Factibilidad técnica y económica de implementar un sistema de energía solar para el ahorro de combustible en el proceso de calentamiento de electrolito para la producción de cobre

Abstract

El proyecto que contempla la “Factibilidad técnica y económica de implementar un sistema de energía solar para el ahorro de combustible en el proceso de calentamiento de electrolito para la producción de cobre”, se desarrolló con las características de una planta productora de cobre, que utiliza el método de electroobtención, ubicada en el norte de Chile (Iquique). El estudio pretende calentar un flujo de 8720 [m^3/h] desde la temperatura de 48[°C] a 49 [°C], por medio de un sistema de paneles solares térmicos con el fin de generar un ahorro de combustible en la caldera, que es el tipo de instalación actual de la planta. Para lograr el objetivo, primero se determinó la demanda energética para el proceso de calentamiento de electrolito, el cual arrojo como resultado 113.360.240 [kWh] aproximadamente, para un año. Una vez obtenido este cálculo se procedió a determinar el costo de operación. Para este sistema de paneles solares térmicos se utilizaron colectores solares planos (Chromagen PA-F) y con ellos se calculó el aporte solar mensual para un año, que arrojó como resultado 87.719.199,01 [kWh]. La diferencia de energía faltante para el normal funcionamiento de la planta en estudio, será aportada por el sistema actual de producción de energía (calderas a petróleo). De esta manera en conceptos de energía se logró un ahorro de 25.641.040 [kWh] anuales aproximadamente, lo que en términos de costos es aproximadamente 8.345.453,79 [USS] al año. Una vez abarcada el área energética se procedió al diseño de la configuración del sistema de paneles solares térmicos. El número de colectores fue obtenido por medio del método de F-Chart que arrojo la cantidad de 85.000 colectores. Con ésta cantidad de colectores y sus dimensiones (ancho y alto) se procedió a calcular el área total a ocupar por lo paneles. Se consideró una separación mínima entre cada uno de ellos, según el reglamento de instalaciones térmicas en los edificios en Chile, llegando al resultado de agrupar 1100 paneles en un hectárea (parcela de paneles) y necesitando para el total de paneles 78 hectáreas aproximadamente de terreno. Ya calculada el área a utilizar y determinada su disposición en el terreno, se procedió a calcular las pérdidas de carga en el sistema para dimensionar los equipos a utilizar y poder cotizarlos en el mercado. Luego se realizó una evaluación económica del proyecto, evaluado en 20 años, empleando el “Análisis del ciclo de vida de instalaciones y sistemas norma ASTM E917”. De esta manera se llevó los costos de la inversión, consumo de energía, mantenimiento, etc., a un valor presente y así se estimó el precio de producir energía durante este periodo. Utilizando el sistema actual, el costo de producir energía durante los 20 años es de 150.251.744,70 [US$], mientras que utilizando el sistema de paneles solares térmicos da como resultado un costo de implementación y producción de energía de 131.398.959,98 [US$]. De ésta manera se concluyó, a través de los resultados obtenidos, que la implementación del sistema de paneles solares térmicos es totalmente conveniente, tomando las consideraciones mencionadas en el texto, ya que presentó un menor costo durante el período de evaluación.