Diseño de una planta de poligeneración geotérmica-termosolar con capacidad para producir electricidad, hielo y productos deshidratados

Abstract

In this work the design of a geothermal-solar thermal polygeneration plant with the capacity to produce electricity, ice and dehydrated products is carried out. The case study is based on geothermal resources of medium-low enthalpy with temperatures of 90 to 130 ° C, as well as the available solar resource in the state of Michoacán. The polygeneration plant is designed to operate in what is known as a geothermal cascade consisting of three levels, where the first level is integrated an organic Rankine cycle for the production of electricity, the second level is conformed by the absorption system of Simple effect for the production of cold in conjunction with an ice machine, in the last level, a dehydrator is included for the drying of agricultural products. The agricultural products for dehydration are: avocado, green chili and red tomato. In order to determine the conditions of plant design, energy performance and economic feasibility, a technical-economic analysis procedure was developed based on the application of mass, energy and economic profitability indicators. The results obtained allow to determine the parameters and variables for the design of the plant, as well as to determine the nominal capacity of the main equipment and to properly dimension other subsystems such as: heat exchangers, pumping equipment and cooling tower. The results of the technical analysis of the final design of the plant demonstrate that, with the use of geothermal energy of media and low enthalpy, in the form of a cascade can increase the overall performance of the plant, obtaining an efficiency of 39.04 %, avoiding 422.4 Ton-CO2/Year.

En este trabajo se realiza el diseño de una planta de poligeneración geotérmica-termosolar con capacidad para producir electricidad, hielo y productos deshidratados. El caso de estudio se desarrolla tomando como base los recursos geotérmicos de media y baja entalpia con temperaturas de 90 a 130 °C, así como el recurso solar disponible en el estado de Michoacán. La planta opera en forma de cascada con tres niveles térmicos. El primer nivel térmico se integra con un ciclo Rankine orgánico para producir electricidad, el segundo nivel térmico está conformado por sistema de absorción de simple efecto para la producción de frio en conjunto con una máquina para producir hielo, en el último nivel, se incluye un deshidratador para el secado de productos agrícolas. Los productos agrícolas considerados para deshidratar son: aguacate, chile verde y jitomate rojo. Para determinar las condiciones de diseño de la planta, el rendimiento energético y la factibilidad económica, se ha desarrollado un procedimiento de análisis técnico-económico basado en la aplicación de balances de masa, energía e indicadores de rentabilidad económica. Los resultados a obtenidos permiten determinar los parámetros y variables para el diseño de la planta, así como determinar la capacidad nominal de los equipos principales y dimensionar adecuadamente otros subsistemas como: intercambiadores de calor, equipo de bombeo y torre de enfriamiento. Los resultados del análisis técnico del diseño final de la planta demuestran que, con el uso de la energía geotérmica de media y baja entalpia, en forma de cascada se puede incrementar el rendimiento global de la planta, obteniendo una eficiencia del 39.04 %, y evitando 422.4 Ton-CO2/Año.