación de un sistema de tratamiento químico del agua de entrada al proceso industrial.

Los captadores han sido instalados con una inclinación muy baja (25º), en un compromiso entre una alta producción energética, por un lado y la máxima utilización del área disponible de la cubierta, por otro.

Se ha diseñado el sistema usando simulación dinámica mediante el software TRANSOL.PRO, usando una aplicación especialmente desarrollada por Aiguasol para calor solar industrial.

La demanda de calor para agua caliente es de 1.990 Wh/año. Se ha supuesto una distribución homogénea durante las 10 horas de funcionamiento diarias, así como los cortes de consumo de fin de semana y los días de vacaciones de verano. Las simulaciones del sistema se han realizado con los datos climáticos de Barcelona, con una radiación solar global sobre la horizontal de 1.471 kWh por metro cuadrado. La producción térmica neta anual es de 429 MWh (841 kWh por metro cuadrado) con una fracción solar del 21,55%. Las pérdidas térmicas de la tubería y de la acumulación son del 3% de la producción solar total.

Referencias

[1] H.Schweiger et al. POSHIP. The Potential of Solar Heat for Industrial Processes. Final Report. Project No. NNE5-1999-0308. ww.aiguasol.com/poship.htm

[2] www.iea-ship.org