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Profesor Sergio D. Corp Linares Grupo de Energías Renovables. CUBAENERGÍA
Delegación CUBASOLAR-Habana
537-209 6691 y 537-2062067
Curso de actualización sobreFUENTES RENOVABLES DE ENERGÍA Y EFICIENCIA
ENERGETICAUniversidad de Córdoba
Colegio de Ingenieros Especialistas de CórdobaRepública Argentina
Octubre 13, 14 y 15 del 2009
Presentar una manera de introducir lastecnologías energéticas renovables de formaconjunta valorando sus aristascientíficotécnica, educativas, socioculturalese integradora de las fuentes renovables
El modulo solar para laboratorios de biotecnología
vegetal
Contenidos:
Concepción del modulo solar
El diagnostico energético como paso preliminar
La construcción del equipamiento o la adquisición de equipos comerciales.
Introducción
Aspectos generales
Calentador de agua
Secador
Las tecnologías energéticas renovables
Cámara de clima controlado
Destilador
El equipamiento existente en la actualidad en centros de investigaciones , laboratorios clínicos, de genética y de centros de elaboración de productos cárnicos utilizan portadores energéticos de procedencia fósil.
Primer contenido
Concepción del módulo solar
El secado de productos y cristalerías , el calentamiento de agua caliente y la obtención de agua destilada son prácticas conjuntas que se requieren para el funcionamiento de:
Concepción del módulo solar
Laboratorios clínicos Laboratorios de análisis químico, físico
y microbiológico de las aguas Laboratorios de centro de investigaciones
biotecnológicas
Concepción del módulo solar
Los equipos convencionales utilizados para el secado y la obtención de agua destilada son costosos y utilizan resistencias eléctricas
Estufa eléctrica
Destilador eléctrico GFL-2001/4
Servicios energéticos
Tienen la particularidad que se solicitan de forma muy específica con la finalidad de solucionar los problemas energéticos presentados en una actividad particular de una organización Se citan: • El servicio de agua caliente sanitaria en un hotel• Servicio de climatización y refrigeración de una procesadora de productos alimenticios
El módulo solar está concebido para solucionar de forma conjunta diferentes problemas energéticos presentados en una organización
Una vez que es solicitado un servicio energético los especialistas que participan en el mismo proceden a evaluar fundamentalmente solo la actividad que van a modificar en la organización
Concepción del módulo solar
Antes de proponer un módulo solar se comienza realizando una evaluación integral de las diferentes actividades propuestas a modificaciones según un modelo de gestión energética integral
El resultado alcanzado
Módulo de equipos térmicos solares compuesto por un destilador, un secador y un calentador solar para sustituir el equipamiento existente en el laboratorio de biotecnología vegetal del INCA.
•Destilador eléctrico GFL-2001/4
•Estufa eléctrica
•No tiene sistema de calentamiento de
agua
•Destilador solar 4- 5 litros/día
• Secador solar 2 m3
•Calentador solar 121 L
Micropropagación de plantas con interés agrícola y ornamental dentro de las que se incluyen papa, plátano, piña, orquídeas, anturio, claveles, gladiolos y violetas.
Mejoramiento genético por métodos biotecnológicos de tomate, arroz, papa y plátano.
Conservación in vitro de la papa.
Instituto Nacional de CienciasAgropecuarias
Laboratorio de genética
Instituto Nacional de Ciencias Agropecuarias
Laboratorio de Genética
Para realizar dichas actividades en el laboratorio utilizan:
Un destilador, una estufa y un esterilizador todos con resistencias eléctricas. En calidad de cámara de clima, se emplean tres locales que solo emplean iluminación artificial procedente de tubos fluorescentes de 20 y 40 watt y para lograr la temperatura de trabajo se apoyan en sistemas de climatización individuales de ventana
Destilador eléctrico
GFL-2001/4
Principales tareas realizadas
Se diseñó y construyó un destilador y un secador solar
Se evaluó preliminarmente dicha tecnología Se validó el agua destilada. Se establece
colaboración con el CIDEM. Se confeccionaron los manuales de
explotación y mantenimiento del secador y el destilador.
Agua destilada
Su sencillez y fácil operación lo convierten en una solución apropiada
Destilación solar. Método económico Sostenible y ecológico El agua destilada cumple
requerimientos de calidad No necesita agua para
la condensación
Destilador solar de bandejas Sistemas fotovoltaicos(2006)
Agua destilada solar
Actividades Diseño del destilador
solar Proyección del destilador Construcción del
destilador. Materialesempleados.
Validación del agua destilada.
Manual de explotación del destilador.
Diseño del destilador solar Método empleado
Para diseñar el destilador se empleó unametodología de cálculo térmico geométricoprogramada en EXCEL y se tuvieron encuenta importantes criterios de diseñobasados en la experiencia de mas de 15 añosy comprobados en la práctica
Diferentes diseños
Principales criterios de diseño
Destiladores de poceta de una sola agua ángulo de inclinación del vidrio entre 15 y 30 grados respecto a la horizontal
Destiladores de caseta de dos aguas los vidrios deben ubicarse con un ángulo entre 20 y 25 grados respecto a la horizontal.
Principales criterios de diseño
Longitud máxima del vidrio en el sentido en el que corre el condensado 2 cm/grado de inclinación
Altura del agua a destilar en la bandeja 15 mm cuando se va a destilar agua potable y 30 mm si es agua de mar.
En el recolector de destilado debe emplearse acero inoxidable,pvc,vidrio y debe inclinarse entre 1 y 2 grados. En equipos largos se recomiendo hacer salidas de agua destilada cada 1,6 metros.
Resultados del diseñoIdentificación Parámetro
Cobertura de vidrio Longitud 1,7m
Ancho 0,6 m
Cuerpo del destilador Altura trasera 0,38 m
Altura delantera 0,08m
Ancho de la base 0,52m
Cálculo térmico
Identificación Valor
Pérdidas a través de la cobertura de
vidrio
Radiantes 166.8 W/m2K
Convectivas 171.9 W/m2K
Pérdidas a través de las paredes del
destilador
Radiantes 137.3 W/m2K
Convectivas 114.6 W/m2K
Proyección del destilador
Se llevó a cabo utilizando AutoCad
Se construyó una pequeña maqueta a partir de la idea inicial y teniendo en cuenta los posibles materiales de construcción.
Construcción del destilador. Materiales empleados
Se realizó en Emprotur S.A Astilleros A partir de los moldes se construyó el
cuerpo del equipo con fibra de vidrio y resina epóxica.
Los vidrios se cortaron y montaron en Cubaenergia.
La hermeticidad del equipo se logró con el sellante sikaflex.
Destilador de 0,8 litros Materiales empleados
Capacidad de 0,8 litros /día
Se construyó en los talleres del CIES
Cuerpo de polietileno y cobertura de vidrio
CIES
Destiladores instalados en el INCA
Destilador de 4 litros
Destilador de 0,8 litros
Validación del agua destilada
Se contrataron los servicios del Centro de Investigación y Desarrollo de Medicamentos, CIDEM.
Se validó el agua obtenida en el destilador solar de 0.8 L/día (prototipo) instalado en el INCA.
Se realizó la validación del agua del destilador del destilador de 4 L/d
Metodología empleada
Análisis microbiológicos. La metodología utilizada se describe en la Norma USP-26 (2005) del Formulario Nacional de la Farmacopea de los Estados Unidos.
Análisis físico-químicos se emplea la metodología descrita en la Norma USP-23 (año 1995)
Análisis microbiológico del agua destilada solar
Se analizaron dos muestras
Ausencia de microorganismos patógenos
Se comprobó la existencia de Bacilos Gram(+) género Bacillus y Bacilos Gram(-) género Pseudomona P. pútida pero no son patógenos
Análisis microbiológico del agua potable
Contiene Bacilos Gram(-) géneroEscherichia(E. coli) que es unabacteria muy dañína para el hombre.
Criterios comprobados
La desinfección con radiación solar se puede aplicar efectivamente si hay disponible una intensidad de por lo menos 500 W/m2 durante 5 horas, lo cual en nuestras condiciones climáticas es un hecho
La componente de la radiación solar involucrada en la destrucción microbiana es la componente UV-A (320 - 400 nm) y parte del azul y el violeta del espectro visible
Análisis físico-químico
Se analizaron tres muestras. Cumple los parámetros de calidad,
aunque algunas mediciones dan fuera del rango.
Las muestras presentan partículas mecánicas (negras y blancas)
Conclusiones parciales
Desde el punto de vista microbiológico los destiladores realizan la desinfección del agua, lo cual da la posibilidad de uso en otras esferas.
Según las normas USP-23, USP-24 y USP-26 los destiladores cumplen con los parámetros de calidad requerida para uso farmacéutico.
Conclusiones parciales
Según los valores de conductividad medidos, el agua destilada, es apta para los estudios de biotecnología vegetal realizados en el INCA (se emitió un aval del INCA).
Manual de explotación del destilador
Datos técnicos. Esquemas con los componentes Instalación y puesta a punto Operación y almacenamiento del agua
destilada. Instrucciones para el mantenimiento Principales problemas que se pueden
presentar.
Secador Solar
El dimensionado de la instalación se llevó a cabo teniendo en cuenta la metodología descrita en la conferencia anterior
Programación de la metodología
Secadores construidos para el INCA
Secador tipo estufa de pequeña capacidad
Secador de 2 m3
de capacidad
Evaluación del secador solar
Materiales Poliuretano enchapadoCobertura Policarbonato
Control térmico operacional
Temperatura de trabajo: 50oC
Prototipo secador solar
Calentador solar
El agua caliente es el medio idóneo para limpiar y desincrustar frascos y utensilios.
Impacto científico
Concepción novedosa al permitir la introducción de un grupo de equipos de tecnología renovable en una misma instalación, propiciando la generalización de las FER.
Se integran las energías renovables al sector de la biotecnología vegetal por primera vez introduciendo un secador, un destilador y un calentador solar en el laboratorio de genética.
Impacto científico
El método de cálculo Térmico Geométrico empleado en el diseño del secador solar se basa en un modelo matemático que permite optimizar las dimensiones del equipo y emplea la mezcla y recirculación de aire para el control térmico operacional.
Se emplean métodos actualizados de proyección de las instalaciones debido al empleo de autocad
Impacto científico
Se brindan criterios para diseñar destiladores solares basados en la acumulación de años de experiencia.
Se utilizaron métodos científicos para evaluación del agua destilada en el laboratorio del CIDEM y los avales presentados por los laboratorios químico y bacteriológico lo demuestran.
Impacto científico
La evaluación de la temperatura de trabajo en el secador y la calidad del agua destilada reportada por la validación demuestran que la tecnología renovable propuesta es factible para asegurar el trabajo del laboratorio de genética del INCA.
Impacto científico
Resultado Científico técnico destacado a nivel de centro. “Diseño de equipos térmicos solares para laboratorios. Secador y destilador solar” por su aporte científico en el año 2006.
APORTES METODOLÓGICOS
Metodología de cálculo para diseño de secadores solares. Se realizó un software donde se implementa la misma.
Metodología de diseño de destiladores solares. Manual de explotación del destilador y del secador.
Publicaciones científicas
Método gráfico para el diseño de secadores solares. Revista científica electrónica Eco Solar. N° 3 Enero –marzo del 2003.
Análisis de la carga térmica de los Veraneros. Revista científica electrónica Eco Solar. N° 8 del 2004.
Metodología de cálculo para la determinación del impacto integral de colectores solares. Revista ASADES Volumen 15. pp 53-57. 2004.
Aporte que representa para el INCA
Disminución del consumo de energía eléctrica.
La calidad del agua destilada obtenida con el destilador solar así como la obtención de un frasco seco y limpio en el secador solar, elevan la confiabilidad del trabajo del laboratorio de genética y a su vez el prestigio del centro.
Aporte que representa para el INCA
Disminución del consumo de energía eléctrica.
Se incrementa la eficiencia en las operaciones del laboratorio ya que no depende de la red eléctrica
Aporte económico
Ahorro debido a la sustitución de la tecnología convencional por la renovable
Disminución del consumo de energía eléctrica 9 600 kWh/año
Trabajos futuros
Cultivo de bioplantas
Cámara de clima controlado
Cámara de clima controlado con energía solar . Veranero
Filtro óptico líquido
Interior de la cámara
Patente cubana
Instituto de Biotecnología de las Plantas de Villa Clara(2005)
La Gestión Energética Integral
La tarea central es el estudio de la organización que se evalúa y la identificación de los problemas
energéticos principales
Gestión del conocimiento
AcercamientoDiagnóstico
Sistematización Evaluación
Que cambiar
Estado actual
Estado deseado ¿Como cambiar?
Planear y ejecutar
AcercamientoDiagnóstico
Sistematización Evaluación
Conclusiones
El módulo solar asegura el trabajo de un laboratorio de genética del sector de biotecnología vegetal en diferentes condiciones.
Existen materiales de construcción en el mercado nacional que posibilitan la sustentabilidad del equipamiento
El impacto científico, social y económico y el valor metodológico del trabajo justifican la generalización de este proyecto a otras fábricas de biotecnología vegetal.
El grupo de energía renovable ha incrementado los conocimientos y preparación para la introducción de los equipos térmicos solares en diferentes sectores de la economía
Conclusiones
“Conectados a las fuentes renovables de energía garantizaremos un futuro justo, sostenible y solidario”
Visítennos en: www.cubaenergia.cu
